中國氫能發(fā)展的思考

 

　　原創(chuàng) 2017-11-28 王賡，鄭津洋等 科技導(dǎo)報(bào)氫能應(yīng)用是化解電力行業(yè)電量結(jié)構(gòu)性過剩的重要手段，也是改善中國環(huán)境、降低大氣污染物排放的重要技術(shù)方向。氫能燃料電池車輛的規(guī)?；瘧?yīng)用推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)逐步進(jìn)入高速發(fā)展期。本文基于大量行業(yè)調(diào)研及國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)，從氫能制取、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、安全和應(yīng)用等方面，總結(jié)了中國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)中國氫能產(chǎn)業(yè)的多元化發(fā)展提出了意見和建議。

 

　　

 

 

 

　　氫能是清潔的二次能源。近年來，隨著氫能應(yīng)用技術(shù)發(fā)展逐漸成熟，以及全球應(yīng)對(duì)氣候變化壓力的持續(xù)增大，氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在世界各國備受關(guān)注，美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家相繼將發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)提升到國家能源戰(zhàn)略高度。2016年國家發(fā)展和改革委員會(huì)、國家能源局等聯(lián)合發(fā)布的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016—2030年)》(發(fā)改能源[2016]513號(hào))提出了能源技術(shù)革命重點(diǎn)創(chuàng)新行動(dòng)路線圖，部署了15項(xiàng)具體任務(wù)，“氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新”位列其中，標(biāo)志著氫能產(chǎn)業(yè)已被納入中國國家能源戰(zhàn)略。

 

　　國內(nèi)外的實(shí)踐表明，氫能可廣泛應(yīng)用于燃料電池車輛、發(fā)電、儲(chǔ)能，也可摻入天然氣用于工業(yè)和民用燃?xì)?。氫能作為清潔的二次能源具有可?guī)?；瘍?chǔ)存的特性，其廣泛應(yīng)用可部分替代石油和天然氣，成為能源消費(fèi)的重要組成部分，對(duì)應(yīng)對(duì)氣候變化和保障能源供應(yīng)安全等具有一定的支撐作用。充分利用氫能的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，在中國風(fēng)電、光電、水電富余或棄風(fēng)、棄光、棄水較多的地區(qū)，以及城市電網(wǎng)峰、谷時(shí)段電力負(fù)荷差異較大的城市和地區(qū)，采用電解水制氫獲得氫源，根據(jù)各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品以及人民生活水平等因素，采取電-氫-電、電-氫-用或兩者混合的模式，消納和儲(chǔ)存富余電力或峰段電力，有助于化解電力行業(yè)的結(jié)構(gòu)性過剩電量的“瓶頸”。

 

　　中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

 

　　氫能產(chǎn)業(yè)鏈

 

　　氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括：氫的制取、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和應(yīng)用等環(huán)節(jié)。氫既可廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)領(lǐng)域，又可應(yīng)用于新興的氫能車輛(包括乘用車、商用車、物流車、叉車、軌道車等)以及氫能發(fā)電(包括熱電聯(lián)供分布式發(fā)電、發(fā)電儲(chǔ)能、備用電源等)。為加快發(fā)展中國的氫能產(chǎn)業(yè)，依據(jù)目前的資源條件和能源產(chǎn)業(yè)狀況，應(yīng)在加強(qiáng)氫安全的基礎(chǔ)上，積極推行氫源多元化及氫能多元化和規(guī)?；瘧?yīng)用。氫源的多元化除了上述利用富余風(fēng)電、水電、光電制氫外，還應(yīng)充分利用中國豐富的煤炭資源。煤化工生產(chǎn)經(jīng)過多年的研究開發(fā)，已具備良好的規(guī)模和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，若將煤制氫與煤制油、煤化工產(chǎn)品等生產(chǎn)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合、綜合利用，可獲得經(jīng)濟(jì)、豐富的氫源。中國的煉油工業(yè)、化工產(chǎn)業(yè)多設(shè)計(jì)的品種及規(guī)模巨大，工業(yè)含氫排放氣是重要的氫氣來源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年全國純度99%左右的氫氣產(chǎn)量為700億m3，其中各類工業(yè)含氫氣體排放氣回收利用占比70%左右。所以，工業(yè)含氫排放氣是中國不可忽視的氫源，應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃、充分合理利用，為推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，節(jié)能降耗改善環(huán)境，降低碳排放、減少污染物作出貢獻(xiàn)。

 

　　氫的制取

 

　　經(jīng)過多年努力，氫氣作為原料氣體及工業(yè)氣體，其生產(chǎn)和應(yīng)用在中國已具有較大規(guī)模。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，用于煉化產(chǎn)品生產(chǎn)和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的純度大于或等于99%的氫氣年產(chǎn)量約為700億m3(約600萬t)，其中從各類含氫排放氣或馳放氣、煤制合成氣、天然氣轉(zhuǎn)化氣、甲醇轉(zhuǎn)化氣等提純獲得的氫氣約占90%以上，以水電解制氫獲得的氫氣占比2%~4%。

 

　　從獲取氫氣的方法看，變壓吸附提純氫占比最大，這主要是因?yàn)槠湟?guī)模大、原料氣以含氫排放氣占比最高且經(jīng)濟(jì)性好。近年來，隨著國內(nèi)甲醇生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，甲醇蒸汽轉(zhuǎn)化制氫發(fā)展迅速。目前國內(nèi)變壓吸附(PSA)裝置最大產(chǎn)能達(dá)30萬m3/h。隨著煤制合成氣、煤制油的規(guī)模發(fā)展，煤制氫產(chǎn)量逐年增多，其規(guī)模均較大、成本也較低，在煤炭價(jià)格適宜且工藝流程、氣化爐型等選擇得當(dāng)時(shí)，氫氣成本可降至20元/kg左右。與此同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)從化工產(chǎn)品(包括合成氨、甲醇等)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含氫馳放氣中回收純度大于99%氫氣的裝置日漸增多。

 

　　近年來，一些地區(qū)采用富余水電、棄風(fēng)、棄光或城市電網(wǎng)谷段電力開展水電解制氫的示范項(xiàng)目，形成小規(guī)模生產(chǎn)并提供工業(yè)氫氣。消納水電、棄風(fēng)、棄光等可再生能源電力進(jìn)行水電解制氫，形成的是綠色二次能源，而利用城市電網(wǎng)谷段電力制氫是否同樣形成“綠色二次能源”，還應(yīng)具體分析所在地區(qū)的電網(wǎng)電力來源。在水電、風(fēng)電發(fā)達(dá)地區(qū)，或輸入可再生能源電力的地區(qū)，城市電網(wǎng)中“綠色電力”均占有一定比例，應(yīng)該被稱為“淺綠電力”，采用“淺綠電力”制氫是減少碳排放的重要措施，并可提供“綠色二次能源”。

 

　　水電解制氫裝置包括堿性電解水制氫、純水質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫和固態(tài)氧化物電解質(zhì)(SOE)電解水制氫等裝置。前兩類裝置在國內(nèi)均有運(yùn)行，SOE正在研發(fā)當(dāng)中，。

 

　　充分發(fā)揮氫氣可規(guī)模化儲(chǔ)存的特性，將是未來能源領(lǐng)域解決“能源生產(chǎn)、使用(供需)不均衡性”問題的重要途徑之一，尤其是提高波動(dòng)式、間歇性的可再生能源利用率的重要途徑之一。

 

　　目前國內(nèi)氫氣儲(chǔ)存方式主要有高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)氫化物儲(chǔ)氫等。在氫燃料電池汽車領(lǐng)域目前技術(shù)發(fā)展較成熟且應(yīng)用最為廣泛的是高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫。高壓氣態(tài)氫儲(chǔ)存裝置有固定儲(chǔ)氫罐、長管氣瓶及長管管束、鋼瓶和鋼瓶組、車載儲(chǔ)氫氣瓶等。國內(nèi)在固定儲(chǔ)氫罐研發(fā)上已取得顯著成果，在攻克多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用自有專利技術(shù)已成功研制出了一種具有抑爆抗爆、缺陷分散、運(yùn)行狀態(tài)可在線監(jiān)測的多功能全多層高壓儲(chǔ)氫罐，目前壓力等級(jí)可達(dá)到45、77和98 MPa，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。其中壓力等級(jí)為45和77 MPa的容器見圖1。長管氣瓶組及長管拖車已在國內(nèi)制造，并在一些制氫工廠、用氫的企業(yè)和加氫站安裝、運(yùn)行，圖2為45 MPa的長管氣瓶組。中小規(guī)模固體氫化物儲(chǔ)存裝置已在PEM備用電源和一些用氫單位應(yīng)用。

 

　　液態(tài)氫儲(chǔ)罐和液態(tài)氫拖車已在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)制造并在航天等領(lǐng)域應(yīng)用，一臺(tái)15 m3 的液氫罐車可運(yùn)輸約1.05 t(約為12000 m3)氫氣。固定式液氫儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存能力可依據(jù)需要設(shè)計(jì)制造，但液氫的儲(chǔ)存、輸送應(yīng)注意其蒸發(fā)損失的回收利用。近年來，一種低溫高壓復(fù)合的移動(dòng)式儲(chǔ)氫容器引起廣泛關(guān)注，該容器既可存儲(chǔ)液態(tài)氫，也可存儲(chǔ)低溫氣態(tài)氫氣。與傳統(tǒng)液態(tài)氫儲(chǔ)罐相比，低溫高壓復(fù)合儲(chǔ)氫具有更高的儲(chǔ)氫密度和更少的蒸發(fā)損失。

 

　　目前，氫氣輸送方式有高壓氣態(tài)、液態(tài)氫和管道輸送。這3種方式國內(nèi)均已應(yīng)用，氫長輸管道近年已在一些地區(qū)建設(shè)、運(yùn)營。據(jù)了解已有數(shù)條約50 km、2.0~4.0 MPa的輸氫管道正在運(yùn)行中，管道內(nèi)徑已達(dá)400 mm。但總體而言，仍需在管線鋼與高壓氫的相容性、管道的運(yùn)營管理等方面開展系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究工作，為建設(shè)長距離、高壓力的“規(guī)模”輸氫管線創(chuàng)造條件。

 

　　加氫站

 

　　2006年以來，中國建成并有運(yùn)行記錄的加氫站8座，分別是北京氫能示范園加氫站、北京飛馳競立制氫加氫站(已拆除)、上海安亭加氫站、上海世博固定及移動(dòng)加氫站(已拆除)、廣州亞運(yùn)會(huì)加氫站(已拆除)、深圳大運(yùn)會(huì)加氫站(已拆除)、鄭州宇通加氫站等。到2016年底，國內(nèi)僅有北京、上海和鄭州3座加氫站尚在運(yùn)行。而目前正在規(guī)劃、建設(shè)中的加氫站大約有20座以上，加氫能力均小于400kg/d，屬于示范性加氫站。具有長期運(yùn)營能力的加氫站尚需從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造至運(yùn)營進(jìn)行系統(tǒng)的分析、總結(jié)，才能確保其技術(shù)科學(xué)性和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。加氫站的核心設(shè)備主要包括氫氣儲(chǔ)罐、氫壓縮機(jī)、加氫機(jī)及控制系統(tǒng)等。目前已建和在建加氫站的核心設(shè)備主要采用“進(jìn)口+國產(chǎn)”的形式，且完全國產(chǎn)化的條件基本具備，但應(yīng)不斷強(qiáng)化現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施、檢測手段的建立，加大監(jiān)督管理力度等。

 

　　氫氣的應(yīng)用

 

　　在中國，氫氣除用作合成氨、甲醇等化工原料氣外，大約90%或更多純度99%左右的氫氣用于煉化產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的加氫。僅有2%~4%的氫氣作為工業(yè)氣體用于治金、鋼鐵、電子、建材、精細(xì)化工等行業(yè)的還原氣、保護(hù)氣、反應(yīng)氣等。

 

　　由于氫能燃料電池車輛既具有傳統(tǒng)燃油車輛的續(xù)能里程長、加注時(shí)間短的特點(diǎn)，又具有零碳排放的優(yōu)良性能，越來越受到國內(nèi)相關(guān)政府機(jī)構(gòu)及企業(yè)的關(guān)注。2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間及其后期的燃料電池大巴車共進(jìn)行氫的加注約2600次，加氫量約為22 t;2010年上海世博會(huì)的燃料電池大巴車和燃料電池?cái)[渡車運(yùn)營了近10個(gè)月，氫氣加注次數(shù)(固定加氫站和移動(dòng)加氫站)近2萬次，加氫量約為25 t。整體上說，目前國內(nèi)氫能燃料電池車輛的運(yùn)營尚處于示范階段。2015年以來，河南鄭州、廣東云浮、江蘇如皋等地相繼建成或在建加氫站，云浮已生產(chǎn)燃料電池大巴車28輛并投入示范運(yùn)營。上海汽車集團(tuán)股份有限公司、鄭州宇通集團(tuán)有限公司、北汽福田汽車股份有限公司等企業(yè)已取得公告的燃料電池車型，可以預(yù)見氫能燃料電池車輛在中國的應(yīng)用日趨廣泛。

 

　　同時(shí)，氫燃料電池發(fā)電裝置在中國的應(yīng)用正在興起，其作為備用電源已在通信基站等場所實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。2016年10月，遼寧營口的2 MW熱電聯(lián)供氫燃料電池發(fā)電裝置投入運(yùn)行，該裝置以氯堿廠副產(chǎn)氫作為原料，在發(fā)電同時(shí)供應(yīng)一定溫度的熱水。此外，部分研究單位正在進(jìn)行分布式氫能燃料電池發(fā)電裝置的研究與開發(fā)，有望近期有所突破。

 

　　氫安全

 

　　氫能的安全性是社會(huì)各界關(guān)注的重點(diǎn)。國際國內(nèi)應(yīng)用實(shí)踐證明，只要按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和法規(guī)生產(chǎn)、存儲(chǔ)及使用氫能，氫能安全可以得到保障。

 

　　近年來，中國積極開展氫能安全性研究和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，陸續(xù)開展了材料高壓氫相容性、高壓氫氣泄漏擴(kuò)散、氫氣瓶耐火性能、氫氣快充溫升、快速充放氫疲勞、量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、失效預(yù)測預(yù)防、高壓氫噴射火、氫爆燃爆轟、氫泄爆、氫阻火等研究。但總體而言，國內(nèi)氫安全研究剛剛起步，投入較少，安全檢測能力和保障技術(shù)滯后于氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，缺乏具有第三方公正地位的實(shí)驗(yàn)室，與國際先進(jìn)水平相比有不小的差距。

 

　　氫能安全未來將以對(duì)氫事故原因、機(jī)理、后果，以及事故預(yù)測、預(yù)警和控制方法的研究為基礎(chǔ)，制定合理的安全技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，以本質(zhì)安全為理念設(shè)計(jì)氫能產(chǎn)業(yè)裝備/設(shè)施，建立完善的氫能利用風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估體系，防止和減少氫能安全事故，促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)健康安全發(fā)展。

 

　　氫能產(chǎn)業(yè)支撐政策及標(biāo)準(zhǔn)體系

 

　　中國自2001年啟動(dòng)國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)“電動(dòng)汽車”重大科技專項(xiàng)，開始著手燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)集成研發(fā)，直到“十二五”期間，氫能技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域一直是由科技部牽頭發(fā)布相關(guān)的政策和規(guī)劃，這從另一方面印證了這一時(shí)期氫能產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)尚處于技術(shù)研發(fā)和儲(chǔ)備期。2016年5月，國務(wù)院印發(fā)《國家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》，明確提出開發(fā)氫能、燃料電池等新一代能源技術(shù)。2016年6月，國家發(fā)展和改革委員會(huì)、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016—2030年)》，將“氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新”作為15項(xiàng)具體任務(wù)之一，這些都標(biāo)志著氫能產(chǎn)業(yè)已納入中國國家能源戰(zhàn)略。

 

　　在氫能與燃料電池標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方面，全國氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC 309)和全國燃料電池及液流電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC 342)截至目前共研制氫能相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)26項(xiàng)、燃料電池相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)41項(xiàng)，中國氫能和燃料電池國家標(biāo)準(zhǔn)體系框架初步建立。當(dāng)然，在推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)的進(jìn)程中，氫能領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還有待進(jìn)一步完善，還存在一些不協(xié)調(diào)、不配套的問題，與國際接軌的程度也有待提高，因此需要進(jìn)一步強(qiáng)化支撐氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)化工作，切實(shí)發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支撐和引領(lǐng)作用。

 

　　加速發(fā)展中國氫能產(chǎn)業(yè)的思考

 

　　“十三五”以來，氫能產(chǎn)業(yè)在一些地方相繼興起，許多地方政府或企業(yè)正積極進(jìn)行氫能產(chǎn)業(yè)園區(qū)等的規(guī)劃、建設(shè)，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展一時(shí)展現(xiàn)出勃勃生機(jī)。但是如何避免“一哄而起”、“高熱之后的冷落”，確保氫能產(chǎn)業(yè)沿著科學(xué)、可持續(xù)的道路健康發(fā)展，仍是現(xiàn)階段面臨的重要問題和挑戰(zhàn)。筆者根據(jù)對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)內(nèi)涵的了解，在吸取和分析國內(nèi)外的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性的基礎(chǔ)上，提出以下幾點(diǎn)思考，供正在或即將涉足氫能產(chǎn)業(yè)的地方、企業(yè)及專業(yè)人士參考。

 

　　選擇多元化的氫源

 

　　根據(jù)中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀和資源分布，氫能產(chǎn)業(yè)所需氫源應(yīng)是多元化的。各地方和企業(yè)一定要根據(jù)其自身情況選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)性良好、環(huán)境友好的氫源來發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)。如前所述，中國氫源具備多元發(fā)展、多元開發(fā)的條件，在選擇氫源時(shí)，應(yīng)綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、碳排放、環(huán)境影響、能源消耗、資源條件等因素。在資源條件許可時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇工業(yè)含氫氣體提純氫氣或可再生能源(富余水電、棄風(fēng)、棄光)制氫，但均應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析選用最佳方案。在用氫規(guī)模較大且可與化工產(chǎn)品或煤制油綜合利用時(shí)，宜采用煤制合成氣提純氫方式，在氣化爐型、工藝流程等配套合理時(shí)，可獲得較低成本的氫氣。在資源條件受限時(shí)，根據(jù)甲醇、天然氣供應(yīng)狀況和城市電網(wǎng)“淺綠程度”，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，可采用天然氣轉(zhuǎn)化或甲醇轉(zhuǎn)化制氫、谷時(shí)段水電解制氫，僅在小型制氫規(guī)?；蚴痉俄?xiàng)目才推薦選用水電解制氫。

 

　　氫能多元化應(yīng)用

 

　　氫能燃料電池車輛的研發(fā)和上路運(yùn)行在國內(nèi)外都引起了廣泛關(guān)注。近兩年，國內(nèi)一些地方和企業(yè)積極參與氫能車輛的開發(fā)研究，相關(guān)產(chǎn)業(yè)持續(xù)升溫。但氫能產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展應(yīng)提倡多元應(yīng)用，可包括氫能燃料電池車輛、氫能燃料電池發(fā)電、分布式氫能系統(tǒng)、燃料電池?zé)犭娐?lián)供、氫儲(chǔ)能系統(tǒng)等的研發(fā)、示范或商業(yè)化運(yùn)營等。國外有報(bào)道稱，一些氫能燃料電池發(fā)電系統(tǒng)(圖3)的耗氫量或減排量將大于氫能燃料電池車輛。因此，不能一味片面強(qiáng)調(diào)氫能產(chǎn)業(yè)在燃料電池車輛方面的應(yīng)用和推廣，實(shí)施氫能的多元化應(yīng)用是發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)的必由之路，從現(xiàn)階段起就應(yīng)該深入研究“多元化應(yīng)用”模式，作好規(guī)劃建設(shè)，并推廣試點(diǎn)示范。多元應(yīng)用的發(fā)展、各種應(yīng)用類型的相互補(bǔ)充，必將加速氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程，并且隨著應(yīng)用規(guī)模增大，其社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益更加突顯

 

　　近年來，中國風(fēng)電、光電、水電等可再生能源的占比逐年增加，由于這類電力的波動(dòng)性和一些地區(qū)、城市電網(wǎng)的峰谷負(fù)荷差異較大，造成了電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)置需求明顯，各種儲(chǔ)能方式(系統(tǒng))的開發(fā)研究逐漸興起，壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、蓄電池儲(chǔ)能等均在研究和實(shí)驗(yàn)。圖4為各種儲(chǔ)能方式的投資比較。其中，在國內(nèi)已建設(shè)多座抽水蓄能電站，盡管其有較好的削峰填谷效益，但同時(shí)受地理?xiàng)l件限制和投資的影響較大，此類項(xiàng)目的建設(shè)應(yīng)十分慎重。伴隨著氫能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，氫儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用將成為較為現(xiàn)實(shí)、可行的選擇。2015 年國際能源署(IEA)發(fā)布的《Technology roadmap hydrogen andfuel cells》(《氫能和燃料電池技術(shù)路線圖》)中提出氫儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用的內(nèi)容。

 

　　綜上分析，根據(jù)中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀和氫氣在傳統(tǒng)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用以及氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，應(yīng)積極發(fā)展“電-氫-電”、“電-氫-用”或兩者混合的氫儲(chǔ)能系統(tǒng)(圖5)。其中，電力可以是各類可再生能源(風(fēng)電、水電、光電等)和城市電網(wǎng)的谷時(shí)段電，經(jīng)水電解制取氫氣進(jìn)行儲(chǔ)存?zhèn)溆茫竺娴?ldquo;電”是以氫燃料電池發(fā)電裝置根據(jù)電力負(fù)荷的需求所產(chǎn)生的電力;“用”是將儲(chǔ)存氫或直接利用水電解獲得的氫氣，用于其他行業(yè)(即外銷氫氣)，與此同時(shí)水電解裝置的副產(chǎn)氧(氫產(chǎn)量的1/2)也可作為產(chǎn)品外銷

 

　　氫氣儲(chǔ)能系統(tǒng)可根據(jù)規(guī)模分為大、中、小3種類型，并可依據(jù)需求側(cè)/供給側(cè)的富余電量、電力負(fù)荷的不均衡性和氫氣/氧氣銷售(利用)狀況等因素確定。這其中核心的問題是氫儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體能效以及氫氣、外供電的成本等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與其他儲(chǔ)能方式的可比性，這也是判斷不同儲(chǔ)能方案是否可行的關(guān)鍵。按目前成熟或即將成熟的水電解制氫裝置、燃料電池發(fā)電裝置的技術(shù)狀態(tài)，據(jù)初步估計(jì)：“電-氫-電”的整體能效約為40%左右，“電-氫-用”的能效在75%~80%。若采用混合系統(tǒng)應(yīng)視“發(fā)電”與“用”氫的占比而定，若各占50%，則估計(jì)整體能效約可達(dá)60%。以氫氣的成本30元/kg左右計(jì)算，從以上數(shù)據(jù)的分析中可以看出：在風(fēng)電、水電、光電較為豐盛的地區(qū)和電網(wǎng)為“淺綠”的峰谷差異較大地區(qū)均可考慮推廣進(jìn)行氫儲(chǔ)能系統(tǒng)的示范，其規(guī)模可依據(jù)當(dāng)?shù)匾延袀鹘y(tǒng)氫用戶和正規(guī)化的“氫能車輛”、氫能發(fā)電的需求，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析后確定。當(dāng)然，工程的建設(shè)投資也是十分重要的條件，宜控制在4000~6000元/kW。

 

　　氫氣儲(chǔ)存、運(yùn)輸應(yīng)采用多種方式

 

　　根據(jù)中國多年在氫氣儲(chǔ)存、輸送技術(shù)的開發(fā)、運(yùn)行方面經(jīng)驗(yàn)的積累，高壓(35、45、70、98 MPa)氣態(tài)氫的固定及移動(dòng)儲(chǔ)存容器、氣瓶已具備一定設(shè)備制造能力和運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，并制定了相應(yīng)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)。液氫儲(chǔ)罐及其運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展?fàn)顟B(tài)與高壓氣態(tài)氫儲(chǔ)存、運(yùn)輸狀態(tài)相似。唯有氫氣長輸管道的建設(shè)處于起步階段，尚需加速開發(fā)研究工作，為各種壓力下的氫氣或氫混合燃料氣體的長距離輸送的建設(shè)積累經(jīng)驗(yàn)。幾種氫氣儲(chǔ)存、運(yùn)輸系統(tǒng)及設(shè)備的安全運(yùn)行檢測、監(jiān)管尚需加強(qiáng)，還應(yīng)逐步建立、健全第三方檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu)，為氫能產(chǎn)業(yè)的安全運(yùn)行提供可靠保證。

 

　　加氫站的建設(shè)與運(yùn)營

 

　　目前，國內(nèi)正在運(yùn)行的示范性加氫站的加氫能力均小于400 kg/d，一般在200 kg/d左右，其規(guī)劃設(shè)計(jì)、工藝流程及設(shè)備配置、氫源的選擇、自動(dòng)控制系統(tǒng)等大多不能滿足商業(yè)化運(yùn)營的要求，對(duì)運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性、耐久性的驗(yàn)證較少。當(dāng)前氫能燃料電池車輛的商業(yè)化運(yùn)營正處于實(shí)施階段，加氫站的規(guī)劃設(shè)計(jì)、建造要想達(dá)到“商業(yè)化運(yùn)營”的要求，其運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)性為首要條件，即要從規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就開始關(guān)注加氫站類型的選擇(合建站、集中/分散制氫等)和氫源的選擇等因素。對(duì)于集中或分散制氫的選擇，通常應(yīng)選擇集中制氫，每個(gè)加氫站都自行制氫不太現(xiàn)實(shí)，加氫能力一般應(yīng)確定在不低于400 kg/d的水平。落實(shí)加氫能力后，應(yīng)準(zhǔn)確確定工藝流程及設(shè)備配置(氫氣罐容積和數(shù)量，壓縮機(jī)、加氫機(jī)的參數(shù)等)，尤其應(yīng)十分關(guān)注控制系統(tǒng)的選擇。能夠商業(yè)化運(yùn)營的加氫站應(yīng)滿足“連續(xù)加氫運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)過關(guān)(盈利、不能虧)、安全可靠、自控運(yùn)行、減少運(yùn)行管理人員”等基本要求。

 

　　加快發(fā)展中國氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)關(guān)注的主要問題

 

　　鑒于數(shù)十年來傳統(tǒng)氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國已在制氫、氫的儲(chǔ)存輸送及其應(yīng)用技術(shù)等方面具備一定經(jīng)驗(yàn)和能力，氫氣系統(tǒng)及設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營等方面的標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)能力均有一定儲(chǔ)備。同時(shí)近年來，為適應(yīng)氫能產(chǎn)業(yè)的示范需求，在技術(shù)研發(fā)方面也取得了一些成果和技術(shù)積累。為了進(jìn)一步加快中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐，應(yīng)關(guān)注以下問題：

 

　　1)注意充分發(fā)揮各地方、企業(yè)已有氫氣制備、儲(chǔ)存輸送設(shè)施的能力、技術(shù)、人才等在發(fā)展中國氫能產(chǎn)業(yè)中的促進(jìn)、參照甚至引導(dǎo)作用;

 

　　2)高度重視國家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖的制訂，各地方(區(qū)域、城市)在進(jìn)行氫能產(chǎn)業(yè)及其基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時(shí)，首先應(yīng)做好規(guī)劃和必要的規(guī)定，循序漸進(jìn);

 

　　3)各地方(區(qū)域、城市)在選擇氫源和氫的儲(chǔ)存與輸送方式時(shí)，應(yīng)認(rèn)真調(diào)查研究本地區(qū)的氫相關(guān)資源和電力生產(chǎn)、使用狀況，注意波動(dòng)電力、峰谷電力的合理使用以及已有氫氣設(shè)施的利用;

 

　　4)在進(jìn)行氫能產(chǎn)業(yè)建設(shè)時(shí)，應(yīng)認(rèn)真結(jié)合當(dāng)?shù)厣鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)和資源條件，采納準(zhǔn)確、可靠的信息和數(shù)據(jù)，進(jìn)行科學(xué)的、實(shí)用的分析研究，準(zhǔn)確核算能源利用效率、降低碳排放量、提高經(jīng)濟(jì)效益，選擇最佳能效、碳排放量低且經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良的建設(shè)方案。

 

　　結(jié) 論

 

　　氫能作為清潔的二次能源在應(yīng)對(duì)氣候變化、保護(hù)環(huán)境等方面具有支撐作用。充分利用氫能的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，在中國可再生能源電力富余地區(qū)以及電網(wǎng)峰谷時(shí)段電力負(fù)荷差異較大的地區(qū)，采取“電-氫-電”、“電-氫-用”或兩者混合的模式構(gòu)建新型氫儲(chǔ)能系統(tǒng)，有助于推動(dòng)電力行業(yè)供給性改革，保障國家能源供應(yīng)安全。氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要多元化的視角和戰(zhàn)略規(guī)劃，為推進(jìn)中國氫能產(chǎn)業(yè)健康、協(xié)調(diào)、有序發(fā)展，提出如下建議：

 

　　1)組織人力、物力進(jìn)行國家、地區(qū)的氫能產(chǎn)業(yè)合適的上游、下游各階段的發(fā)展規(guī)劃、落實(shí)要求的配套政策;不僅氫能車輛方面有激勵(lì)政策，氫能發(fā)電、儲(chǔ)能方面也應(yīng)有激勵(lì)政策;

 

　　2)組織電力及相關(guān)行業(yè)的高校、科研院所、企業(yè)積極開展氫能發(fā)電、儲(chǔ)能技術(shù)與設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用研究，加強(qiáng)示范及總結(jié)推廣;

 

　　3)鑒于氫能產(chǎn)業(yè)多元發(fā)展的需要，應(yīng)組織制定能準(zhǔn)確計(jì)算氫能相關(guān)的能效、碳排放量的規(guī)定，統(tǒng)一方法、數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“真實(shí)”;鼓勵(lì)地區(qū)(區(qū)域、城市)相關(guān)行業(yè)、企業(yè)積極進(jìn)行氫能產(chǎn)業(yè)的示范、商業(yè)運(yùn)營;

 

　　4)鼓勵(lì)相關(guān)單位、企業(yè)積極參與氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的制修訂。建立氫能產(chǎn)業(yè)質(zhì)量監(jiān)控體系，加強(qiáng)氫能產(chǎn)業(yè)的質(zhì)量檢測、安全監(jiān)測機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)室。