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2021年6月17日-18日，2021中國綠色氫能發展大會在大會上國家發改委能源研究所博士劉堅做演講報告，其中對綠氫發展前景？氫能發展現狀?綠氫的制備技術？三方面發表了自己的看法。
綠氫發展前景
在2060年之前要實現碳中和現在的思路主要是從能源入手，因為能源占到100億噸二氧化碳排放的80%以上。
第一方面在能源生產側要引入更多非化石能源。目前從2020年來講是15.9%，要實現碳中和的前提下60年非化石能源占比要達到80%以上。
第二方面能源網絡結構的優化。未來的能源消費可能會產生巨大變化，因為未來的新能源發展主要是通過風能和太陽能這些新能源電力實現，所以如果想為新能源的發展提供更多的發展空間，能源終端消費就是需要有更多的電氣化的一個實現。比如到2060年左右能源消費電氣化的水平可能需要達到70%-80%,但是就算技術達到了這樣一個高水平，可能還是會有相當一部分的終端能源消費是沒有辦法直接通過電來實現的。這時候就可以通過氫這種間接方式，簡單來講即利用新能源進行電解水制氫，然后終端能源利用的時候用氫來實現更高比例的新能源覆蓋。
第三方面就是通過氫實現物質網絡的協同優化。未來更多是通過非化石時的風電和太陽能來實現發電，電力可以直接通過電力技術設施來提供中端能源的利用，比如對于氫能車和建筑的用能相對來說是比較直接的。除此之外，未來也可以通過電解水的方式，新建氫能技術設施網絡來實現其他一些相對比較難減碳的領域比如說道路交通里面的重卡、船舶、航空等領域的減碳化。同樣的基于綠氫也可以實現一些合成燃料和合成原料的產品，比如合成氨、合成甲醇和一些油、氣等的生產，均可以兼容現有的化石能源網絡基礎設施來實現工業原料這一部分的替代。
基于氫基燃料的介質也可以去耦合二氧化碳的元素。碳氫元素可以直接形成很多的化工原料，從這一塊來講，二氧化碳除了可以通過自然界捕獲，還可以通過生物制間接的方式來進行獲取。也可以利用化石能源通過CCS或者CCUS的方式來進行獲取，如果為了實現自然界二氧化碳的直接循環，那二氧化碳總排放可能接近于零；另一方面如果通過CCUS利用化石能源，以氫的角度來說，它可以實現耦合化石能源所排放的碳，最終實現負碳的技術。從整體來看，雖然沒有辦法實現真正的零碳，但是也可以大幅度降低化石能源的利用部分的二氧化碳消費。氫作為這樣一個能源，介質以及它產生的通過電解水制氫合成的比如氫氣燃料，是在未來碳中和整體框架中的核心角色。
氫能發展現狀
根據氫能聯盟2019年的統計數據，目前氫氣的產能是4100百萬噸，實際產量是3300萬噸，其中煤制氫、天然氣制氫占到60%以上，電解水制氫占比極少，大概只有1.5%左右，而且里面相當一部分還是從電網直接獲取的，就電解水直接制氫的執行方式。真正的綠氫在未來的技術是希望直接通過風能、太陽能、水能可再生能源與電力結合。
消費層面來說，目前的主要在化工領域，合成氨占比最高，合成氨、合成甲醇這兩類加起來占比達到60%以上，而目前像燃料電池等氫能消費占比非常低，在1‰以下。未來不論是氫能的生產還是氫能的能源化利用，還是有很長的一段路要走的。根據中國氫能聯盟的數據，氫的能源化利用主要還是從交通這個方面來首先突破，國內燃料電池汽車主要是商務車，數量規模大約是接近8000輛，但是未來會更多關注的是重卡，因為在中國，電動汽車發展迅速，特別是在乘用車和氫型的商務車來講，未來電動化可能是一個非常有競爭力的技術路線。
相比之下，對于一些長距離的重卡運營場景來講，電動汽車可能會存在一定的技術挑戰，雖然也會通過一定的技術比如說通過電池換電的方式來實現一些短距離高頻運行，包括部分礦區、港口已經在這方面有示范點，但是未來更長距離的重載車輛的電氣化還是存在難題的，這個時候以氫能來講，它的能量密度較高，未來在重在貨運方面比較有發展前景。
交通可能只是未來氫能發展的一個部分，但是更大的一個問題就是如何降低氫能成本？為什么說交通是首先能夠接受氫能的一個領域？特別在新能源執行低碳氫的條件下，它的價格成本相對較高。首先從交通做一個突破口，未來如果氫能成本持續下降的話，就可以進一步推廣到工業領域部分的應用。
綠氫制備技術
目前制綠氫的主流技術包括堿性電解水、質子交換膜電解水(PEM)和固態氧化物電解水(SOEC)。前兩類技術在中國和歐洲都有較多的應用，特別是堿性電解水在國內來講產業已經相對成熟，工業規模較大，成本也較低，國內有很多產業基礎，但是它的問題在于目前堿性電解槽的槽的性能靈活性相對較差。
那如果未來耦合風能、太陽能的波動性電能源來講，效率相對來說會受到一定的限制，這部分來講的話，目前工業領域的電解水制氫并沒有很強的波動性電源適應的需求。未來如果有很大的這種風能和太陽能的制氫場景的話，堿性電解水技術靈活性有比較大的提升空間。
第二類質子交換膜的技術來講的話，歐洲應用較多技術相對成熟，問題在于成本較高，目前的單位千瓦的電解槽成本接近1萬元，遠高于電解水制氫，優勢在于它靈活性比較高，爬坡和體型的速度都會比較快。
第三類技術固態氧化物電解水(SOEC)技術來講最大的優勢在于轉換效率比較高，可以實現80%以上電解水制氫的能源轉換效率。但是問題在于它需要高溫的運行環境，成本和技術都還存在一定的技術難題，包括材料的循環壽命等等。
總的來說，從關鍵的效率、成本、靈活性三個指標來看的話，堿性電解水和質子交換膜這兩類技術是比較接近的。因為成本和靈活性只要有足夠的應用規模都有很大的一個提升空間，但是效率轉換方面是這兩類技術的一個比較大的瓶頸。
除了以上幾個方面來講的話，制備可能更重要的一部分就是電價。目前工商業的電價比如在六毛到八毛的水平話，制氫成本可能會高于40塊錢以上，未來電價有進一步下降的話，推動力就可能進一步來源于新能源，有風能和太陽能。預計未來如果波動性的可再生能源，它的發電成本是在一毛五左右的話，差不多2000塊錢以內每千瓦的電解水制氫設備成本。
再一個新能源制氫預計成本可以降到十塊錢每公斤，這樣一個水平可以應用于很多方面，特別是很好地促進工業領域的應用。
下期預告：
劉博士在儲氫、運氫和綠氫未來應用需求方面進行闡述，講解國家目前的研究并表述了自己的看法，敬請期待......
