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氢能源是指氢和氧进行化学反应释放出的化学能，是一种二次能源，需要通过风能、太阳能、煤炭、天然气等一次能源生产出来。氢单位质量能量密度高，燃烧的产物是水，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。当前，全球氢能全产业链关键核心技术趋于成熟，氢能基础设施建设明显提速。我国是世界上最大的制氢国，氢气年产能超4000万吨，产品主要用于化工原料。已初步掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池等主要技术和生产工艺，全产业链规模以上工业企业超300家。
2022年初，国家发展改革委、国家能源局联合发布《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》，首次明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，提出稳步推进氢能多元化示范应用等目标。受利好政策影响，各地投资氢能产业热情高涨。迄今几乎所有省份都发布了涉及氢能的规划和政策，明确氢能产业发展目标、路线图或时间表。
全球能源绿色低碳转型的逻辑起点在于气候变化，这个问题迫使我们思考如何打造一个没有化石燃料的世界。为实现绿色发展，人们首先想到利用方便、资源丰富的光伏和风电。随着技术快速进步，风光发电成本大幅下降，在很多地区已经具备了与化石能源竞争的实力。即便如此，风电、光伏等新能源并不是应对气候变化的万能“良药”。
氢能作为一种清洁、高效的二次能源，是重要的“能源连接器”，与风光等新能源协同发展有广阔前景。“风光有间歇性、波动性，很多时候不可控。氢气易制备，能跨季节长时间储存，且下游应用多元，恰好能弥补新能源不足，有利于建立一个更完善的能源体系，保障国家能源安全。”加拿大国家工程院院士、广州大学教授叶思宇说。
氢能的高品质能源特性，决定了氢能将在能源革命中扮演极为重要的角色。国家能源局能源节约和科技装备司副司长边广琦强调，要从我国国情和能源绿色转型实际出发，坚持绿色低碳和经济实用为方向，强化氢能与电能互补融合，充分有效发挥氢能在清洁低碳、安全高效能源体系建设中的突出作用，稳步提升氢能在新型能源体系中的战略定位。
可再生能源电解水制氢，是目前最成熟、应用最广泛的绿氢制备方式。在安徽合肥，阳光氢能电解水制氢实证基地内，300多片双极板通过拉杆集成为一个长6米、重50吨的圆柱体，这就是当前主流的1000标方碱性电解槽，运行一小时耗电4000至5000千瓦时，可生产90公斤氢气，能够让一辆氢能小轿车行驶9000公里。
一种高度适应新能源特性的电解槽也将加速推广。在吉林省长春市中韩产业园长春绿动氢能科技有限公司车间内，一套占地200多平方米的电解水制氢系统正在进行带电带压测试。该公司董事长樊焕然说，质子交换膜电解槽负荷范围宽，调节更加灵活。目前公司生产的制氢系统核心设备正在实现国产化替代，即将在吉林大安风光制绿氢合成氨一体化项目上大规模示范应用。
今年3月，国家能源集团携手鄂尔多斯人民政府，共同签订了“氢洲”项目合作框架协议，将依托当地丰富的风光资源，打造全球领先的可再生能源制氢大基地，实现绿氢成本降低和多场景应用。中国氢能联盟秘书长、国家能源集团氢能事业部主任刘玮表示，“希望氢洲项目能够起到标杆示范作用，通过规模化绿氢开发把成本降到每公斤16元，真正具备商业竞争力”。
具体来看，应结合资源禀赋特点和产业布局，因地制宜选择制氢技术路线。在焦化、氯碱、丙烷脱氢等行业集聚地区，优先利用工业副产氢。在风光水电资源丰富地区，开展可再生能源制氢示范，逐步扩大示范规模。推进固体氧化物电解池制氢、光解水制氢、海水制氢、核能高温制氢等技术研发。探索在氢能应用规模较大的地区设立制氢基地。
中材科技(苏州)有限公司车间内，数根长度12米的长管正在进行碳纤维缠绕，这种复合长管是构成管束式运氢集装箱的核心部件。“目前管束式集装箱仍是我国气态氢运输的主要方式。”该公司党委书记、总经理付朝军告诉记者，相较于传统I型钢管，II型复合长管设计构成的管束式集装箱在工作压力和储氢效率方面得到显著提升，公司30兆帕-8管的集装箱储氢量可达628公斤，有效降低氢储运成本。
与此同时，液氢储运装备也迎来重大突破。走进张家港中集圣达因低温装备有限公司厂区，上百台各式白色低温储罐矗立其间，仿佛置身于一片“罐式丛林”。“丛林”一角，一辆装配复杂阀门系统的液氢罐车正在测试中。公司总工程师兼中集氢能液氢事业部总经理罗晓钟说：“去年底，我们设计制造的商用液氢罐车成功下线，打破了国际垄断，在氢运量上提升了10倍。”
纯氢管道建设验证周期长，且投入巨大，只有当氢气下游需求足够支撑大规模氢能输送时，管道输氢才具备明显成本优势。短期看，如果能借用现有油气基础设施，成本更低，现有资产也可得到再利用。研究结果表明，在含量较低时氢气可以在不做重大技术调整的情况下掺混天然气。当前，欧洲各国、俄罗斯、澳大利亚等都在积极开展天然气管道掺氢技术研究示范。
在江苏泰兴经济开发区，我国首个商业化原有管道天然气掺氢碳减排技术改造项目，已经顺利完成调试与试运行工作。“泰兴经济开发区工业副产氢资源丰富。”泰兴市发展改革委主任燕荣华告诉记者，项目充分利用园区富余氢气，参照天然气体积的10%掺氢，该站年内掺氢量为240万立方米，可替代减少二氧化碳排放5184吨。
虽然氢能可以直接用于我们的出行，但在实际推广中并不理想。根据我国规划，到2025年，燃料电池车辆保有量要达到5万辆，但目前这一数字仅为2万辆左右。业内人士坦言，氢燃料电池车全环节耗电远高于纯电汽车，转换效率更低，价格更高。只有在长距离重载运输、高寒地区等纯电车性能不占优势的场景下，氢能车才有机会。
事实上，氢能应用远不仅是汽车，在那些氢已经被用作原料的领域进行绿氢替代效率会更高。2023年6月，中国石化宣布，我国首个万吨级光伏绿氢示范项目——库车绿氢示范项目顺利产氢，标志着我国首次实现了规模化光伏发电直接制氢工艺与工程成套技术的工业应用。“项目每年可向下游炼化企业供应绿氢2万吨，减少二氧化碳排放48.5万吨。”中石化新星新疆绿氢新能源有限公司总经理范林松说。
如果把绿氢储存后转换为绿氨、甲醇或者绿电，氢气的利用价值还可更多元。“我们希望把氢转化为可长时间储存、低成本运输的产品，目前主要是以绿氢为原料合成绿氨，再进行销售。”大安吉电绿氢能源有限公司副总经理李斌透露，全球低碳转型提升了绿色产品需求，绿氨产品主要瞄准日韩和欧洲市场，已经和航运、火电、化工等客户签约了意向协议，产品供不应求。
全国能源工作会议在部署2024年重点任务时提出，研究探索火电掺烧氢氨技术，推动建设一批“低碳电厂”。氨邦科技有限公司技术主管马宁介绍，在燃煤火力发电领域应用氨混烧时，基本不需要改变现有主体设备，仅需在锅炉单元改造添加一些支持氨燃烧的装置，即可达到碳减排效果。这为煤电绿色转型开辟了一条切实可行的路径，也为绿色氢氨产品提供了新市场。
一些更加前沿的电氢融合应用也在积极探索中。在杭州格力园区，国网杭州供电公司通过低碳电氢耦合应用示范项目，实现格力电器生产基地利用清洁能源与电网谷电制氢，并供给基地的氢燃料大巴和物流车使用。制氢时产生的氧气则用于空调生产焊接助燃，系统运行产生的余热供高温注塑使用。预计每年可减少基地用能成本约256万元，减少碳排放860吨。
“一些国产关键材料设备在耐久性、一致性和良品率方面还有差距，主要原因是我们的研发和产业化起步较晚，以及产业化验证环节比较稀缺。”叶思宇认为，燃料电池汽车发展主要挑战是核心技术和关键部件缺失。应重点围绕燃料电池汽车关键零部件核心技术攻关，即氢燃料电池全产业链中八项“卡脖子”的关键环节：催化剂、质子交换膜、气体扩散层、膜电极、双极板、电堆、空压机、氢气循环泵。
在芜湖奇瑞科技创新中心，工作人员正不断试验配制催化剂浆料，从而调整出最佳方案。“现在国产替代已经进入关键材料国产化替代阶段。”安徽瑞氢动力科技有限公司常务副总经理潘陈兵说，浆料配置对燃料电池性能影响最大，关键是降低贵金属使用量的同时保证性能。未来几年内，要将燃料电池成本从当前每千瓦4000元降到500元，从而大幅降低氢燃料电池汽车售价。
“液氢在发达国家早已实现规模化民用，中国的氢能产业高质量发展不能没有液氢。”魏蔚说，国富氢能团队坚持自主化、国产化开发，历时7年，开发出了国内首套日产10吨级氢液化装置，未来将向日产30吨和100吨级别发展。“低温工程极具规模效应，因为单座液化工厂规模太小导致成本高昂，我国在液化天然气国产化领域已经吃过亏。液氢产业发展要吸取教训，百万吨级液氢工厂需要国家顶层规划。”
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