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傳統(tǒng)能源逐漸退出歷史舞臺(tái)，氫能和燃料電池將成為新能源，能源革命已經(jīng)到來(lái)。
氫氣社會(huì)的概念起源于日本。2014年，日本政府發(fā)布了《氫能源和燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，提出了建設(shè)“氫社會(huì)”的三個(gè)階段，并提出到2040年建立零烴燃料供應(yīng)體系。在修訂的2016年路線圖中，日本政府增加了燃料電池汽車(chē)、加油站和國(guó)內(nèi)燃料電池供應(yīng)系統(tǒng)的量化目標(biāo)。目前，豐田等日本汽車(chē)廠商已銷(xiāo)售燃料電池汽車(chē)1萬(wàn)多輛，配套加氫站100多個(gè)。家用燃料電池供應(yīng)系統(tǒng)也在普及，日本家庭安裝了20多萬(wàn)臺(tái)氫熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。
在未來(lái)，我國(guó)能源系統(tǒng)的優(yōu)化不僅僅局限于某一種能源品種，還可以通過(guò)氫能實(shí)現(xiàn)整體的優(yōu)化，甚至通過(guò)氫能實(shí)現(xiàn)其他能源產(chǎn)業(yè)之間的互動(dòng)。通過(guò)氫能，我們可以在目前的熱網(wǎng)、電網(wǎng)和油氣網(wǎng)之間形成一個(gè)協(xié)調(diào)。
中國(guó)能源體系的缺陷
中國(guó)氫能聯(lián)盟專(zhuān)家委員會(huì)主任余卓平在《中國(guó)氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告》一開(kāi)始就指出:“中國(guó)的能源體系不安全、不平衡、不可持續(xù)，主要體現(xiàn)在五個(gè)方面:能源安全，一個(gè)煤炭大國(guó)卻不夠清潔，可再生能源的發(fā)展遇到瓶頸，碳排放的壓力和電力系統(tǒng)缺乏靈活性。”
2017年，中國(guó)石油進(jìn)口超過(guò)4億噸，進(jìn)口石油的68.85%用于運(yùn)輸。全年進(jìn)口天然氣946億立方米，其中39%依靠進(jìn)口。
在煤炭方面，80%的煤炭燃燒后用于發(fā)電和取暖，造成大量煤炭燃燒產(chǎn)生的碳排放大，污染嚴(yán)重。劣質(zhì)褐煤儲(chǔ)量約1300億噸，占煤炭?jī)?chǔ)量的13%。褐煤含碳量低，氫含量較高。科學(xué)利用褐煤，就等于發(fā)現(xiàn)了一種新的能源。
此外，將可再生能源整合到電網(wǎng)中也很困難。2017年可再生能源占發(fā)電量比重僅增長(zhǎng)0.7%，2017年可再生能源報(bào)廢1007億千瓦時(shí)，阻礙了可再生資源的進(jìn)一步規(guī)模化應(yīng)用。
中國(guó)提出到2030年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放量比2005年下降60% -65%的目標(biāo)。以化石能源為基礎(chǔ)的能源結(jié)構(gòu)給中國(guó)的碳排放目標(biāo)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。
電力作為我國(guó)終端能源消費(fèi)的主體，其最大的問(wèn)題是無(wú)法儲(chǔ)存。可再生能源接入帶來(lái)的不確定性影響著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
至此，氫作為一種二次能源，具有零碳、高效率、能源互聯(lián)網(wǎng)媒介(電、熱、氣媒介之間的轉(zhuǎn)換，是在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)跨能源網(wǎng)絡(luò)協(xié)同優(yōu)化的唯一途徑)和儲(chǔ)能(可再生能源水電解制氫、實(shí)現(xiàn)能源給定和存儲(chǔ))等特點(diǎn)，并具有交通、工業(yè)、建筑等豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。
氫可能是對(duì)中國(guó)能源體系的完美補(bǔ)充。
“未來(lái)，氫能源應(yīng)至少占中國(guó)終端能源系統(tǒng)的10%，并成為中國(guó)能源戰(zhàn)略的重要組成部分，”余說(shuō)。氫能將融入中國(guó)終端能源系統(tǒng)，與電力一起成為終端能源系統(tǒng)的主要消費(fèi)者。”
氫能的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用仍面臨許多挑戰(zhàn)。
雖然氫社會(huì)的藍(lán)圖充滿(mǎn)希望，但它仍處于早期階段，并面臨一些挑戰(zhàn)。
從制氫方面來(lái)看，現(xiàn)有的制氫技術(shù)大多依靠煤炭、天然氣等一次能源，經(jīng)濟(jì)和環(huán)保問(wèn)題依然突出。核能制氫、生物質(zhì)氣化制氫還不成熟，太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源存在效率低、綜合成本高的問(wèn)題。
從儲(chǔ)氫方面來(lái)看，雖然壓縮儲(chǔ)氫、液化儲(chǔ)氫、金屬氫化物儲(chǔ)氫和有機(jī)化合物儲(chǔ)氫技術(shù)都取得了很大進(jìn)展，但儲(chǔ)氫密度、儲(chǔ)氫密度、儲(chǔ)氫密度、儲(chǔ)氫密度和儲(chǔ)氫密度之間的平衡，儲(chǔ)氫安全性和儲(chǔ)氫成本尚未得到解決，距離大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用還有一定的差距。
從氫使用方面來(lái)看，氫燃料電池汽車(chē)規(guī)模不足，導(dǎo)致加氫站建設(shè)成本高，難以大規(guī)模建設(shè)。而加氫站數(shù)量的不足，也使得用戶(hù)很難選擇氫燃料電池汽車(chē)。一般來(lái)說(shuō)，氫鏈的便捷性和成本控制很難平衡。
水氫機(jī)將促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
為解決氫能“儲(chǔ)運(yùn)難、成本高”的問(wèn)題，水氫工業(yè)創(chuàng)始人向華博士基于“中國(guó)水基科學(xué)理論”提出了“動(dòng)態(tài)氫”的概念，成功解決了小型化移動(dòng)制氫的難題。開(kāi)發(fā)了世界上第一臺(tái)集制氫發(fā)電于一體的水氫機(jī)。水制氫器是一種與甲醇重整制氫和燃料電池高度集成的新型發(fā)電設(shè)備。水氫機(jī)不僅解決了氫燃料電池氫源過(guò)程中的壓縮、儲(chǔ)存和運(yùn)輸問(wèn)題，而且大大降低了使用氫的成本，避免了使用氫的安全問(wèn)題。
使用來(lái)自化石燃料的甲醇，氫可以減少40%以上的二氧化碳。真正有效的零二氧化碳排放(二氧化碳回收)可以通過(guò)使用可再生能源的甲醇來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，水、氫發(fā)生器可以通過(guò)模塊化組合擴(kuò)大規(guī)模，適用于移動(dòng)電源和分布式發(fā)電。
氫能發(fā)動(dòng)機(jī)可以促進(jìn)汽車(chē)、分布式發(fā)電等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。甲醇燃料加注可在3-5分鐘內(nèi)完成，一次加注行駛距離可達(dá)500公里以上，既解決了里程焦慮，又安全低成本，是汽車(chē)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要解決方案。
在分布式熱電聯(lián)產(chǎn)方面，水氫分布式發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率高于燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)分布式發(fā)電系統(tǒng)，且易于制造千瓦-兆瓦級(jí)中小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。同時(shí)，水、氫分布式熱電聯(lián)產(chǎn)可以提高能源系統(tǒng)的利用效率，緩解電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸配的壓力，對(duì)我國(guó)輸配系統(tǒng)的戰(zhàn)略安全具有重要意義。
氫發(fā)動(dòng)機(jī)除了應(yīng)用于汽車(chē)和分布式發(fā)電外，還可用于資源探測(cè)、應(yīng)急救災(zāi)、軍事偵察等，對(duì)國(guó)家安全具有重要意義。
國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀
目前，中國(guó)已形成京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角三大氫產(chǎn)業(yè)區(qū)域。全國(guó)20多個(gè)省份發(fā)布了60多個(gè)氫能發(fā)展規(guī)劃和配套政策。雖然各工業(yè)區(qū)和地方政府都希望在海灘的布局上打造一個(gè)完整的氫產(chǎn)業(yè)閉環(huán)，但趨同、同質(zhì)化趨勢(shì)較為明顯，這顯然與頂層設(shè)計(jì)的缺失密切相關(guān)。立足本地資源稟賦，突出產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，突破技術(shù)瓶頸，是中國(guó)氫能布局的主線。例如，作為中國(guó)最大的化工產(chǎn)業(yè)集群，氫能源的發(fā)展應(yīng)以化工副產(chǎn)品為重點(diǎn)，并應(yīng)強(qiáng)調(diào)京津冀地區(qū)藍(lán)色氫和綠色氫的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。另一方面，珠三角可以利用產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和科技實(shí)力，開(kāi)展膜電極、高性能反應(yīng)器、儲(chǔ)氫運(yùn)輸設(shè)備等的產(chǎn)業(yè)研究和布局。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)成果共享和效益協(xié)同，找到一條成本低、區(qū)域共鳴強(qiáng)、整體效率高的氫產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)路徑。
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