氢能不“轻”

　　要破解支持经济持续发展和保护全球环境的双重难题，氢能或许可以给出正确答案。

　　在日前召开的2017国际清洁能源论坛（澳门）上，氢能被列为主要议题之一。众多国际知名的氢能专家学者和机构，就氢能利用的现状与前景进行了充分讨论。氢能在推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系过程中将有何作用？未来氢能将如何发展？且听与会专家解读。

 

　　氢能有多厉害

　　“我今年80岁，如果能活到85岁，估计就会看到中国氢能产业链的形成。” 国际清洁能源论坛（澳门）常务副理事长、三峡集团原副总经理袁国林在论坛期间高声表达了对氢能的信心。

　　“21世纪将是氢能世纪，人类将告别化石能源而进入氢能经济时代。”清华大学教授、国际氢能协会（IAHE）副主席毛宗强也对氢能信心满满。

　　“21世纪的终极能源必将是氢能。未来的氢能必将是可持续发展能源的核心，将成为支持世界经济发展的关键能源。”联合国开发计划署能源环境处项目主任张卫东同样看好氢能前景。

　　氢能到底有多厉害，被寄予如此厚望？

　　氢是宇宙中最丰富的元素，地球表面没有现成的氢气，氢主要以化合物的形式存在，水是最重要的氢的化合物，而水又是世界上最广泛的物质。当氢转化为无污染、零排放的可再生能源后，人类不必像争夺分布不均的石油那样发动战争，因此氢被誉为“和平能源”。

　　毛宗强告诉记者，除了资源丰富，氢燃烧产生的热量也很大，是汽油发热值的3倍，是除核燃料之外所有化石燃料、化工燃料和生物质燃料中最高的。

　　更重要的是，从整个生命周期来看，与其他燃料相比，氢能也最清洁，氢燃料电池发电只产生清洁的水，而水又可以循环使用再产生氢，可以实现零排放。

　　另外，氢不仅可以发电、供热，还可以作为交通能源，用途十分广泛。

　　把握趋势，顺势而为。我国在2016年8月8日发布的《“十三五”国家科技创新规划》中明确指出要发展氢能燃料电池技术。目前，我国已成为世界第一大产氢国。2015年我国产氢量超过了2200万吨，占世界总产氢量的34%。

　　毛宗强预计，2020至2025年，我国氢能商业化将初见端倪。十年之内，中国肯定会成为世界上最大的燃料电池市场。

　　前景很好，但尚处于发展初期的氢能也存在不少需要克服的障碍。

　　氢能还要迈过哪些槛？

　　氢能的整个产业链覆盖制氢、储存、运输和利用等环节。中国地质大学（武汉）材料与化学学院、可持续能源实验室主任程寒松认为，我国的制氢技术越来越成熟，可以大规模制氢。氢燃料电池的技术越来越成熟，市场规模也越来越大，燃料电池汽车已进入市场，有些汽车已使用超过3万小时，技术也相对成熟。

　　程寒松指出，当前真正制约氢能经济大规模应用的瓶颈实际上在储氢环节。氢很难在常温常压条件下储存，并在泄漏后有爆炸的危险。若能突破储存技术问题，氢便可以被广泛用于各种动力设备。

　　在论坛上，程寒松介绍了他带领的团队利用不饱和芳香化合物催化加氢的方法，实现了氢能液态常温常压运输。这一技术不仅克服了传统高压运输高成本、高风险的弊病，还使得氢能在添加催化剂释放后即可使用。

　　技术上不断突破，政策上也需要不断完善。毛宗强指出，虽然氢能发展最终要依靠市场的力量，但还离不开政府的扶持，政策的支持最为重要。

　　据美国能源部氢能燃料电池项目与技术办公室主任Sunita Satyapal女士介绍， 她所在的部门管理着全美国的氢能与燃料电池的研究与发展，管理氢能的正式官员有近30人，职责细化到有专人负责氢能生产、储运、氢燃料电池、氢安全、氢标准制定等，还有专人负责与美国国防部、交通部及各州、氢能企业之间的协调沟通。

　　相比之下，我国没有明确部门管理氢能也没有专门责任人负责氢能，国内对氢能项目的资助渠道虽多，但“九龙治水”，难言效率。所以，毛宗强建议，我国应该成立跨部门的氢能项目主管机构，统一规划全国的氢能项目。

　　在终端应用环节，加氢站的数量少也是制约氢燃料在交通领域推广的主要因素。到目前为止，我国只有不到10个加氢站。而悖论如下：如果加氢不方便，人们就不愿意购买氢能汽车，如果没有客户，资本也就不愿意进入加氢站建设环节。

　　好在一些企业已提前布局加氢站建设环节。北京雪人华氢新能源技术有限公司总经理毛志明介绍，很多企业比如中海油、中石化，都将在广东进行加氢站选址，而且新的加氢站将会同加油站合建在一起，这样可以节省土地，且便于推行。

　　在氢燃料交通工具方面，我国发展比较迅速。科技部部长万刚曾表示，国家发展氢燃料电池可用“顶天立地”和“铺天盖地”来形容。“顶天立地”是要求氢能燃料电池技术要过硬、能够站得住。“铺天盖地”是指燃料电池发展势头凶猛，可应用领域较宽，在交通领域，不仅限于燃料电池公共汽车、燃料电池汽车，甚至燃料电池轻轨火车都要发展。实际上，我国已开通了两条氢燃料电池公共汽车线路，一条在广州，一条在佛山，每条线都有12辆车。我国也制造出了世界首台燃料电池轻轨火车。

　　氢能的推广和使用是一个漫长的过程。专家建议，无论是技术创新、产业联盟建设还是在公众认知教育方面，氢能都需要继续加强。

　　

　　精彩发言

　　法国能源、核电政策咨询顾问Mycle Schneider：

　　核能正处于新的发展周期

　　过去15年，中国占据了世界核能发展的主导地位，如果把中国从世界核能版图拿出来，过去25年全球核能发展的变化基本不大。2016年，世界核能发电量增长了1.4%左右，完全是因为中国的增量。所以，中国拉动了核能发电量上升。而且，中国目前有19台机组在建，也是新的增量。

　　核能发电方面，美国排名第一，法国排第二，二者生产了全球核能发电量的一半，中国现在排第三。但核能发电的占比，中国的比例不高，排名不是很靠前。过去10年，中国在新建机组方面引领了世界。但令人不解的是，2017年没有新核准开工的数据，而且，从2010年开始，新建机组数据呈现不断下降的趋势，这一点非常值得关注。

　　此外，核电还面临经济性压力，后续发展遇到了瓶颈。

　　众所周知，目前一些国际核能公司因为核电项目的问题，陷入了巨大的财务危机，而且核电本身也遇到了挑战。在美国，2015年的平均运营成本是每度电35美元，核电遇到了非常尴尬的局面，即运营成本太高。在中国，尽管核电装机很多，但事实是风能的发电量已经超过了核电。欧洲亦如此，与前几年相比，欧盟目前的核能新增电量是负数。在印度，核能和风能开始不断竞争，2016年风能明显占据上风。

　　全球范围内来看，不论是从财务上，还是从经济上、运营上，核能都面临着非常大的问题，新项目的更新率不足以使核电变得可持续，所以核电现在正在一个新的发展周期，想要有额外新增电量，就必须要有新开工量，但新建机组非常不足。其次，这个行业面临经济性困扰 ，致使能源公司致力于节约成本，可能导致在安全方面的投入减少，这必须引起重视。

　　中国核能行业协会专家委员会副主任徐玉明：

　　中国核电产业处在窗口期

　　核能是当前唯一可以大规模代替煤炭、为电网提供稳定可靠电力的能源，核电是中国绿色低碳能源体系建设不可或缺的重要组成部分。目前，中国核电的发电量占比为3.56%，这说明还有足够的发展空间，核电发展有个窗口期。

　　业内预期，2030年中国核电装机容量可达100至120 GW ，核电发电量占比达到 8%左右。2040年以后，核电装机容量将达到150 GW ，发电量占比接近目前的世界平均值11%，中国核电发展还有非常好的远景。

　　但远景实现仍面临诸多挑战，包括核电安全的挑战、核电经济性的挑战，核电技术自主创新的挑战，公众对核电接受度的挑战。

　　中国核电机型选择、厂址条件论证等方面采用了国际最先进标准，尽最大可能排除各种风险和隐患，不存在发生前苏联切尔诺贝利和日本福岛那样极端事故的条件，总体而言安全风险可控，可以实现实际消除放射性大规模释放的目标。同时，采取了很多措施和大量实验，防止或缓解引发事故以后产生的问题。需要不断改进和提高设备可靠性，特别是提高关键岗位人员核安全文化素质，加强政府部门的核安全监管。

　　另外，国内在建的第三代核电普遍出现了工期延误、建造成本增加的问题，电力工业新常态下竞价上网、限制上网电量等措施降低了核电设备利用小时数，可再生能源成本下降以及氢能、储能等新技术开发利也给核电市场竞争及规模发展带来压力。同时，核电的自主创新目前还存在一些技术短板和薄弱环节，公众接受度已经成为核电可持续发展的一个重要指标。

　　面对这样的形势，中国核电坚持两个不动摇非常重要：第一，发展核电的信心和决心不动摇。第二，安全高效发展核电的方针不动摇。中国核电产业目前还处在一个窗口期，核电产业进入新时代的最主要特点就是，技术创新由“消化吸收为主”转向“自主创新为主”，由“跟跑”向“领跑”迈进，逐步走向世界核电技术高峰。

　　银环控股集团有限公司董事长庄建新：

　　军民融合利好核电装备制造

　　2017年9月，十九大通过党章修改，将军民融合发展战略写入新党章。在此背景下，核电作为国之重器，成为实施军民融合国家战略的重要聚焦点。

　　核电是唯一可大规模工业化的清洁能源，而且是“一带一路”走出去的先行力量，更为海洋强国提供了动力，是保障国家战略安全的重要力量。核电同时牵引和带动了装备制造业和先进装备技术发展。

　　从1991年开始，经过几次改制，宝银特种钢管有限公司目前共有14条具有国际先进水平的生产线。2009年7月，宝银公司、中广核及东方重机签订防城港核电1号机组蒸发器换热管国产化合同。2010年12月，首批产品下线发运。此外，还向CAP1400重大专项、高温气冷堆和快堆提供管材产品。

　　装备制造业是一个国家实力的关键体现，而航母编队全核化又是全球战略装备发展的必然趋势。作为核动力系统的“心脏主动脉”，蒸汽发生器传热管的研发制造长期受制于人。2010年，宝银特钢实现了民用核电690TT传热管的首次国产化，突破了核电管材的重大瓶颈，打破了国外长达50年的技术垄断和封锁。690TT传热管已成功应用于防城港核电1号机组。

　　中国目前具备了核电装备制造能力，通过自主创新、自主研发，通过军民融合，蒸汽发生器传热管从民用领域延伸至军用领域。目前，宝银特钢的产品实现了在大型运载飞机、大运载火箭、核动力潜艇上的应用。690管材的技术应该说是领先世界水平。而随着我国海洋核动力平台建设的推进，小型反应堆将成为军民融合的重中之重。

　　军民融合是国家战略，核技术应用是军民融合深度发展的重要组成部分。宝银公司作为军民融合的排头兵，积极承担“核电强国、科技兴军”的历史使命，始终坚持自主创新，实现国际领先，用新发展为新时代的国防建设作出新贡献。

　　

　　知识链接

　　我国支持氢能发展的主要政策文件

　　《中国制造2025》

　　规划了燃料电池车辆及制氢、加氢等配套设施的发展目标：到2020年，燃料电池堆寿命达到5000小时，整车耐久性到达15万公里，生产1000辆燃料电池汽车并进行示范运行；到2025年，制氢、加氢等配套基础设施基本完善，燃料电池汽车实现区域小规模运行。

　　《能源技术革命创新行动计划

　　（2016--2030年）》

　　规划了能源技术革命重点创新路线图，部署了15项具体任务，“氢能与燃料电池技术创新”位列其中，标志着氢能已经纳入我国能源战略。

　　《“十三五”国家科技创新规划》

　　提出开展氢能技术领域的系统、部件、装备、材料和平台的研究要求，要将开发氢能、燃料电池等新一代能源技术作为发展引领产业变革的颠覆技术之一加以规划，布局新兴产业前沿技术研发，赢得竞争优势。

　　国外氢能发展现状

　　▲美国目前约有1800辆氢燃料电池车，其中约有330辆注册在加利福尼亚州，这些车中大多为公交车、叉车。目前美国约有55座加氢站在运行中，其中约30座为民用，几乎全部位于加州。美国在建的加氢站约为60座。

　　▲德国目前已建造33座加氢站，对外开放23座。德国计划到2030年建成300座加氢站。到2017年2月底，德国有481辆氢燃料电池车。

　　▲日本产经省是日本氢和燃料电池技术的主管单位。日本大力支持氢和燃料电池发展。2017年初，日本首相安倍晋三表示，氢能源是能源安全的王牌和缓解全球变暖的措施。

　　日本的家庭用燃料电池热电联供固定电站已于2009年正式商业化，已安装了19万多台。在推进燃料电池汽车方面，丰田、本田等公司都宣布实现商业化。到2017年3月，日本有1800辆氢燃料电池轿车和两辆氢燃料电池大巴在路上运行，有92座加氢站，其中90座对公众开放。

　　▲韩国要求到2030年出售的新车中要有10%为氢燃料电池车。按此比例，估计到2030年，韩国将会有18万辆氢燃料电池轿车。

　　韩国计划到2020年有1万辆氢燃料电池轿车上路。目前，韩国共有加氢站11座，计划到2020年达到100座。

　　（参考文献：《国际氢能产业发展报告》）

　　氢能利用小史

　　①大约在16世纪时，瑞士炼金术士发现了氢，最初氢被描述为“铁溶解在硫酸中而产生的气态物质”。

　　②1783年，一个名为 A. L. Lavoisier的人将这种可燃烧的气体命名为“氢”。

　　③1783年，法国物理学家雅克·查尔斯发明了第一个氢气球。

　　④在美国，航空航天局（NASA）是氢的最大用户。从上世纪50年代开始，NASA就将液体氢作为燃料来推动火箭。现在氢已成为火箭领域的常用燃料。