PDF《氢能与燃料电池发展现状及展望》

院刊

469 氢能与燃料电池发展现状及展望 邵志刚 * 衣宝廉

1 中国科学院大连化学物理研究所 大连

116023 2 中国科学院洁净能源创新研究院 大连

116023 摘要 氢是一种洁净的二次能源载体,氢燃料电池具有能量转化率高、噪音低以及零排放等优点.

氢气是连 接可再生能源与传统化石能源的桥梁,通过氢能与燃料电池,可以实现未来洁净能源利用变革的愿景.世界 主要发达国家都非常重视氢能的发展.目前,氢能和燃料电池已在部分领域中初步实现商业化.氢能燃料电 池和燃料电池车的研究和商业化发展在日本、美国和欧洲较为迅速,他们不断在氢气生产、氢气储存和氢气 利用方面进行创新.在氢能和燃料电池方面,中国紧跟世界发达国家的脚步,然而国内氢能和燃料电池产业 链的不完善导致电池成本较高.因此,要加强关键材料研究,实现核心材料和部件的工业化和本土化,建立 生产线,尽快完成产业链.中国已经在氢能和燃料电池产业链中部署了整车、系统和电堆,但燃料电池零部 件的相关公司仍然很少,尤其是基本关键材料和部件,如质子交换膜、碳纸、催化剂、空气压缩机、氢气循 环泵等.虽然国内公司已经开始涉及,但与国际先进产品相比,在可靠性和耐用性方面仍然存在很大差距, 大多数关键组件仍然依赖进口.此外,氢气生产和运输的高成本、加氢站等基础设施的不完善,以及技术标 准、检测体系的不健全,都限制了燃料电池车的发展.我国燃料电池汽车发展路径要通过商用车带动加氢站 建设,降低氢气与燃料电池成本;

发展氢燃料电池汽车产业集群,促进全产业链发展.在保障措施与政策需 求方面,需要加强顶层设计,全面规划氢能燃料电池发展途径;

加强研发投入,确保核心技术自主可控;

统 筹产业布局,引导产业链协调发展;

加强标准制定,支撑技术进步与产业发展.文章分析了国内外氢能产业 链结构以及氢燃料电池的发展现状,从产业化和技术两方面分析了国内氢能与燃料电池的发展现状及问题, 并结合技术与产业特点提出了发展氢能与燃料电池的对策建议,对我国氢能与燃料电池的发展作出了展望. 关键词 氢能,燃料电池,产业化,发展现状 DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2019.04.012 *通讯作者 资助项目:中国科学院战略性先导科技专项(XDA21090100) 修改稿收到日期:2019年4月9日 低碳多能融合发展 Integrated Development of Low Carbon Multiple Energy Resources

470 2019 年.第34 卷.第4期1氢能与燃料电池的战略意义 由于能源需求的日益增长,化石燃料的消耗 与CO2 排放总量快速上升, 清洁、低碳、安全、高效 的能源变革已是大势所趋.可再生能源(如太阳 能、风能、水电等)作为替代能源大规模使用却受限于 其固有的间歇性、波动性与随机性;

而氢是一种洁净 的二次能源载体,能方便地转换成电和热,转化效率 较高,有多种来源途径.采用可再生能源实现大规模制 氢,通过氢气的桥接作用,既可为燃料电池提供氢源, 也可绿色转化为液体燃料,从而有可能实现由化石能源 顺利过渡到可再生能源的可持续循环,催生可持续发展 的氢能经济.氢能作为连接可再生能源与传统化石能源 的桥梁,可以为实现 氢经济 与现在或 后化石能源 时代 能源系统起到桥接作用.因此,氢能作为洁净能 源利用是未来能源变革的重要组成部分. 氢燃料电池具有燃料能量转化率高、噪音低以及 零排放等优点,可广泛应用于汽车、飞机、列车等交 通工具以及固定电站等方面.从燃料电池在载人航 天、水下潜艇、分布式电站获得应用以来,燃料电池 一直受到各国政府和企业的关注,其研发、示范和商 业化应用的资金投入不断增加.在未来煤电占比相对 较低的情况下,由于风能、太阳能等可再生能源技术 规模的增大,整个上游的电源结构会越来越清洁.在 这种结构下,新能源汽车特别是纯电动汽车、基于电 解水制氢的燃料电池汽车,排放强度会明显下降.而 燃料电池汽车不同于纯电动汽车的是,它实现了上游 发电和终端用电在时间上的 分离 ,进而使得氢能 相比于波动性较大的风能和太阳能(纯电动车技术路 线)的互补能力更强.因此,发展氢能和氢燃料电池 具有巨大的能源战略意义.