| 标题 | 世界氢能利用现状及发展分析 |
| 范文 | 宫攀 蔡翘楚 李淼 杨丰铭 刘晓琳 摘 要：氢能利用始于上世纪70年代，作为能源转型的路径选择之一，目的是实现使用氢作为燃料取代传统化石燃料。通过氢燃料电池将氢能转化为电能兼具高转化效率、安全性和经济性，是目前氢能主要利用方式和未来发展方向。氢燃料电池主要应用于氢能汽车、分布式发电及热电联供系统、氢储能。世界上多数国家将发展氢能作为能源政策的重要补充，制定氢能发展战略和路线图。总体来看，氢能产能较大，交通运输集中，氢燃料电池低温适应性强，应用氢燃料电池的分布式热点联供系统短期具有一定应用前景，同时也受到技术、成本及政策方面的制约。 关键词：氢能;氢燃料电池;清洁能源。 一、氢能介绍 氢在地球上主要以化合态的形式出现，是宇宙中分布最广泛的物质，地球上氢的储量非常丰富，水是氢的大“仓库”。氢能是一种理想的清洁能源，不管是直接燃烧还是在燃料电池中的电化学转化，其产物只有水。氢具有燃烧热值高的特点，热值高达到34千卡每千克，大约是焦炭的4.5倍，汽油的3倍和酒精的3.9倍。氢能是氢在物理与化学变化过程中所释放的能量，具有能量密度大、无碳排放、资源蕴藏丰富的优点。 氢能利用有着悠久的历史，19世纪，电解水和燃料电池首次进行了展示，并出现了第一台用氢气作为燃料的内燃机。自20世纪中期以来，氢能一直是能源行业不可或缺的组成部分。美国宾夕法尼亚大学的J.O.M. Bockris教授于1972年第一次次提出了“氢经济”的理念，描绘了未来氢气取代石油成为支撑全球经济的主要能源后，整个氢能源生产、配送、贮存及使用的市场体系。但随后20年间，受到中东局势、原油价格下行、氢能技术不成熟等各种不确定性因素的影响，石油市场出现回暖，氢能发展的研究分析不断减少。 进入21世纪，全球能源出现了深入转型，燃料电池技术突飞猛进，氢能成为解决弃风、弃光等问题的储能方案之一，再次进入人们的视野。。 预计未来随着氢能技术的发展，特别是零碳氢燃料的制备技术、固态储氢技术、燃料电池技术的突破和加氢站的建设，氢能将在燃料电池汽车、船舶和飞机等交通运输领域拥有一定的应用前景。 二、氢能应用现状 氢能利用方式主要有氢燃料电池、直接燃烧和核聚变三种。通过氢燃料电池将氢能转化为电能兼具高转化效率、安全性和经济性，是目前氢能主要利用方式和未来发展方向。 氢燃料电池是通过电解水的逆反应，将燃料（氢气）与氧化剂（氧气）中的化学能，转化为电能的发电装置。氢燃料电池主要应用于氢能汽车、分布式发电及热电联供系统、氢储能。其中氢能汽车正逐步进入市场化推广阶段;分布式氢能电源和分布式热电联供系统处于早期市场化推广阶段;氢储能仍处于研究和示范阶段。 氢能汽车：氢燃料电池汽车（FCEV）是氢能清洁利用的主要方式，氢燃料电池汽车的最大优点是零排放、能量密度高、能量转换效率高（可高达60%）、续驶里程长、加氢时间短（一般加氢时间3分钟，可以续航里程400公里以上）等。丰田公司2014年推出第一款氢燃料电池车，以液态氢为动力源，充满储氢罐大约需要3-5分钟，可以支持500公里续航里程。 分布式发电及热电联供系统：美国能源部资助的“未来发电”项目中固体氧化物燃料电池与热机的300千瓦级工程示范装置发电效率达52%，热电联供后效率可达到80%以上。将氢能作为燃料广泛应用于社会日常生活和经济活动中，旨在建立可持续发展的地方氢能供应链，实现交通、供暖、工业等领域的低碳化。 氢储能：通过电解制氢的方式将多余的风电、光伏电转化为氢气可提高风能、太阳能的使用量和利用效率。法国阿海珐集团在科西嘉岛的“MYRTE”项目，集成了氢能系统和太阳能光伏电厂，旨在通过调峰和平稳光伏电厂负载来稳定电网。国内于2010年年底，在江苏沿海建成了首个非并网风电制氢示范工程，利用1台30千瓦的风机直接给新型电解水制氢装置供电，日产氢气120立方米（标准状态下）。 三、氢能相关政策 1. 各国氢能政策 从各国氢能源的产业规划来看，多数国家将发展氢能作为能源政策的重要补充，加快氢能顶层设计，制定氢能发展战略和路线图，目标是到2040～2050年实现氢能的广泛应用。 20世纪90年代，环境污染和能源供需问题突出，氢能利用受到世界各国的重视，于2000年前后制定了一系列的发展战略和政策。 （1）日本于2004年将燃料电池列为国家新兴战略产业之一，并于2014年发布《氢能源白皮书》和《氢能战略发展路线图》，目标是到2040年，应用氢燃料电池的家用热电联供设备达到530万台，氢能汽车占新车销售份额的50%-70%。 （2）美国能源部于2001年发布氢能愿景，2018年恢复《燃料电池投资税收抵免政策》，目标到2040年实现使用氢燃料取代化石燃料的经济发展模式过渡。 （3）欧盟于2003年制定了《欧盟氢能路线图》，发布氢能与氢燃料电池技术发展愿景与规划，目标到2040年氢能汽车占新车销售份额的35%。 2. 中国氢能政策 中国在2001年发布《“十五”国家“863”计划重大专项》，指出发展氢燃料电池技术，并在2012年发布《节能与新能源汽车产业发展规划》，在2018年发布了氢能汽车财政补贴方案，最高可达100万元/辆，目标到2030年实现百万辆氢能汽车商业化应用，并建成1000座加氢站。 2019年，氢能源首次写入《政府工作报告》。2019年4月，国家发展改革委会同有关部门对 《产业结构调整指导目录（ 修正 ）》进行了修订，形成《产业结构调整指导目录》，氢能及燃料电池产业被纳入鼓励类发展。2020年4月，国家能源局发布的《中华人民共和国能源法（征求意见稿）》首次将氢能列入能源范畴。2020年5月，国家发改委 《关于2019年国民经济和社会发展计划执行情况与2020年国民经济和社会发展计划草案的报告》中提出：制定国家氢能产业发展战略规划。支持新源汽车、储能产业发展，推动智能汽车创新发展战略实施。2020年7月，国家能源局《关于加快能源领域新型标准体系建设的指导意见（征求稿）》公开征求意见，意见稿指出要在智慧能源、能源互联网、风电、太阳能发电、生物质能、储能、氢能等新兴领域，率先推进新型标准体系建设，发挥示范带动作用。 四、氢能发展前景分析 氢能发展具备以下优势，一是我国具備全球最大制氢产能和巨大的可再生能源可开发量，城市及港口的交通运输较为集中，产业链和标准规范已初步形成。二是氢燃料电池低温适应性强，在极寒冷地区有一定市场。根据IEA预测，到2050年，理想情景下，氢能汽车占比有望达到15%。三是应用氢燃料电池的分布式热电联供系统未来短期内可得到一定应用。应用氢燃料电池的分布式热电联供系统对比传统内燃机热电联供系统具有节能减排的优势，得到了日本、美国和德国等国家的推广。四是分布式氢能电源和氢储能应用有一定发展空间。未来随着氢燃料电池以及制氢成本的降低，分布式氢能电源有望取代柴油发电机成为重要的离网电源和备用电源。未来，随着氢技术进步，其在远距离运输等特定场景具有一定市场空间，值得关注。 同时，氢能发展受到一定的制约，一是在核心材料、零部件、装备和重大工程方面存在关键技术问题，例如，氢能汽车的成本短时间内难以大幅下降，总体上与电动汽车竞争有明显劣势，但在客车领域和寒冷地区有一定发展空间。氢燃料电池的核心组件，催化剂依赖于贵金属“铂”，尚未发现替代产品，氢能汽车的成本过高问题短时间内难以解决。并且，“电-氢-电”的环节，让氢能汽车电能利用率大大降低，仅为30-40%，与电动汽车相比（85-95%）差距很大。二是在能源体系中定位需进一步清晰，各级政府的顶层设计和法律法规需进一步完善，商业模式待清晰。 （国网国际发展有限公司 ?北京 ?100031） |
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