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燃料电池技术革新推动氢能产业发展
发布时间: 2022-08-05

来源:中国能源报

“为构建清洁低碳、安全高效的能源体系,发展氢能正成为全球能源技术革命和产业发展的重要方向。”中国工程院院士彭苏萍在近日举办的第四届中国制氢与氢能源产业大会上指出,氢能将成为我国能源低碳发展的重要路径。她同时提醒,应清醒认识到,目前我国氢能和燃料电池技术仍不成熟,燃料电池系统关键材料和核心零部件技术攻坚至关重要。

能源低碳发展的重要路径

彭苏萍认为,实现能源绿色低碳转型需立足国情,多措并举,依靠科技进步走出具有中国特色的绿色低碳化发展道路。“要充分认识到,能源结构优化是长期减碳的根本,与此同时,持续做好节能与提高能效,探索二氧化碳捕集、利用与封存这一兜底技术尤为关键。”

彭苏萍表示,氢能作为二次能源,具有零碳、高效、能源互联媒介、可储能、安全可控等显著优势,可以在交通、工业、建筑等诸多领域推广应用。将氢能纳入终端能源体系,与电力协同互补,将成为终端能源消费主体。

“如今,利用清洁的可再生能源正成为更多国家的选择,各国根据发展目标,选择了不同的氢能技术路线和发展模式。”彭苏萍举例,日本发展氢能主要是解决国家的能源安全问题,澳大利亚以出口氢气、发展氢贸易为主,欧洲为解决工业脱碳发力氢能产业,美国主要为保障电力供给可靠性发展固定式发电,韩国则力推氢燃料电池汽车。

燃料电池是核心技术环节

今年3月,国家发改委、国家能源局联合印发的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》提出,将氢能作为中国能源的重要组成部分。彭苏萍指出,氢能产业链涉及从上游的制氢输氢储氢加氢,再到下游用氢发电、供热、交通等各种应用场景,燃料电池技术是核心技术环节。

“结合我国实际,氢能在工业、交通、建筑和电力等能源消费四大领域中均有不同的应用技术,潜力巨大。”彭苏萍称,氢能与可再生能源耦合,有望大幅提高可再生能源在能源结构中的比例;氢可运输的特点,可实现分布不均衡的可再生资源的再分配;大型清洁煤制氢,尤其是褐煤制氢,将成为煤炭清洁高效利用以及优质廉价煤开发利用的重要发展方向;氢作为能源互联媒介,在终端能源消费体系中,可增加电力系统的灵活性,弥补电力不可存储的问题,实现不同能源网络间的协同优化,提升能源使用效率。

目前,全球纯氢的产量超过7000万吨/年,我国是目前世界上最大的产氢国,产量约3342万吨。彭苏萍认为,在氢的生产方面,我国与国际水平相当,但氢能产业装备制造等方面相对滞后,相关核心设备主要依靠进口,低碳制氢技术水平和市场化应用均与国外有一定差距。“虽然氢能和燃料电池发展已有广泛共识,但发展方向仍缺乏系统性认识和规划,发展技术不明确,亟待统一思想、科学决策、尽早部署。全面抢占全球氢能和燃料电池技术及产业发展的战略制高点。”

择优支持固体氧化物燃料电池

“尽管产业面临氢源、成本等问题,但不可否认,燃料电池相关技术正在快速发展,产业界正积极努力解决氢能与燃料电池产业发展面临的难点与痛点问题。未来10年-20年将是我国氢能与燃料电池产业发展的重要机遇期,需紧密联系我国能源发展实际,从战略、政策、技术、资金、国际合作等方面积极谋划,通过改革创新破解发展难题,助力实现氢能产业高质量发展。”谈及下一步发展,彭苏萍建议,短期内应重点突破固体氧化物燃料电池电堆及系统集成技术,完善我国可再生能源制氢技术链,建立绿色制氢试点示范项目,推动可再生能源制氢技术与产业的发展。

“从商业应用上来看,质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池是当前最主要的燃料电池技术路线。质子交换膜燃料电池对氢气的质量要求高,所以成本也高,而固体氧化物燃料电池使用粗氢及碳氢燃料即可,能量转化率高,在大型集中供电、分布式发电、热电联供乃至交通领域都有广泛应用。”在彭苏萍看来,固体氧化物电解池可以电解制合成气,如甲烷、甲醇等,实现大规模可再生能源电力转化、长周期存储的同时,还能够转化利用二氧化碳,为交通及化工领域提供绿氢和甲烷、甲醇、氨气等。

彭苏萍还指出,大力发展固体氧化物燃料电池发电技术与固体氧化物电解池制氢技术,可大力助推氢能产业的发展。目前,该技术在部分发达国家已实现商业化应用。“近来年,我国相继出台相关重大部署,立足自主开发,培养了较好的科研团队,但相关技术研发周期较长,需要静下心来研究攻关。”

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