氫能是一種來源廣泛、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，由可再生能源制得的氫是替代油氣資源應(yīng)用于交通和工業(yè)領(lǐng)域的重要燃料或原料；另一方面，電-氫雙向轉(zhuǎn)換的靈活性特征為氫能與電能在能源領(lǐng)域互補(bǔ)應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)?！?ldquo;十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）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?！兑?guī)劃》基于我國能源轉(zhuǎn)型發(fā)展對氫能的定位及需求，結(jié)合當(dāng)前我國氫能全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，圍繞氫氣制備、氫氣儲運(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)示范試驗(yàn)，并制定了技術(shù)路線圖。
一、國際氫能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢
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)的主要來源，但是在全球能源轉(zhuǎn)型加速的趨勢下，提高可再生能源開發(fā)利用水平、降低化石能源消費(fèi)總量是永恒的主題。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)用于能源各行業(yè)成為可能。國際上，美國、歐洲、日本等氫能主要國家和地區(qū)已經(jīng)建成投運(yùn)的可再生能源電解水制氫項(xiàng)目均采用堿性電解水制氫技術(shù)或質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù)。其中，由于質(zhì)子交換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，更加適用于具有波動(dòng)性、間歇性和隨機(jī)性特征的新能源發(fā)電場景，國外大多采用質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù)作為可再生能源電解水制氫技術(shù)路線，已經(jīng)投運(yùn)的質(zhì)子交換膜電解水制氫裝置規(guī)模達(dá)到10MW級，正在開展100MW電解設(shè)備的研究工作。同時(shí)，依托已經(jīng)開展的多個(gè)可再生能源電解水制氫項(xiàng)目，歐洲、美國主要地區(qū)和國家對可再生能源功率控制、氫儲能、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)行了廣泛研究。高溫固體氧化物電解水制氫尚處于研發(fā)階段，美國、日本和韓國等國家正在進(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。
氫氣儲運(yùn)方面，國際上，氣態(tài)儲運(yùn)技術(shù)方面，運(yùn)輸用高壓儲氫工作壓力已經(jīng)提升至30～40MPa，英國、意大利、德國、法國和荷蘭等歐洲多國已經(jīng)開展了天然氣管道摻氫技術(shù)研究及示范，摻氫比例范圍2%～20%，摻氫量最大達(dá)到285Nm³/h，此外，國外氫氣長輸管道設(shè)計(jì)建設(shè)技術(shù)整體成熟，且已經(jīng)建成多個(gè)純氫輸送管道，總里程超過4600公里；液態(tài)儲運(yùn)技術(shù)方面，國際上低溫液態(tài)儲運(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的球形液氫儲罐，并在大型儲罐系統(tǒng)基礎(chǔ)上將其應(yīng)用于車載、船舶等；固態(tài)儲運(yùn)技術(shù)方面，國際上已開發(fā)出儲氫容量1000m³、體積儲氫密度約38kg/m³的稀土系合金低壓儲氫裝置，在車載系統(tǒng)和固定式儲氫領(lǐng)域均有突破。
燃料電池方面，國際上，質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)主要應(yīng)用于備用電源和家用燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)，日本能源農(nóng)場（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、日本為領(lǐng)先，歐洲、韓國緊隨其后的格局，部分領(lǐng)先技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了初步的產(chǎn)業(yè)化。美國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商用分布式固體氧化燃料電池的推廣應(yīng)用，系統(tǒng)效率53%～65%，功率等級200kW～300kW，日本在能源農(nóng)場（ENE-FARM）采用的是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，美國在開發(fā)和研究以天然氣為燃料的燃料電池-燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)，開發(fā)了300kW～2.8MW等級的熔融碳酸鹽燃料電池商業(yè)化產(chǎn)品，發(fā)電效率大于47%；韓國已經(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，國際上，美國、日本、歐洲90%以上加氫站具有70MPa加氫能力，已經(jīng)建成液氫加氫站并實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行，美國45MPa壓縮機(jī)單缸排量超750Nm³/h，90MPa壓縮機(jī)兩級壓縮排量達(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，國際上，在氫氣安全方面，國外對高壓氫氣泄漏、燃爆風(fēng)險(xiǎn)評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)開發(fā)了評估軟件，構(gòu)建了氫安全事故數(shù)據(jù)庫；采用相同的分立傳感器組成檢測陣列進(jìn)行氫氣泄漏檢測，實(shí)現(xiàn)極端環(huán)境使用和快速檢測；開發(fā)了氫脆測試裝置；發(fā)布了固態(tài)儲氫系統(tǒng)安全檢測標(biāo)準(zhǔn)；形成了制氫設(shè)備、燃料電池檢測技術(shù)和認(rèn)證體系。在氫氣品質(zhì)保障方面，開展了氫氣中微量雜質(zhì)分析檢測和加氫站內(nèi)雜質(zhì)遷移規(guī)律等研究，提出了燃料電車用氫氣全周期品質(zhì)保障的理念。（未完待續(xù)）
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