據預測，我國2030年可再生能源制氫成本有望實(shí)現平價(jià)，2050年可再生能源制氫將成為主流的制氫技術(shù)。

為順應全球綠色低碳發(fā)展趨勢,我國提出二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值,力爭2060年前實(shí)現碳中和。我國的碳排放約42%來(lái)自于電力系統,能源電力系統碳減排對于實(shí)現“碳達峰”、“碳中和”目標(“雙碳”目標)起著(zhù)決定性的作用,構建以新能源為主體的新型能源系統,實(shí)施可再生能源替代措施,可以有效控制化石能源總量,促進(jìn)構建清潔、低碳、安全、高效的現代能源體系,保障實(shí)現“雙碳”目標。

氫能具有能量密度大、熱值高、儲量豐富、來(lái)源廣泛、轉化效率高等特點(diǎn),是清潔的二次能源,可以作為高效的儲能載體,是可再生能源實(shí)現大規?？缂竟潈Υ?、運輸的有效解決方案,被專(zhuān)家學(xué)者認為是最具有應用前景的能源之一。綠色氫能是指可再生能源轉化的電力電解水所制備的氫氣,因其從生產(chǎn)到消費全過(guò)程碳排放量幾乎為零而被稱(chēng)為“綠氫”。利用富足的可再生能源電解制氫,運用儲存和運輸技術(shù),將氫輸送到能源消費中心多元化利用,可以有效解決風(fēng)電、光伏、水電等可再生能源不穩定以及長(cháng)距離輸送的難題。

目前,全球每年生產(chǎn)氫氣約為1.17億t,其中副產(chǎn)氫氣0.48億t,專(zhuān)門(mén)制氫約為0.69億t。全球約98%的純氫是通過(guò)碳密集型方法,使用天然氣或煤為原料生產(chǎn)的灰色氫能,其余2%的氫能則通過(guò)電解方式生產(chǎn)的綠色氫能。中國每年約生產(chǎn)2500萬(wàn)t氫,其中灰氫約占96%以上。目前制氫原料仍以化石燃料為主,存在制氫成本高、碳排放污染等問(wèn)題,而氫能產(chǎn)業(yè)可持續發(fā)展的前提是清潔無(wú)污染,制氫原料應從化石燃料向可再生能源(風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能等)方向逐漸轉變。為引導氫能產(chǎn)業(yè)綠色健康發(fā)展,多地結合多能互補示范基地建設開(kāi)展可再生能源制氫示范項目,不僅提高了風(fēng)光等新能源的消納能力,體現綜合能源項目的示范效果,還豐富了氫能的來(lái)源。

氫氣是推動(dòng)全球綠色低碳轉型和實(shí)現我國“碳中和”目標的潛在支撐,可為電力、交通、鋼鐵、建筑等行業(yè)低碳轉型提供助力。世界各國積極出臺氫能發(fā)展規劃,推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。近年來(lái),隨著(zhù)政策的引導與技術(shù)的進(jìn)步,我國氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。但仍存在氫能產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)亟待突破,關(guān)鍵材料尚未自主,基礎設施建設有待加強等諸多問(wèn)題。因此,本文總結分析了國內外氫能產(chǎn)業(yè)最新發(fā)展動(dòng)態(tài),重點(diǎn)研究了綠色氫能關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現狀與趨勢,結合我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出了典型的應用場(chǎng)景和發(fā)展建議,以期對我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供借鑒與參考。

1氫能產(chǎn)業(yè)國內外發(fā)展現狀

1.1國外氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀

目前,全球已有多個(gè)國家將氫能納入國家能源發(fā)展戰略,并從國家層面制定了氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰略規劃。最早將氫能及燃料電池作為能源戰略的國家是美國，截止2020年6月,氫燃料電池叉車(chē)超過(guò)3萬(wàn)輛,乘用車(chē)達到8413輛。美國加氫站利用率高,平均每座加氫站服務(wù)約130輛汽車(chē),計劃到2025年建成加氫站達200座,到2030年達1000座。

2020年4月，荷蘭發(fā)布國家氫能戰略，計劃到2025年建設50座加氫站、投放1.5萬(wàn)輛燃料電池汽車(chē)和3000輛重型汽車(chē);到2030年燃料電池汽車(chē)達到30萬(wàn)輛。2020年6月,德國發(fā)布國家氫能源戰略,在綠色氫能的生產(chǎn)、運輸、使用以及技術(shù)創(chuàng )新等方面制定行動(dòng)框架。2020年6月,法國宣布了在2035年實(shí)現的綠色氫燃料飛機的行動(dòng)計劃。2020年7月,歐盟發(fā)布了《歐盟氫能戰略》與《歐盟能源系統整合策略》,旨在2050年前實(shí)現碳中和。

2017年12月,日本發(fā)布了《基本氫能戰略》,明確了到2025年與2030年氫氣供應能力、發(fā)電成本、應用領(lǐng)域等方面的目標。截止2019年底,日本共有加氫站130座,每座服務(wù)車(chē)輛約30輛,在運營(yíng)的氫燃料電池乘用車(chē)超過(guò)3500輛。2019年,韓國發(fā)布《氫經(jīng)濟發(fā)展路線(xiàn)圖》,提出在2030年進(jìn)入氫能社會(huì )。截止2019年底,韓國燃料電池發(fā)電裝機規模為408MW,全球占比約40%。

1.2國內氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀

2019年3月,氫能首次被寫(xiě)入我國《政府工作報告》,并先后出臺多個(gè)配套規劃和政策,推動(dòng)氫能研發(fā)、制備、儲運和應用鏈條不斷完善。2020年9月,四部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于擴大戰略性新興產(chǎn)業(yè)投資培育壯大新增長(cháng)點(diǎn)增長(cháng)極的指導意見(jiàn)》,加快新能源發(fā)展,加快制氫加氫設施建設。2020年12月,《新時(shí)代的中國能源發(fā)展》白皮書(shū)指出,支持新技術(shù)新模式新業(yè)態(tài)發(fā)展,加速發(fā)展綠氫制取、儲運和應用等氫能產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)裝備,促進(jìn)氫能燃料電池技術(shù)鏈、氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。2021年2月22日,國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系的指導意見(jiàn)》指出,大力發(fā)展氫能,加大加氫等配套設施建設。隨著(zhù)氫能政策的制定與完善,大批的氫能示范項目也陸續開(kāi)展,部分綠色氫能示范項目如表1所示。

據不完全統計, 截至2020年12月31日,全國在建和已建加氫站共181座,已經(jīng)建成124座,其中2020年建成加氫站55座,已建成的加氫站分布情況如圖1所示。在建加氫站57座,主要集中在廣東、山東、河北等地。

截至2021年4月,北京、上海、四川、廣東、江蘇、浙江、山東、安徽、湖北、山西、福建、海南等多個(gè)省市發(fā)布了“十四五”或中長(cháng)期的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃。2021年4月16日,山東省與科技部簽署了“氫進(jìn)萬(wàn)家”科技示范工程框架協(xié)議,將帶動(dòng)氫能供應體系建設、加氫站等配套設施建設和氫能關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,為加快我國能源結構轉型升級,實(shí)現“雙碳”目標奠定了基礎。

2綠色氫能關(guān)鍵技術(shù)研究

綠色氫能的技術(shù)路線(xiàn)如圖2所示,綠色氫能技術(shù)是利用可再生能源制氫,將可再生能源通過(guò)太陽(yáng)能電池、風(fēng)機、水泵等發(fā)電機組轉換成電能,電能通過(guò)電解水制氫設備轉換成氫氣,將氫氣儲存或直接輸送至氫氣應用終端,作為電力或交通運輸燃料、化工原料等以滿(mǎn)足各行業(yè)對于氫能的需求。除傳統的電解水制氫外,近年來(lái)還衍生了一些尚處于實(shí)驗室研究階段的新型制氫技術(shù),如太陽(yáng)能制氫、生物質(zhì)制氫、核能熱利用制氫等。

2.1綠色制氫技術(shù)

2.1.1電解水制氫

利用可再生能源電解水制氫是最成熟的綠色制氫技術(shù),電解生成氫氣和氧氣,制氫過(guò)程中無(wú)含碳化合物排出,符合綠色可持續發(fā)展的理念。制得的氫氣轉換為電能并入電網(wǎng)或直接供給負荷,提高了能源系統的綜合利用效率,有助于解決新能源消納問(wèn)題,保障電力系統的安全穩定運行。電解水技術(shù)設備簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、無(wú)污染,由于其成本相對較高、效率低、能耗大等因素制約了電解水制氫技術(shù)的商業(yè)化推廣。

根據電解質(zhì)種類(lèi)不同,典型的電解水制氫技術(shù)主要分為以下幾類(lèi):堿性電解、質(zhì)子交換膜電解(protonex change membrane,PEM)、固體聚合物陰離子交換膜電解(solid polymer anion exchange membrane,SPAEM)、固體氧化電解(solid oxide electrolyze cells,SOEC)。

目前,堿性電解水制氫技術(shù)發(fā)展最為成熟,制氫成本也相對較低,已基本實(shí)現工業(yè)大規模應用,但是能效較低;PEM制氫技術(shù)具有更寬泛的運行功率范圍及更短的啟動(dòng)時(shí)間,可實(shí)現高電流密度電解、功耗低、體積小、生成氣體純度高、容易實(shí)現高壓化,能夠很好適應可再生能源的波動(dòng)性,國外發(fā)展較為成熟,已開(kāi)始商業(yè)應用,但在我國基本處于實(shí)驗研發(fā)階段;對于SOEC電解水制氫技術(shù),目前國內外均處于實(shí)驗室研發(fā)階段。

有研究發(fā)現SOEC可在動(dòng)態(tài)電力輸出下工作,并不會(huì )有明顯衰減。堿性電解水制氫和PEM制氫技術(shù)的成本降幅有限,后期的研究重點(diǎn)將在于成本、效率和靈活性之間的平衡。固體氧化物電解水制氫技術(shù)是能耗最低、能量轉換效率最高的電解水制氫技術(shù),隨著(zhù)技術(shù)的突破有望實(shí)現大規模、低成本的氫氣供應。2020年部分國外企業(yè)在國內投資純水電解制氫項目,國內一些研究機構的純水電解制氫技術(shù)也取得了一定的進(jìn)展,PEM制氫技術(shù)將由實(shí)驗階段轉向商業(yè)化和示范應用。

2.1.2太陽(yáng)能制氫技術(shù)

目前,太陽(yáng)能制氫技術(shù)主要有光催化法制氫、光化學(xué)制氫、人工光合作用制氫等。光催化分解水制氫的過(guò)程比較復雜,當太陽(yáng)光照射光催化劑受時(shí),光催化劑進(jìn)行捕獲、吸收、產(chǎn)生激子,少量存在的激子向表面發(fā)生遷移,遷移到反應活性中心分解水產(chǎn)生氫氣。光催化劑制氫效率較高,可用的材料較多,但是轉換率偏低。 光催化制氫技術(shù)的研究重點(diǎn)主要集中在開(kāi)發(fā)具有催化活性高、穩定性好、成本低的光催化劑。

熱化學(xué)制氫技術(shù),利用聚光器加熱水,當溫度達到2500K以上時(shí)分解為氫氣和氧氣。熱化學(xué)制氫技術(shù)方法簡(jiǎn)單,效率高,但是需要高倍聚光器才能獲得分解需要的溫度。研究發(fā)現,熱化學(xué)制氫技術(shù)在光照條件下可以利用光催化劑降低對溫度的要求。人工光合作用制氫技術(shù)是模擬植物的光合作用,利用太陽(yáng)光制氫,制氫過(guò)程與電解水相似,制氫效率快,環(huán)境友好,但轉化效率低,發(fā)展緩慢。

太陽(yáng)能制氫技術(shù)仍處于實(shí)驗室研究階段,目前美國斯坦福大學(xué)、中國清華大學(xué)、中國科技大學(xué)、中國科學(xué)院大連化物所等都在進(jìn)行光催化制氫技術(shù)的相關(guān)研究。隨著(zhù)更多的研究關(guān)注,政策的扶持,資金大量的投入,技術(shù)的開(kāi)發(fā)和進(jìn)步將會(huì )越來(lái)越快,太陽(yáng)能制氫技術(shù)將能進(jìn)一步完善。

2.1.3生物質(zhì)制氫技術(shù)

生物質(zhì)制氫技術(shù)是一種高效無(wú)污染的生物工程技術(shù),原料豐富、工作環(huán)境簡(jiǎn)單、生產(chǎn)費用低、可再生、低消耗,是未來(lái)規?；茪涞闹匾緩?。 生物質(zhì)制氫技術(shù)目前主要有微生物法和熱化學(xué)轉化法。微生物法制氫技術(shù)包括光發(fā)酵法制氫、暗發(fā)酵法制氫和光合生物制氫。熱化學(xué)轉化法制氫技術(shù)包括生物質(zhì)氣化法制氫、生物質(zhì)熱解法制氫、生物質(zhì)超臨界法制氫。常見(jiàn)的生物質(zhì)制氫技術(shù)如表3所示。

目前國內外生物質(zhì)氣化法制氫和生物質(zhì)熱解法制氫技術(shù)較為成熟,已進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣。微生物法制氫技術(shù)與生物質(zhì)超臨界法制氫技術(shù)尚處于實(shí)驗室研究階段。生物質(zhì)氣化法制氫的關(guān)鍵氣化技術(shù)雖已成熟,但由于生物質(zhì)氣化規模小,現主要用于供熱、發(fā)電等用途;如用于規?；茪湫枰涮椎闹茪湎到y,較為復雜,經(jīng)濟性差,目前還沒(méi)有生物質(zhì)氣化制氫工業(yè)化裝置建設。

2.2氫能儲運技術(shù)

氫儲能適用于大規模儲能、長(cháng)周期能量調節、新能源消納、削峰填谷、熱電聯(lián)供,備用電源等諸多場(chǎng)景。儲氫技術(shù)主要包括:低溫液態(tài)儲氫、高壓氣態(tài)儲氫、有機液體儲氫和多孔材料及金屬合金等物理類(lèi)固態(tài)儲氫等[1,3,21,27]。幾種氫能儲運技術(shù)的對比如表4所示。

氫氣儲運技術(shù)是氫氣高效利用的關(guān)鍵,也是制約氫氣大規模發(fā)展的重要因素。氫氣儲存方面,目前低溫液態(tài)儲氫在美國、日本等發(fā)達國家已有商業(yè)化應用,我國對該技術(shù)要求嚴格,僅用于軍事與航空航天領(lǐng)域。對于低溫液化儲氫的核心設備氫透平膨脹機與低溫閥門(mén)等主要依賴(lài)于進(jìn)口,液氫儲罐制造技術(shù)與裝備與國外也有一定的差距。氫氣運輸方面,目前燃料電池車(chē)發(fā)展規模較小,氫氣需求較少,加氫站分散分布,氫氣的運輸以長(cháng)管拖車(chē)為主。長(cháng)管拖車(chē)運輸方便,技術(shù)成熟,是當前國內外運輸氫氣到加氫站的主要方式。

2.3氫能加注技術(shù)

加氫站是氫能商業(yè)化推廣應用的基礎設施。氫能的加注技術(shù)是將不同來(lái)源的氫氣通過(guò)壓縮機增壓儲存在站內的高壓罐內,再通過(guò)加氣機為氫燃料電池汽車(chē)加注氫氣的過(guò)程。加氫站系統流程圖如圖3所示。

加氫站技術(shù)有2條技術(shù)路線(xiàn):外供氫加氫站技術(shù)路線(xiàn)和內制氫加氫站技術(shù)路線(xiàn)如圖4所示。加氫站是連接氫能產(chǎn)業(yè)鏈上下游的樞紐,隨著(zhù)加氫站技術(shù)的成熟,全球加快了加氫站的布局,現階段歐美、日韓是主力, 中國是增長(cháng)最快的國家。

2.4氫能應用技術(shù)

氫氣是最清潔的二次能源,兼具燃料、儲能、化工原料等多種屬性,在電力、交通、建筑、化工等多個(gè)行業(yè)具有廣闊的應用空間。目前,國內外對于綠色氫能應用技術(shù)的理論探索與實(shí)踐案例主要聚焦于儲能領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域(綠氫煉鋼、綠氫化工、天然氣摻氫)、交通運輸領(lǐng)域(燃料電池汽車(chē)、重型工程機械、船舶)、建筑領(lǐng)域(微型熱電聯(lián)供、管道摻氫)等。由于可再生能源電解制氫技術(shù)尚未大規模推廣,氫能儲運技術(shù)不成熟,配套設施不完善,“綠氫”產(chǎn)能較小,不能大規模發(fā)展。 氫能的應用以就近消納為主,多局限于傳統化工生產(chǎn)領(lǐng)域。

據統計,我國目前約90%~95%的氫能應用于石油化工、鋼鐵冶金。近年來(lái),氫燃料電池汽車(chē)成為了氫能應用最受關(guān)注的研究對象。據新能源汽車(chē)國家大數據聯(lián)盟發(fā)布 ,截至2020年底,國家監管平臺已累計接入6002輛氫燃料電池汽車(chē),主要是氫燃料電池公交車(chē)和物流車(chē),分別為2222輛和3153輛。氫燃料電池汽車(chē)正處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的初期,在全產(chǎn)業(yè)鏈中實(shí)現綠色制氫和規?；瘧檬峭苿?dòng)氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

3綠色氫能發(fā)展趨勢及典型場(chǎng)景展望

3.1綠氫關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1.1綠色制氫發(fā)展趨勢

綠色制氫發(fā)展潛力巨大,是實(shí)現“雙碳”目標的重要路徑。目前綠色制氫仍面臨生產(chǎn)成本高、缺少專(zhuān)用基礎設施、制取過(guò)程中能量損失嚴重等難題。其中,電解水制氫過(guò)程的電耗成本占總成本的75%~85%,電價(jià)的高低直接決定了綠色氫能的經(jīng)濟性。

我國可再生能源制氫潛力巨大,風(fēng)電、光伏裝機容量均為世界第一。隨著(zhù)國家碳減排的承諾,新型能源系統的發(fā)展趨勢,氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策支撐,風(fēng)電、光伏發(fā)電成本的不斷下降,綠色制氫技術(shù)水平達到規?；瘲l件等因素的驅動(dòng),綠色制氫的發(fā)展將日益加快。2021年4月19日,國家能源局《關(guān)于2021年風(fēng)電、光伏發(fā)電開(kāi)發(fā)建設有關(guān)事項的通知》征求意見(jiàn)稿:2021年,全國風(fēng)電、光伏發(fā)電發(fā)電量占全社會(huì )用電量的比重將達到11%左右,后續也將逐年提高,至2025年將達到16.5%左右。大規模的風(fēng)光可再生能源裝機發(fā)電,可再生能源制氫技術(shù)會(huì )迎來(lái)更快的發(fā)展與突破。 據預測,2030年可再生能源制氫成本有望實(shí)現平價(jià),2050年可再生能源制氫將成為主流的制氫技術(shù);2060年綠氫產(chǎn)量將達到1億t,占氫氣年度總需求的80%。

3.1.2氫氣儲運發(fā)展趨勢

高壓氣態(tài)儲氫是目前應用最為廣泛的儲氫技術(shù),其成本低、充放氣速度快、簡(jiǎn)便易行,比較適用于燃料電池汽車(chē),仍將是未來(lái)應用最廣泛的儲氫技術(shù)。我國對于氣態(tài)儲氫容器罐體材料已實(shí)現國產(chǎn)化,但高性能碳纖維材料被美國和日本壟斷,相關(guān)設備仍需進(jìn)口。低溫液態(tài)儲氫技術(shù)難度系數大、液化成本高、能耗較大、絕熱材料成本高,短時(shí)間內低溫液態(tài)儲氫技術(shù)仍會(huì )處于緩慢發(fā)展態(tài)勢。有機液體儲氫技術(shù)優(yōu)劣勢均比較明顯,目前國內已進(jìn)行小規模示范研究。固態(tài)儲氫技術(shù)相比于氣態(tài)儲氫與液態(tài)儲氫,具有儲氫密度高,操作方便,安全性好等優(yōu)點(diǎn),最具有潛在的發(fā)展前景。隨著(zhù)成本的降低、設備材料的使用便利,固態(tài)儲氫可能會(huì )成為以后主要的儲氫方式。

當前氫燃料電池汽車(chē)的應用尚處于示范運行階段,氫氣需求量小,長(cháng)管拖車(chē)運輸氫氣到加氫站可以滿(mǎn)足現階段對氫氣的需求。但隨著(zhù)燃料電池車(chē)大規模發(fā)展,氫氣需求量會(huì )逐漸增大,加氫站等基礎設施會(huì )增多,采用管道輸送氫氣的方式只有需求達到一定的規模后才會(huì )變得經(jīng)濟。

3.1.3氫氣加注發(fā)展趨勢

氫氣加注環(huán)節的經(jīng)濟性直接影響氫氣的成本。當前氫燃料電池汽車(chē)的總體擁有成本中,燃料電池、氫瓶等部件占50%,用氫成本占25%。隨著(zhù)關(guān)鍵材料、部件的規?；a(chǎn),車(chē)用燃料電池系統成本會(huì )大幅下降。我國氫氣的成本主要在制氫與儲運環(huán)節,其中,制氫占總成本的30%~50%,儲存和運輸占35%~55%,加注環(huán)節約占15%。當氫氣需求較少時(shí),站外長(cháng)管拖車(chē)運氫可以滿(mǎn)足多數的運輸加注需求;當氫氣需求較多,達不到管道建設規模時(shí),分布式綠色制氫站內供氫將會(huì )稱(chēng)為未來(lái)發(fā)展的趨勢。

加氫站分布式綠色制氫站內供氫,沒(méi)有氫氣運輸費用,站內儲氫規模隨之下降,設備投資減少,可以有效降低氫氣銷(xiāo)售價(jià)格,減少運輸過(guò)程中的安全風(fēng)險。根據現階段的發(fā)展,合建站也將是加氫站建設的新趨勢。合建形式呈現多樣化,如在已有的加油站并設加氫站,加氫站、加氣站、加油站三站合一,便利店并設加氫站,充電站并設加氫站等。在合建站模式探索階段,加油加氫站與加氣加氫站合建站將會(huì )是比較好的選擇。

3.1.4氫氣應用發(fā)展趨勢

目前,氫氣應用以工業(yè)化工原料消費為主,但未來(lái)交通領(lǐng)域消費潛力巨大,氫氣被認為是石油與天然氣的清潔替代品。 工業(yè)領(lǐng)域,氫能是實(shí)現工業(yè)深度脫碳的重要可行方案。全球工業(yè)部門(mén)45%的碳排放來(lái)自鋼鐵、合成氨、乙烯、水泥等生產(chǎn)過(guò)程,其中,45%的碳排放來(lái)自于原料用途、35%來(lái)自于生產(chǎn)高品位熱能、20%來(lái)自于生產(chǎn)低品位熱能。電氣化手段只能用于減少低品位熱所造成的20%的碳排放,綠色氫能是實(shí)現深度脫碳的重要解決方案之一。

我國擁有全球規模最大、門(mén)類(lèi)最全的工業(yè)生產(chǎn)體系,擁有豐富的可再生能源資源,在“雙碳”目標的背景下,工業(yè)領(lǐng)域將有大規模應用氫能的發(fā)展趨勢?，F階段,氫燃料電池汽車(chē)的發(fā)展依賴(lài)于政府的補貼和支持。根據我國實(shí)際情況,未來(lái)幾年氫能在交通領(lǐng)域的發(fā)展仍遵循商用車(chē)先發(fā)展,乘用車(chē)后發(fā)展的趨勢。隨著(zhù)技術(shù)的突破和產(chǎn)業(yè)規?；瘞?lái)成本下降,氫燃料電池在重卡、重型工程機械、船舶、航空等領(lǐng)域的市場(chǎng)化進(jìn)程將進(jìn)一步加快,氫能、電池等儲能方式可提供不同時(shí)間尺度上的儲能方案,保障消納的前提下實(shí)現可再生能源大規模開(kāi)發(fā)利用。據預測到2060年,氫能在終端能源消費中將達到20%,工業(yè)與交通仍是用氫的主要領(lǐng)域,其中,工業(yè)領(lǐng)域用氫約占60%,交通領(lǐng)域約占30%。

3.2綠氫典型應用場(chǎng)景展望

3.2.1海上風(fēng)電氫能耦合應用場(chǎng)景

近年來(lái),我國陸上風(fēng)電的技術(shù)日趨成熟,風(fēng)電發(fā)展逐漸向海上風(fēng)電傾斜。為了實(shí)現碳中和背景下風(fēng)電裝機容量新目標,豐富的海上風(fēng)電資源的開(kāi)發(fā)利用是必然趨勢。海上風(fēng)電與氫能耦合可以提高海洋能源的綜合利用效率,為海上風(fēng)電消納與輸送提供新的思路,海上風(fēng)電與氫能耦合應用場(chǎng)景技術(shù)路線(xiàn)如圖5所示。海上風(fēng)電與氫能耦合有2條技術(shù)路線(xiàn),海水淡化分解制氫和咸水直接制氫。海水淡化分解制氫技術(shù)相對成熟,但海水淡化增加了制氫的成本;咸水直接電解制氫需要關(guān)鍵材料和催化劑,技術(shù)仍待突破。

3.2.2綜合能源系統氫能耦合應用場(chǎng)景

綜合能源系統能夠促進(jìn)電、熱、冷、氣等多種異質(zhì)能源的綜合利用,氫儲能具有多能聯(lián)供聯(lián)儲的優(yōu)點(diǎn),可有效改善工業(yè)園區綜合能源系統的能量平衡,并提高綜合能源系統的整體效益。

隨著(zhù)綜合能源系統與綠色氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,綜合能源系統氫能耦合應用場(chǎng)景將會(huì )成為未來(lái)典型的應用場(chǎng)景之一,技術(shù)路線(xiàn)如圖6所示。

3.2.3氫能在交通領(lǐng)域的應用場(chǎng)景

與純電動(dòng)汽車(chē)相比,氫燃料電池汽車(chē)的燃料加注時(shí)間短、續航里程長(cháng),隨著(zhù)綠色氫能技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)規?；l(fā)展帶來(lái)的成本的下降,綠氫將在交通運輸領(lǐng)域有更廣泛的應用,如圖7所示。

4結論

綠色氫能是一種理想的清潔能源,作為解決能源危機與環(huán)境問(wèn)題的重要載體,對于保障我國能源安全穩定,加快構建以新能源為主體的新型能源體系具有重大意義。我國具有豐富的可再生能源資源,為了實(shí)現“雙碳”目標,我國制定了2030年風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機容量達到12億kW的高目標,為綠氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了基礎。本文基于國內外氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況,重點(diǎn)分析了綠色氫能在制氫、儲氫、運氫、加注、應用等各個(gè)環(huán)節的關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展趨勢,并結合我國實(shí)際情況展望典型的應用場(chǎng)景和提出發(fā)展建議。

(1)我國的綠色氫能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)與國外相比仍有一定的差距。綠氫技術(shù)正處于發(fā)展階段,尚不能完全發(fā)揮其在能源轉型中的重要作用,需要從國家戰略制定、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、政策扶持等方面加大力度。

(2)綠氫在制取、儲運等方面仍面臨技術(shù)難題,造成成本過(guò)高、不能產(chǎn)業(yè)化應用。政府、科研院所、企業(yè)應共同努力,在政府的扶持和引導下,加強科研院所與企業(yè)的技術(shù)研發(fā)合作,加大綠氫相關(guān)技術(shù)研發(fā)力度。對于成熟的綠氫技術(shù)加快商業(yè)化推廣和示范,對于處于實(shí)驗室階段的綠氫技術(shù),加大投資與研發(fā)力度。

(3)氫能具有廣泛的應用場(chǎng)景,可再生能源制氫必將是未來(lái)主流的制氫方式。在大規模的海上風(fēng)電、工業(yè)園區的綜合能源系統、交通運輸等典型場(chǎng)景下,綠氫能發(fā)揮其良好的優(yōu)勢,在保障能源系統綠色安全穩定前提下,促進(jìn)新能源消納,提高系統的綜合利用效益。