21世纪最终能源的诱惑

美国有名的将来趋势学家杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）在《第三次工业革命》一书中指出，氢与人类的能源演进互相关注。

杰里米认为，三次能源革命都遵循碳含量降低、氢含量上升的纪律，燃估中碳原子数目与氢原子的比例从固态的煤1∶1，到液态的石油1∶2，再到气态的自然气1∶4。人类使用的能源中碳比例络续下降含氢比例越来越高已成为趋势，而氢能是“21世纪的最终能源”。

在碳排放导致全球天气变暖成为全球核心的大配景下，中国也加快成长可再生能源以实现节能减排方针。2015年6月..向结合国天气转变框架公约秘书处提交了应对天气转变国度自立进献文件《强化应对天气转变动作—中国国度自立进献》。

这份文件确定了中国到 2030年的自立动作方针：二氧化碳排放 2030年摆布达到峰值并争夺尽早达峰；单元单子国内生产总值二氧化碳排放比 2005年下降60%~65%，非化石能源占一次能源消费比重达到20%摆布。

能源构造优化转型不光可扭转中国“多煤少油缺气”的能源构造，削减对化石能源的依靠以及削减碳排放，还能提高国度能源平安。2017年我国能源生产量为25亿吨油当量而消费量则高达31亿吨油当量, 大约20%的能源需求缺口需要进口来知足，能源进口中石油进口量为4亿吨。

中国石油集体经济手艺研究院发布《2018年国表里油气行业成长申报》指出，我国石油对外依存度2018年高达70%。2019年1月海关总署发布数据显露，2018年我国共进口石油原油4.62亿吨总金额为1.59万亿元人民币。

而与国际水平比拟，我国一次能源产量中呈现“一大三小”（煤炭大, 石油、自然气、新能源小）的能源构造，煤炭占比过大，新能源占比过小。为提高国度能源平安以及实现低碳减排方针，必需鼎力提高洁净能源比例。

氢能作为零碳绿色的新能源，具有环保、能量密度大、转化效率高、储量雄厚和适用局限广等特点，是具有很大成长潜力的高效替代洁净能源。

全国政协副主席万钢在2018年12月撰文指出，应实时把新能源汽车财富化重点向燃料电池汽车拓展,而扶植氢能根蒂举措义务更为紧迫。当局需要把氢从危化品（氢气属于二类危险品）治理层面上升到能源治理层面。

万钢透露，蓬勃国度把氢作为能源治理，创制了科学平安的氢加注站扶植和车载氢罐手艺尺度和检测系统，有力鞭策了燃料电池汽车贸易化。但我国仍把氢作为危化品治理，治理理念分歧制约了我国氢能的行使。

他建议相关部门抓紧研究借鉴，制订科学平安的氢能、加氢站和储氢罐手艺尺度，提拔检测能力，尽快废除制约氢能和燃料电池汽车成长的尺度检测障碍和市场准入壁垒，增强和完美氢能生产、储运和供销系统扶植。

2016年“氢能与燃料电池手艺立异”被加入国度成长和改造..、国度能源局等结合发布的《能源手艺革命立异动作规划（2016年-2030年）》（发改能源[2016]513号），标记着氢能财富已被纳入中国国度能源计谋。

同样在2016年，中国尺度化研究院和全国氢能尺度化手艺..（SAC/TC 309）结合组织编著的《中国氢能财富根蒂举措成长蓝皮书（2016）》，首次提出了我国氢能财富根蒂举措的成长路线图和手艺成长路线图。

2019年3月全国政协十三届二次会议（两会）首次将氢能写入《当局工作申报》，提出“鞭策充电、加氢等举措扶植”。

2019年4月8日国度发改委发布《财富构造调整指导目录（2019年本， 收罗定见稿）》，个中直接涉及氢能和燃料电池范畴的条目共计5项均属鼓励类，内容包罗氢燃料制取、储运及相关设备、燃料电池要害零部件、燃料电池车焦点部件、氢能根蒂举措等全财富链类目。

中国氢能起原剖析

氢（H）在元素周期表中位于第一位，普遍存在于天然界。氢能是指氢和氧进行化学回响释放出的化学能。氢不是一次能源而是一种洁净的二次能源，需要使用一次能源经由转换来生产出能量载体。

我国氢能起原普遍，既有大量的工业副产氢气，又有大量的弃风电、弃光电、低谷电等可供制氢的存量资源。

我国氢源的分布有区域特色，煤炭资源首要集中在内蒙古、山西、陕西等区域， 自然气资源首要集中在陕西、四川、新疆、青海等区域，副产氢在华北、华东、西北都有较多分布，弃电以西部区域为主。

在工业副产氢和可再生能源雄厚的区域，能够优先考虑使用这两大类氢源来制氢。个中华北中部区域副产氢潜在产量伟大约为93.5万吨/年，估量每年可供53.4万台燃料电池中型物流车运营使用；而西部区域弃电氢源潜在产量可达125.6万吨/年，每年可供71万台燃料电池中型物流车运营使用。

而在中国风电、光电、水电富余或弃风电、弃光电、弃水电较多的区域，以及城市电网峰、谷时段电力负荷差别较大的城市和区域，能够采用电解水制氢获得氢源。

在工业副产氢和可再生能源不雄厚的区域，则可考虑使用化石能源制氢。

据《科技导报》初步统计，用于炼化产物生产和工业生产范畴的纯度大于或等于99%的氢气年产量约为700亿立方米（约600万吨）。我国制氢原料首要以煤炭和自然气为主，占比离别为 62%和19%，电解水制氢仅占4%。

据2017年统计数据，假定分歧人工制氢工艺原料自然气、甲醇、电价的采购成本（扣除增值税）离别约为 2.8 元/立方米、2500 元/吨、0.63 元/千瓦时，响应的自然气制氢、甲醇制氢和电解水制氢测算成天职别为 2.09、2.13、3.46 元/立方米。能够看到相对于电解水制氢对化石燃料制氢还处于显着的成本劣势。

与此同时，我国工业企业，包罗炼焦企业、钢铁企业、化工企业等每年副产数百万吨氢气。若是不加以收受行使，这些副产氢气好多都排放到空气中污染情况。而充裕运用在我国已经相对成熟的变压吸附（PSA）手艺星散来提纯这些低品位化工副产氢气，将或者把工业副产氢酿成我国的主要氢气起原。

中国工程院院士、中国石化集体公司科技..资深委员曹湘洪指出，国情决意到2050年甚至更长的时间内化石能源稀奇是煤炭仍会是首要能源，是以必需高度正视化石能源的高效洁净行使尤其是煤炭的高效洁净行使。经由转化成氢能不光可实现煤炭等化石能源的高效行使，并且在行使过程的制氢的洁净环保水平高于电能、油品等二次能源。

《加氢站用化工副产氢气潜力剖析》文章中指出焦炉煤气是提纯氢潜力最大的工业尾气，2018年我国炼焦工业副产氢气约733万吨；氯碱工业副产氢气约 82.5 万吨；丙烷脱氢(PDH)副产氢气产能约33万吨。焦炉煤气、氯碱工业及 PDH项目等2018 年合计副产氢气在 800 万吨以上。

作为全球氢能行使的大国，中国自2009年产量首次冲破1000万吨以来, 已经一连9年连结世界第一，中国工业氢气需求量和产量均居世界首位。

其他制氢的体式还包罗核能制氢。核能制氢就是将核回响堆与进步制氢工艺连系进行氢的大规模生产，具有不发生温室气体、以水为原料、高效率、大规模等长处，但今朝手艺还处于实验室验证阶段。

全国政协委员、中核集体科技质量与信息化部主任钱天林在“关于支撑核能制氢与绿色冶金加入国度科技重大专项的建议”中透露，我国需要积极配套政策加鼎力度在核能制氢范畴进行计谋性结构，以博得将来氢能时代国际竞争的计谋制高点。

他指出：“高温气冷堆是我国自立研发的具有固有平安性的第四代进步核能手艺，具有平安性好、出口温度高档优势，其高温高压的特点与适合大规模制氢的热化学轮回制氢手艺十分成家，被公认为是最适合核能制氢的堆型。”

总体来看，核能制氢手艺虽已完成了道理上的可行性研究和验证，但仍处于实验室或向中试前期过渡的阶段，距离大规模贸易化制氢还有相当的距离。

作为燃料电池车能源的氢

氢能燃料电池作为一种能量转换装配具备不少长处。好比氢能燃料电池转换效率可达60%，是内燃机效率的3倍摆布；加充速度轻易快捷一样3-5分钟即可加满；能量密度高热值是液化石油气LNG的两倍、汽油的三倍，从而车载续航里程可达500-1000公里。同时氢的保留体式多样，能够经由压缩气态储氢、液化储氢、金属氢化物储氢、碳吸附储氢。

固然中国、美国、欧盟、..、韩国等都制订了较为完整的氢燃料汽车成长规划,并测验经由政策律例周全促进氢能斥地行使，但氢燃料电池汽车还远未达到市场大量运用的阶段，今朝在根蒂举措善为完美前还处于从手艺研究过渡到市场运用的试探阶段。

中国借助奥运会和世博会对氢燃料汽车进行了小规模的推广和测试。2008年北京奥运会时代及厥后期的燃料电池大巴车共进行氢的加注约2600次，加氢量约为22吨；2010年上海世博会的燃料电池大巴车和燃料电池摆渡车运营了近10个月，氢气加注次数（固定加氢站和移动加氢站）近2万次，加氢量约为25吨。

但从整体上看今朝国内氢能燃料电池车辆的运营尚处于示范阶段，距离财富化还有至少20年。

凭据国际能源署（IEA）展望，到2050年燃料电池汽车才有或者和纯电动汽车、汽油车成原形当。换句话说，就是燃料电池需要补助30年后才能把成本降到与传统燃油车及纯电动相似的水平。

手艺方面，电堆和整车手艺的靠得住性、平安性和经济性都是制约燃料电池行业成长的瓶颈。当前影响国内加氢站终端氢气售价的首要身分是氢气到站成本（占70%），个中包罗氢气成本和储氢、运氢成本。

高压气态储氢是今朝最常用、最成熟的储氢手艺，其保留体式是将工业氢气压缩到耐高压容器中。储氢瓶是最常用的高压气态储氢容器，具有构造简洁、压缩氢气制备能耗低、充装和排放速度快等长处，但也存在着平安机能较差和体积比容量低等不足。

今朝我国加氢站扶植还属于成长初期，加氢站一样采用高压气态储氢，加氢量在300公斤/天以下的试验和示范项目较多，运输距离根基在200公里以内。而全球加氢站中约1/3 为液态加氢站，..约对折加氢站为低温液态储氢配套低温泵加氢站。

凭据中国电池联盟网报道，加氢量在500公斤/天时，高压储氢加氢站比液氢储氢加氢站设备投资方面更有优势；加氢量规模超 1000公斤/天时，液氢储氢加氢站比高压储氢加氢站设备投资要低 20%摆布。

高压储氢加氢站的首要举措包罗储氢装配、 压缩设备、加注设备和站控系统等。凭据《人工制氢及氢工业在我国能源自立中的计谋地位》数据，加氢站的扶植成本约为 1300万-1700万元，个中压缩机首要还依靠进口，成本占比最高约占总成本的30%。加上地盘成本以及人工和运营成本，保守估量经营一个加氢站的成本在2000万-3000万元摆布。

制氢成本及终端氢气发卖成本居高不下，储氢及氢气运输平安问题以及加氢根蒂举措的缺乏，还将持续束缚氢燃料电池汽车的推广和成长。