氢能源的发展现状

氢能源的发展现状

邢小宁

河南金马中东能源有限公司

摘要：当前能源短缺及环境污染等问题成为制约世界经济发展的瓶颈，氢能被视为21世纪最具发展潜力的能源，其可再生 性及良好的环保效应，使各国对氢能的研究日益活跃起来。文章将介绍氢能源的制备、储存、应用以及发展前景。

关键词：氢能源；发展；现状

前言：自英国工业革命伊始，人类文明所取得的巨大成就很大一 部分建立在煤等化石燃料的消耗上。随着社会的发展，人类对能 源的需求量也在不断增加。当前主要能源是煤，石油，天然气等化石燃料，具有不可再生性且储量有限，开发和使用的过程还会 引起环境污染，寻找和发展清洁环保的新型能源成为当前重要 课题。氢能被公认为人类未来的理想能源，在利用氢能的过程 中，氢能的开发和利用涉及氢气的制备、储存、运输和应用四大 关键技术。

1、氢能概述

氢气有两个属性。一是化学属性，氢气作为化工原料得到广泛应用，如用于 合成氨、合成甲醇、炼油、煤炭深加工等，目前全球91%、我国95%的氢气用 做工业原料。二是能源属性，氢气具有热值高（单位质量的热值约为煤炭的4倍、 汽油的3.1倍、天然气的2.6倍）、终端利用无污染、便于大规模储存、可与多 种能源便捷转换等优点，被国际能源署誉为“未来能源架构的核心”，可应用于 动力、电力、家庭用能等多个领域。随着化石能源资源紧缺、气候变暖等问题加 剧，以及氢能产业各环节技术的日渐成熟，氢能利用将越来越广泛。

2、氢能发展现状

2.1制氢

制氢环节主要包括电解水制氢、煤制氢、天然气制氢、生物质制氢、光解制氢、热化学制氢、工业副产氢等方式。电解水制氢是未来重要发展方向。电解水制氢具有制取过程无污染物和温室 气体排放、氢气纯度高等优势。从制取成本看，化石能源制氢约10元/kg，工 业副产氢约21元/kg，电解水制氢约30元/kg。受成本因素影响，目前全球约 96%的氢气来源于化石能源制氢和工业副产氢，仅有约4%的氢气来源于电解 水。2018年，中国年氢气产量约2100万吨，占全球总产量的比例超过30%， 是世界第一大氢气生产国，其中电解水制氢仅占约5%。随着可再生能源规模化 发展和能源互联网建设日趋完善，电解水制氢已逐步成为各国能源科技创新和产 业支持的焦点。

电价是制约电制氢发展的关键。目前电价占电制氢总成本比重约为85%，按电制氢电价约0.4~0.6元/kWh计算，我国电制氢成本约30~40元/kg。当电价降低到0.1元/kWh时，电制氢成本可下降至10元/kg，与化石能源制氢价格相当。目前各地发展氢能产业，其中氢气主要来源于化石能源制氢和工业副产氢。

2.2储氢

根据状态，储氢可分为高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢、固态储氢。高压气态储氢是我国目前应用最广泛的氢气存储形式，其中35MPa储氢瓶已批量化应用，70MPa储氢瓶也步入产业化推广阶段。低温液态储氢被认为是前景较好的氢气大规模存储发展方向之一，但目前我国液氢仅用于航天和军事领 域，与国外70%左右氢气采用液氢运输相比差距较大，且成本是美国等技术垄 断国的20倍以上。

2.3运氢

运氢主要方式包括气氢拖车、液氢槽车、管道运输。目前国外以液氢槽车和管道运输为主，国内绝大部分采用气氢拖车运输并建有少量氢气管道。国内气氢拖车运输发展非常成熟，设计制造技术已达到国际先进水平;液氢槽车运输在我国仅应用于航天领域，尚不允许民用领域开展液氢公路运输，但长期来看液氢槽车将取代气氢拖车成为主要运氢方式;管道运输仍处于试点示范阶段，我国氢气管道里程仅约400km，占比不到全球总规模的8%，最具代表性的大口径氢气管道有济源-洛阳（25km）、巴陵-长岭（43km）等。受运输技术及成本限制，短期内氢能消纳以就近消纳为主，难以实现远距离运输消纳。（四）用氢目前我国生产的氢气95%作为化工行业的原材料应用于传统工业领域，其余5%用于以氢燃料电池为核心的能源网络。其中，氢能主要有动力、电力、家庭三个应用方向。

2.3.1动力领域应用现状

动力方面，氢气可用于汽车、飞机、轮船、火箭等领域，其中目前最主要、 前景最广阔的应用场景是氢燃料电池车。氢能汽车包括氢燃料内燃机车、氢燃料电池车两种。氢燃料电池车能量转化 效率可达60%~80%，而氢燃料内燃机车能量转化效率仅30%左右，所以业界 将氢燃料电池车作为氢能汽车主要发展方向。相比于纯电动汽车，氢燃料电池汽 车具有续航里程长、燃料加注快(3到5分钟）、低温性能好、回收无污染等优势， 在远距离、载重大、点对点的商用车领域具有良好的应用前景。目前氢燃料电池汽车成本明显高于燃油和纯电动车型，燃油车百公里油费约为50元，纯电动汽 车百公里电费约为6元（家用充电）~15元（商用充电），氢燃料电池车燃料费用约 100元（百公里耗氢量为1.5kg，氢气价格70元/kg）。在氢气加注方面，我国具 备设计建造35MPa加氢站的能力，而国际主流的70MPa加氢站及其关键设备 领域在国内仍处于示范验证阶段。截至2019年底，累计在运加氢站共52座， 在建/拟建加氢站72座，到2030年将建成1000座加氢站。目前，加氢站氢气 加注成本对政府补贴依赖较大。

2.3.2电力领域应用现状

与其他储能技术相比，氢储能主要优势是环保性能好，但其投资成本远超抽 水蓄能、电化学储能、压缩空气储能，且响应速度慢、效率低，如果制氢电价为 0.1元/kWh，则氢储能能源成本将下降到0.5元/kWh左右，低于电化学储能能 源成本。

2.3.3家庭领域应用现状

主要用途是家用燃料电池热电联供系统。该方面外国企业技术优势明显，国

内企业技术水平尚不具备商业化条件。

2.3.4国内氢燃料电池现状

氢能应用的核心技术和产品是氢燃料电池。国内氢燃料电池与国际先进水平还存在一定差距，主要表现为使用寿命较短，车用氢燃料电池寿命一般为2000~ 3000小时，国际领先水平可达到5000小时，另外氢燃料电池关键零部件质子 交换膜目前仅有美国、日本、德国等发达国家具备商业化供应能力，催化剂等核 心材料也主要依赖进口。

结束语：21世纪，保护生态环境，节约能源和人类的可持续发展都迫 切要求清洁能源的开发利用，氢能所具有的无污染、效率高、应 用形式多等诸多优点使其具有可观的应用前景，但目前氢能技 术尚未完全成熟，限制了其发展及商业化推广。我国在这方面还 刚刚起步，氢能的研究工作，任重而道远。

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