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凌文院士:氢,能担重任
2018/11/21 6:59:42    新闻来源:中国能源报

预计2020年至2030年氢燃料电池将大规模商业化应用,2050年氢在我国终端能源体系占比将达到10%,成为我国能源结构的重要组成部分,但目前氢能基础设施建设薄弱、关键技术装备待突破

■本报记者 苏南 《 中国能源报 》( 2018年11月19日   第 02 版)

  “中国氢燃料电池小规模示范应用将在2020年实现转型,2020年至2030年,氢燃料电池将大规模商业化应用。”中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟理事长、国家能源集团总经理、中国工程院院士凌文近日在“2018中国能源研究会年会”上说。

  据凌文介绍,如今氢燃料电池已实现技术突破,在交通领域的应用是目前氢能发展的强劲动力。2050年,氢在我国终端能源体系占比将达到10%,其中4.5%应用在交通,3.5%在化工,1%在建筑,成为我国能源结构的重要组成部分。

  采访中,业内人士普遍认为,氢能在2020年后会迅猛发展,不过,不容忽视的问题是,目前我国氢能基础设施建设薄弱,氢能产业关键技术装备还有待突破。

  我国已是第一制氢大国

  凌文表示,氢能将成为我国终端能源体系的消费主体与其特性密不可分。氢存在于各种物质中,是地球上存量最大的物质。氢本身还是可再生能源,储量充裕且高效,应用前景非常广阔。氢能作为高能量密度无污染排放的二次能源,是有效耦合传统化石能源和可再生能源系统,构建清洁低碳、安全高效现代能源体系的重要能源。

  “中国发展氢能符合国情要求,氢能的广泛应用将促进我国能源转型升级。”凌文表示,2017年,我国能源消费总量44.9亿吨标煤,居世界第一。以煤为主的能源结构较长时间内难以改变,而煤制氢在所有制氢方式中是成本最低的。此外,我国焦制气、煤化油、煤化工等化工企业制氢量很大,中国是一个适合氢能发展的巨大市场,可以将氢应用在车用动力、分布式发电等领域。随着我国可再生能源装机量逐年增长,每年可再生能源弃电量惊人。例如,国家能源集团所属的大渡河流域水电站,去年一年的弃电量为120亿度。如果用这些弃电去电解水制氢,5度电换1方氢,大约可制氢24亿方。

  有统计数据显示,我国已经是世界第一大制氢国。现有煤气化制氢约1000万吨,成本6—10元/公斤;天然气制氢300万吨以上,成本约13—23元/公斤;石油制氢300万吨,成本18元/公斤;工业副产氢约800万吨,成本10—16元/公斤;电解水制氢100万吨,成本19—80元/公斤。此外,我国拥有良好的可再生能源制氢基础,每年风电、光伏、水电等新能源电源限电约1000亿度,可用于电解水制氢约200万吨。

  基础设施建设薄弱

  虽然我国制氢量排名世界首位,但据凌文介绍,与美国、日本、欧盟等高度重视氢能领域发展的国家相比,我国的氢能生产技术水平、制氢设备、输配氢能的技术和设施等均有不小差距。

  以氢燃料电池汽车产业为例,与发达国家相比,我国氢能基础设施建设比较薄弱。凌文指出,我国目前在建的加氢站有33座,建成的加氢站仅15座,其中10座为固定式,且大部分站的日加氢能力在200公斤以下,并且未按照美国机动车工程师学会(SAE)标准执行。而日本已建成94座、德国56座、美国40座符合SAE标准的加氢站。

  不过,一个令人振奋的消息是,我国首个符合35MPa/70MPa双模国际标准的加氢站示范项目预计于今年12月在江苏如皋建成,日加氢能力达到1000公斤,这将是国内第一个行政审批完备、完全市场化开发、全天候24小时持续运营的商业加氢站。

  “我国氢能应用推广的主要障碍是基础设施发展滞后,这主要与我国现阶段氢气需求量小有关。”凌文直言,“加氢站投资成本高也是制约氢能应用推广的缘由之一,氢企业需要把氢气到厂价与出售价控制在20—25元/公斤之间,才能实现完全商业化的盈亏平衡。”

  关键技术装备待突破

  氢气虽然广泛存在,但是在合适的成本下以安全工艺将氢气提取并不容易,我国氢能生产的关键装备技术亟待突破。记者了解到,制氢环节的电解槽,储氢环节的车载氢罐,加氢站环节的氢气压缩机、加氢机,燃料电池环节的双极板表面处理、膜电极喷涂设备,检测测试环节的燃料电池体系检测、氢气品质检测等,均与国外有不少差距。

  据凌文介绍,目前中国的氢能关键装备技术情况是,45MPa固定储氢装备可生产装备厂家少,与国外已商业运营的70MPa加氢机相比,我国仍处于试验验证阶段;国内电流密度1.5A/cm2的成本普遍在2000元/千瓦,离国际2.5A/cm2与100元/千瓦差距较大;我国电堆体积功率约2.2—2.7千瓦/升的成本是3000元/千瓦,而国际3.1千瓦/升的电堆成本才1000元/千瓦。

  “在制氢环节,我国缺少成品氢气检测标准;储运环节,我国管道运输标准尚未建立,长管拖车压力参照天然气等规定在20MPa内;加注环节,我国缺乏加氢站核心装备的相关标准,现行标准安全距离较大;应用方面,我国没有IV型瓶级70MPa相关标准。”凌文说。

  鉴于我国氢能将在2020年至2030年大规模商业化应用,凌文认为,构建氢能产业有序高效发展环境,初期需要高质量的发展标准,科学的规划管控、合理的政策引导。“建议政府尽快将氢能纳入我国终端能源体系,与电力交叉互补,共同成为我国终端能源体系的消费主体。”凌文说。

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