氫能是一種來(lái)源廣(guǎng)泛、清潔低碳的能源載體，是打破現(xiàn)有能源領(lǐng)域行業(yè)板塊壁壘、實(shí)現(xiàn)不同能源形式之間深度融合的關(guān)鍵媒介。在高比例可再生能源系統(tǒng)中，一方面，由可再生能源製得的氫是替代油氣資源應(yīng)用於交通和工業(yè)領(lǐng)域的重要燃料或原料；另一方面，電-氫雙向轉(zhuǎn)換(huàn)的靈活性特徵為氫能與電能在能源領(lǐng)域互補應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)。《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃(huà)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規(guī)劃(huà)》）充分聚焦氫的能源屬性，注重引導(dǎo)發(fā)揮氫能連接可再生能源及多元化終端用能需求的重要樞紐作用，充分體現(xiàn)氫能在構(gòu)建清潔低碳、安全高效現(xiàn)代能源體系中的重要價(jià)值。《規(guī)劃(huà)》基於我國(guó)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展對(duì)氫能的定位及需求，結(jié)合當(dāng)前我國(guó)氫能全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，圍繞氫氣製備、氫氣儲(chǔ)運(yùn)、氫氣加注、燃料電池、氫安全及品質(zhì)保障等方面進(jìn)行重點(diǎn)任務(wù)的部署，確定了3項(xiàng)集中攻關(guān)和3項(xiàng)示範試驗(yàn)，並制定了技術(shù)路線(xiàn)圖。
一、國(guó)際氫能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
制氫技術(shù)方面，當(dāng)前化石能源制氫仍然是全球氫氣供應(yīng)的主要來(lái)源，但是在全球能源轉(zhuǎn)型加速的趨勢(shì)下，提高可再生能源開(kāi)發(fā)利用水平、降低化石能源消費(fèi)總量是永恆的主題。電解水制氫及其他與可再生能源結(jié)合的制氫技術(shù)為可再生能源跨時(shí)間、跨空間輸(shū)送和利用提供了重要途徑，使可再生能源以不同能源形式應(yīng)用於能源各行業(yè)成為可能。國(guó)際上，美國(guó)、歐洲、日本等氫能主要國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)建成投運(yùn)的可再生能源電解水制氫項(xiàng)目均採用鹼性電解水制氫技術(shù)或質(zhì)子交換(huàn)膜電解水制氫技術(shù)。其中，由於質(zhì)子交換(huàn)膜電解水制氫具有啟停快、動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，更加適用於具有波動(dòng)性、間歇性和隨機(jī)性特徵的新能源發(fā)電場(chǎng)景，國(guó)外大多採用質(zhì)子交換(huàn)膜電解水制氫技術(shù)作為可再生能源電解水制氫技術(shù)路線(xiàn)，已經(jīng)投運(yùn)的質(zhì)子交換(huàn)膜電解水制氫裝置規(guī)模達(dá)到10MW級(jí)，正在開(kāi)展100MW電解設(shè)備的研究工作。同時(shí)，依託已經(jīng)開(kāi)展的多個(gè)可再生能源電解水制氫項(xiàng)目，歐洲、美國(guó)主要地區(qū)和國(guó)家對(duì)可再生能源功率控制、氫儲(chǔ)能、系統(tǒng)優(yōu)化整合等可再生能源電解水制氫集成技術(shù)進(jìn)行了廣(guǎng)泛研究。高溫固體氧化物電解水制氫尚處於研發(fā)階段，美國(guó)、日本和韓國(guó)等國(guó)家正在進(jìn)行電解池材料向電堆集成、系統(tǒng)集成研發(fā)的相關(guān)研究工作。
氫氣儲(chǔ)運(yùn)方面，國(guó)際上，氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)方面，運(yùn)輸(shū)用高壓儲(chǔ)氫工作壓力已經(jīng)提升至30～40MPa，英國(guó)、義大利、德國(guó)、法國(guó)和荷蘭等歐洲多國(guó)已經(jīng)開(kāi)展了天然氣管道摻氫技術(shù)研究及示範，摻氫比例範圍2%～20%，摻氫量最大達(dá)到285Nm³/h，此外，國(guó)外氫氣長(zhǎng)輸(shū)管道設(shè)計(jì)建設(shè)技術(shù)整體成熟，且已經(jīng)建成多個(gè)純氫輸(shū)送管道，總裡程超過(guò)4600公裡；液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)方面，國(guó)際上低溫液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)已實(shí)現(xiàn)氫液化能力超30噸/天，體積最高達(dá)3800m³的球形液氫儲(chǔ)罐，並在大型儲(chǔ)罐系統(tǒng)基礎(chǔ)上將其應(yīng)用於車(chē)載、船舶等；固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)方面，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出儲(chǔ)氫容量1000m³、體積儲(chǔ)氫密度約38kg/m³的稀土系合金低壓儲(chǔ)氫裝置，在車(chē)載系統(tǒng)和固定式儲(chǔ)氫領(lǐng)域均有突破。
燃料電池方面，國(guó)際上，質(zhì)子交換(huàn)膜燃料電池技術(shù)主要應(yīng)用於備用電源和家用燃料電池熱電聯(lián)供系統(tǒng)，日本能源農(nóng)場(chǎng)（ENE-FARM）項(xiàng)目生產(chǎn)的以天然氣為燃料的0.7～2kW燃料電池系統(tǒng)，總效率達(dá)到90%以上；固體氧化物燃料電池技術(shù)方面，已經(jīng)形成了以美國(guó)、日本為領(lǐng)先，歐洲、韓國(guó)緊隨其後的格局，部分領(lǐng)先技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了初步的產(chǎn)業(yè)化。美國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商用分布式固體氧化燃料電池的推廣(guǎng)應(yīng)用，系統(tǒng)效率53%～65%，功率等級(jí)200kW～300kW，日本在能源農(nóng)場(chǎng)（ENE-FARM）採用的是700W 固體氧化物燃料電池系統(tǒng)，發(fā)電效率達(dá)53.5%，綜合效率為87%；熔融碳酸鹽燃料電池技術(shù)方面，美國(guó)在開(kāi)發(fā)和研究以天然氣為燃料的燃料電池-燃氣輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了300kW～2.8MW等級(jí)的熔融碳酸鹽燃料電池商業(yè)化產(chǎn)品，發(fā)電效率大於47%；韓國(guó)已經(jīng)在13個(gè)地區(qū)建造了18個(gè)熔融碳酸鹽燃料電池電站，總裝機(jī)容量達(dá)到140MW，其中最大的熔融碳酸鹽燃料電池電站功率達(dá)到59MW。
氫氣加注方面，國(guó)際上，美國(guó)、日本、歐洲90%以上加氫站具有70MPa加氫能力，已經(jīng)建成液氫加氫站並實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行，美國(guó)45MPa壓縮機(jī)單缸排量超750Nm³/h，90MPa壓縮機(jī)兩(liǎng)級(jí)壓縮排量達(dá)560Nm³/h以上，全負(fù)荷、高可靠運(yùn)行技術(shù)完備。
氫氣安全防控及氫氣品質(zhì)保障方面，國(guó)際上，在氫氣安全方面，國(guó)外對(duì)高壓氫氣洩漏、燃爆風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及防控方面研究較早，以大尺度氫氣燃燒噴射火焰及爆炸相關(guān)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)了評(píng)估軟體，構(gòu)建了氫安全事故資料庫(kù)；採用相同的分立傳感器組成檢測(cè)陣列進(jìn)行氫氣洩漏檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)極端環(huán)境使用和快速檢測(cè)；開(kāi)發(fā)了氫脆測(cè)試裝置；發(fā)布了固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)；形成了制氫設(shè)備、燃料電池檢測(cè)技術(shù)和認(rèn)證體系。在氫氣品質(zhì)保障方面，開(kāi)展了氫氣中微量雜質(zhì)分析檢測(cè)和加氫站內(nèi)雜質(zhì)遷移規(guī)律等研究，提出了燃料電車(chē)用氫氣全周期品質(zhì)保障的理念。（未完待續(xù)）
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