氫能社會”——未來能源終極形態(tài)

能源革命正熱烈的進行，新銳的能源形態(tài)演繹著各自的風云，試圖在未來的能源體系中占據(jù)主導地位，其中就包括被稱為21世紀終極能源的氫能。

“可以將2018年定義為中國氫能源及燃料電池的產業(yè)發(fā)展元年。在通過三個階段的有序發(fā)展之后，中國氫能源及燃料電池產業(yè)將實現(xiàn)技術快速進步，大量創(chuàng)新成果爆發(fā)式涌現(xiàn)，氫能實現(xiàn)可持續(xù)開發(fā)，在小汽車、軌道交通、船舶、航天、物流系統(tǒng)、礦用車等領域廣泛應用，行業(yè)健康發(fā)展，最終形成‘氫能社會’。”中國氫能聯(lián)盟理事長、中國工程院院士凌文表示。

那么，未來是“氫能社會”的終極命題該如何去理解呢？這條路又該怎么走呢？

中國能源體系的“瑕疵”

中國氫能聯(lián)盟專家委員會主任余卓平在《中國氫能源與燃料電池產業(yè)發(fā)展研究報告》開篇時指出：“我國能源體系存在不安全、不平衡、不可持續(xù)的問題，主要體現(xiàn)在能源安全、煤炭大國但利用不夠清潔、可再生能源發(fā)展遇瓶頸、碳排放壓力大和電力系統(tǒng)靈活性不足五方面。”

2017年，石油進口量突破4億噸，對外依存度高達68.85%，70%石油進入交通運輸領域；天然氣進口量946億立方米，39%的天然氣依靠進口。

煤炭方面，80%應用在燃燒后的發(fā)電和供熱，碳排放量大，散燒煤污染嚴重；低質褐煤保有儲量約1300億t，占煤炭儲量13%，開發(fā)利用不足；褐煤碳含量低，氫含量相對高，科學利用褐煤，相當于發(fā)現(xiàn)了一種新能源。

此外，可再生能源并網消納困難。2017年可再生能源發(fā)電量占比僅增加0.7%，全年棄可再生能源電量達1007億kwh，阻礙了可再生資源進一步規(guī)模化應用。

我國提出2030年減排目標：單位GDP的二氧化碳排放比2005年下降60%-65%。以化石能源為主的能源結構為我國碳排放目標帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

而電力作為我國終端能源消費的主體，其最大問題在于無法存儲。可再生能源的接入帶來的不確定性影響著電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

此時，氫能作為二次能源，具有零碳、高效、能源互聯(lián)媒介（電，熱，氣之間轉化的媒介，是在可預見的未來實現(xiàn)跨能源網絡協(xié)同優(yōu)化的唯一途徑）和可儲能（可再生能源電解水制氫，實現(xiàn)能源消納與儲存）等特點，且有交通、工業(yè)、建筑等豐富的應用場景。

針對中國能源體系的不足，氫能或許能夠成為完美彌補。

余卓平還介紹說：“未來氫在我國終端能源體系占比至少要達到10%，成為我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分。氫能將納入我國終端能源體系，與電力協(xié)同互補，共同成為我國終端能源體系的消費主體。”

氫能大規(guī)模商業(yè)化應用仍存在諸多挑戰(zhàn)

盡管“氫能社會”的藍圖十分美好，但是目前仍然處于初期的階段，仍然面臨一些挑戰(zhàn)。

從制氫環(huán)節(jié)上看，現(xiàn)有制氫技術大多依賴煤炭、天然氣等一次能源，經濟、環(huán)保性問題依然突出。利用核能、生物質氣化制氫尚不成熟，利用太陽能或風能等可再生能源則存在效率低、綜合成本高等問題。

從儲氫環(huán)節(jié)上看，雖然加壓壓縮儲氫技術、液化儲氫技術、金屬氫化物儲氫技術和有機化合物儲氫技術均取得了較大進步，但儲氫密度、儲氫安全性和儲氫成本之間的平衡關系尚未解決，離大規(guī)模商業(yè)化應用還有一定差距。

從用氫環(huán)節(jié)上看，氫燃料電池汽車規(guī)模不足，導致加氫站建造成本居高不下、難以大規(guī)模鋪設，加氫站數(shù)量不足反過來又導致用戶難以選用氫燃料電池汽車。總體來看，用氫環(huán)節(jié)的便利性和成本控制難以兼顧。

水氫機將推動氫能產業(yè)發(fā)展

針對氫能“儲運難、成本高”的問題，水氫產業(yè)創(chuàng)始人向華博士在“水基科學向華理論”的基礎上提出了“動氫”理念，成功攻克了小型化移動制氫難題，研發(fā)出世界上第一臺集制氫與發(fā)電一體的水氫機。水氫機是以甲醇重整制氫與燃料電池高度集成的一種新型發(fā)電設備。水氫機不但解決了氫燃料電池氫氣來源過程中的壓縮、儲存及運輸問題，還大大降低了用氫成本并避開的用氫的安全問題。

如果利用來自于化石能源制取的甲醇，水氫機可減排二氧化碳40%以上；如果利用來自于可再生能源制取的甲醇，則可實現(xiàn)真正的高效零二氧化碳排放（二氧化碳循環(huán)利用）。另外，通過模塊化組合方式還可實現(xiàn)水氫機規(guī)模放大，同時適用于移動動力源和分布式發(fā)電。

水氫機可推動汽車、分布式發(fā)電等新興產業(yè)的發(fā)展。甲醇燃料加注3~5分鐘即可完成，一次加注續(xù)駛里程可達500公里以上，既解決里程焦慮，又安全低價，是汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要解決方案。

分布式熱電聯(lián)供方面，水氫分布式發(fā)電系統(tǒng)效率與燃氣輪機或內燃機分布式發(fā)電系統(tǒng)相比，具有更高的發(fā)電效率，易于制造千瓦——兆瓦的中小型熱電聯(lián)供系統(tǒng)。同時，水氫分布式熱電聯(lián)供能夠提高能源系統(tǒng)利用效率、緩解電網長距離輸配的壓力，對我國電力輸配系統(tǒng)的戰(zhàn)略安全性具有重要意義。

水氫機除了應用在汽車、分布式發(fā)電，還可用于資源探測、應急救災、特種偵察等，對國家安全有重要意義。