“储能比如电池主要解决功率不平衡的问题,而氢能是能源战略问题。美国正在大力投资发展氢能,战略愿景是提供用户可负担得起的清洁氢,助力净零碳未来和可持续、有弹性的经济发展。美国期望基于氢能技术的进步,逐步提升氢能相关的国际话语权,如清洁氢的定义,最终打造国际能源控制新手段。因而中国需要有清洁能源发展的战略眼光,从国家能源安全与能源自主控制的战略角度看待氢能的发展,坚定地保持氢能的研发投入和基础设施战略布局,从而在未来的国际低零碳清洁能源市场中占据一席之地,建立中国的国际能源大国地位。”国家级新型科研单位北京怀柔实验室智慧能源研究院氢能技术研究所所长邓占锋在8月16日开幕的第十九届中国可再生能源大会氢能分会暨第21届氢能科学技术和工程大会上重磅发声。
中国可再生能源大会每两年举办一次,是可再生能源领域最有影响力的盛会之一。本次大会由北京化工大学校长、中国工程院院士谭天伟主持,共设有氢能分会、光伏分会、生物质能分会、热利用分会、风能分会、光化学分会、太阳能建筑分会、储能分会、地热能分会等17个分会,多名院士出席讲话并承担分会主席。
鉴于该大会的含金量和重要程度,本次大会超过5000多名重要专业人士参加。相比于传统可再生能源利用分会寥寥数十人的注册参会,氢能分会注册参会人数达到两千人以上,呈现出与光伏分会分庭抗礼,甚至是后来者居上的趋势。
在国家能源部最近颁布的能源方向国家重点研发计划申报指南中的通知显示,氢能技术和可再生能源技术以及煤炭清洁利用技术并列,作为一个单独的技术类别申报,这表明国家已经充分认可了氢能的能源战略定位,受到了国家的高度重视和大量的研发投入,从而指引了科研工作者和企业研发人员的研发方向,氢能研究正成为国内越来越热的研究领域。
本次氢能分会暨第21届氢能科学和技术大会开幕式,浙江大学中国工程院院士郑津洋作了“安全可靠经济管道输氢助力绿氢规模化运用”的主旨报告,以及国际能源署(International Energy Agency, IEA)氢能机构主席也作了关于氢能的主旨报告,这表明氢能得到了国内外最顶层科研力量的广泛关注。
闭幕式上以“低铂、高效燃料电池膜电极组件工程化成套制备技术及应用”荣获2023年国家技术发明二等奖的武汉理工大学潘牧教授作了发言,他表明:“燃料电池是氢能大规模运用的一个抓手,他进行了二十多年的膜电极的研究,如今才获得这个奖项,这表明了国家和社会越来越认可氢能,氢能将成为未来能源的重要组成,氢能的相关工作将涌现更多的国家级奖项。”
的确,随着研发力量的不断投入,氢能技术应用的关键技术难题逐步被攻克,应用效果越来越好,产生的低碳效应和经济效应越来越显著,与氢能相关的国家奖项将会越来越多。
氢能分会的报告展示了企业和科研单位研发人员的研发方向和获得的成果,反映了氢能应用发展的难点和热点,反映了国家和企业在氢能发展各方向投入的战略布局,具有分析价值。
从报告数量来看,氢气储运相关的报告最多,共有118场。
其中固态储氢相关81场,高压储运相关22场,液氢储运相关15场。
其次是与氢气制取相关的报告,共有78场,其中出现的三个方向非常值得关注,一个是西北化工研究院报告的有机危废资源化利用制氢技术及创新应用,一个是清华大学报告的垃圾制氢方向,一个是华南理工大学报告的宽电压范围内二氧化碳还原制液氢方向。这几个方向展现了“变废为宝”的创新性思路,体现出极强的创新性和生命力。
然后是与氢气高效使用相关的报告,其中质子交换膜燃料电池相关29场,固体氧化物燃料电池相关17场,氢能动力相关23场。氢能应用报告的方向主要为:1)质子交换膜燃料电池和氢气内燃机在动力机械方向上的应用;2)固体氧化物燃料电池以及氢气燃气轮机与电网的协调功能。总结来说,主要是高效可靠的动力和电力两个方面,这充分体现了氢气的能源属性。除此之外,氢气在工业领域的应用也是非常重要的方向,但是与此相关的报告较少,在分会场十“氢能政策与工业应用”中统一汇报。
最后是氢安全与标准规范及检测认证分会,总共28场报告,这部分的报告非常重要,因为氢能处于发展初期,安全问题是最大的问题,任何一起较大规模的事故都会显著地抑制国内发展氢能的动力。
此外,标准规范与检测认证是氢能行业应用的度量尺,特别是国家相关的标准规范,一定要迅速完善制定,起到氢能技术的定义、指示和引领作用,从而避免地方政府发展氢能时由于氢能领域概念定义不清晰不想作为、不敢作为的问题。
国家重点研发计划是相关部门综合现有行业发展基础并充分参考行业专家对该领域未来重点发展方向的判断后制定,是氢能行业重点发展领域的风向标。下图展示了能源局最近颁布的国家重点研发计划氢能专项种的相关项目,通过对比可再生能源大会的相关报告,可以得到如下信息:
1)电解水制氢领域仍是研究重点,但是要注意规避传统制氢研究的低质重复,注重氢气的创新性制取,如基于风光等可再生能源制氢的高效制氢系统,基于垃圾等有机固废制氢,变废为宝;
2)基于中国海水制氢技术的突破,面向海上平台的氢能相关技术逐步受到重视,因为氢能可能成为国际能源重要组成的战略背景下,相关技术可为我国成为氢能出口强国奠定战略支撑,但是在本次大会上报告的相关内容较少,应当加强这方面的研究;
3)与可再生能源大会固态储氢方向众多报告的热闹景象不同,本次能源部国家重点研发计划没有关于固态储氢方向的研发计划,这可能由于固态储氢充放氢速率及其温度效应等弊端而成为了高压储氢和液氢的备选方案;
4)如果将氢能视为国家能源安全的部分保障,那么其大规模、长时间的储存方案必不可少,国家已经连续几年制定了地质储氢方向的重大专项,该方向不仅专业性强且多学科交叉现象突出,难度系数高,凭借国家重点研发计划逐步成长的单位具有很宽的技术护城河;
5)在氢气利用方面,燃料电池、固体氧化物燃料电池各有重大专项支持,并且还出现了两个二氧化碳与氢气结合制甲醇的重大专项支持,从而与国家更早就已经着重开展的CCUS(碳捕集利用与封存Carbon Capture Usage and Storage)技术耦合,展现了氢能减排的又一创新性思路,不过相关的报告非常少,研究人员应该加强这方面的研究。
此外,氢气及其化工产品(如氨等化工品)也具有燃烧释放能量对外做功的能力,提升其燃烧稳定性、安全性和能量转换效率每年也都获得了国家重点专项的支持。
总结来说,氢气的创新性制取、基于液氢和高压氢的储运加系统、基于地质的大规模储氢系统、燃料电池、固体氧化物燃料电池、氢气低碳创新工业化应用、氢及其化工产品的稳定燃烧是今年以及今后国家重点专项的重点资助对象。
附表统计了本次参加十二个子氢能分会的参会单位,统计结果表明,目前国内的顶尖高校(如清华大学、北京大学以及众多985大学)和科研院所(如中科院)均已开始氢能方向的研究,而高校和科研院所是培养研究生和博士生的重要平台,可以预计,两到三年之后,这批新培养的高级人才将一定程度上解决氢能行业人才不足的问题,从而解决氢能行业发展中的问题并促进氢能行业的进一步发展。最后氢能行业的进一步发展将为高校和科研院所的相关研究和人才培养奠定良好的产业基础,双方互为增益,形成正向发展的良性循环。
众人拾柴火焰高,在氢能战略的国家顶层设计下,可以预见,氢能的“研究热”一定将带来氢能产业的蓬勃发展。