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在1月12日舉行的百人會論壇上，中國船舶重工集團公司第七一八研究所研究員蔣亞雄圍繞可再生能源制氫發展的問題與對策發表主題演講。針對大規模可再生能源制氫存在著一些技術和政策、經濟上的問題，探討可再生能源存在的瓶頸和解決問題的對策。
可再生能源制氫的必要性及存在的問題
關於可再生能源制氫發展的背景，早在90年代初出來了概念。隨著經濟的發展，國家出現一些問題，一是需要進行能源轉型，在這個大的背景下，按照《巴黎協定》的目標，要控制全球溫升不超過2度，中國政府承諾2030年之後，碳排放不再增加。主要的手段就是要把化石燃料為主體的能源結構變為高效可再生能源體系，來實現減排。
二是國家能源安全，這個問題比較突出。從2018年開始，我國石油的進口量已經超過了4億噸，對外依存度超過了70%，已經嚴重超過了國家能源安全的警戒線，勢必要想辦法去減少能源的對外依存度。
可再生能源制氫有它的優勢，採用了可再生能源，以風光水等等可再生能源為載體，以氫氣作為一個二次能源的載體，在能源轉型中可以和電力互為補充，以實現工業、建築、電力、交通運輸等產業互聯。
目前廣泛使用的氫源主來自化石燃料、電解水和化工副產氫。此外，生物質制氫、核能制氫和光催化制氫正在研究，還沒達到工業化應用的水平。可再生能源制氫只能選擇電解水制氫，化石燃料制氫和化工副產氫都是有碳排放的。
現在成熟的水電解制氫主要有兩種，一是鹼性水電解制氫，二是純水電解制氫，如今固體氧化物電解水制氫技術現在也在研發的如火如荼，但是還沒有達到工業化應用的水平。鹼性電解水制氫技術相對比較成熟，可以大規模應用，工藝比較簡單，成本比較低廉。純水電解制氫比鹼性制氫有更高的電流密度，結構更緊湊，更加安全可靠，更適用於小規模的制氫場合。
風、光發電有很大不確定性，包括水電有枯水期和豐水期，主要的特點是間歇性、波動性、隨機性，尤其是風力發電隨機性、波動性更加厲害。很難為負載提供一個持續穩定的電力供應，我國風光資源非常豐富，但是由於電網難以承受，風光資源的開發還受到一定影響。儘管我國風、光發電是全世界發展最快的，可能規模也是最大的，但是還有很多資源有待於開發。
要用可再生能源制氫來去解決這樣的問題，主要還是要解決幾方面的問題：一是寬功率的調整範圍，根據它的波動性和不確定性，整個制氫系統需要有一個比較寬的功率調整範圍;二是從電力上來講，電力耦合，想辦法把波動降到最小，適應制氫系統的需要。整個系統需要有一個大的控制系統，如果大規模製氫的話，大規模製氫工廠有一個大的控制系統來進行實時檢測與測量、數據通訊和傳輸，還有控制策略的實現等等。最主要的是制氫設備，制氫設備需要能夠適應寬功率波動的高效低成本的制氫系統，才能有可能實現大規模的制氫。
中船重工718所制氫技術
中船重工718所主要是做水電解制氫的研究和生產單位，從2011年開始，陸續參加了很多國家863計劃，中央財政支持的一些重點高校的學科建設，政府間的一些合作項目，已經一些省級的科技重大專項等等。針對風電光伏的制氫怎麼樣適應寬功率的波動，怎麼適合不同場合下的應用，開展了一些研究，也取得了一些成果。
鹼性電解水技術相對成熟，壽命比較長，使用壽命可以達到20年，操作範圍負荷的變化從10%-110%，可能需要多模塊的控制策略才能實現。與其他技術相比，鹼性電解水沒有使用貴金屬材料，成本相對比較低，適合於大規模的制氫場合。但是傳統的鹼性水電解技術有一定的局限性，主要發展瓶頸在工作電流密度比較低，能源效率還有待於提高。傳統鹼性電解槽早期使用的時候是石棉布和膜，後面使用的是有機材料編織的隔膜，這種隔膜的性能也造成了它整個系統難以比較快速的啟動或者關閉，啟動和關閉需要一定的時間。
下一步的工作，718所主要做一些高活性的模塊化的電解制氫設備製造，裡面主要是包括了一些用高活性的電極來替代傳統的電極，用新型的無機有機的複合材料隔膜來替代原來編織的隔膜，能夠提高整個電解槽的電解效率，也減少它的體積和重量。對可再生能源無規律的波動性也會有更好的適用性。
另外，要做寬功率波動下的模塊化和組合式電解水制氫系統的運行控制策略，要做可再生能源制氫，目標是做大規模的可再生能源制氫，一個工廠可能會有幾百台的制氫設備，需要有一個合理的控制軟體，制定好合理的控制策略。這可能會減少單體電解槽對波動的適用性的要求。
近幾年718所做了很多工作，做了一些新的電極和隔膜，新的電極和隔膜的組合可以使鹼性電解槽的電流密度達到6000安培以上。在額定的4000安培的工況下，直流電耗可以降到4.3以下，這個就比傳統的電解槽功效要提高2-3倍。跟純水相比，有一個很大的進步，也對功率的波動影響能夠降到比較小，提高氣體的純度。
純水電解的優點，在裝置中運行的靈活性和反應性都比較好。PEM電解系統可以在最低功率保持待機模式，能在短時間內按高於額定負荷的標準運行，它可以適應比較快速、範圍比較大的變化，更容易跟可再生能源風、光資源去配合。但是它的缺點是設備成本比較高，使用貴金屬催化劑，國內系統大多使用的是進口的質子交換膜，膜的國產化還有一些問題。它的優點在於適合小規模的分布式制氫的場所，目前國內最大產量只能做到單台100立方米的氫氣，鹼性可以做到1000立方米的氫氣，還有一個量級的差別。
它的主要解決對策，還是要做低載量高性能膜電極組件，減少膜電極組件裡面貴金屬的使用量。這方面是跟燃料電池的膜電極組件有非常高的相似性。一是要做國產的膜，一是要降低電極的貴金屬的使用量。通過研製高活性、高穩定性、低成本的陰極和陽極的催化劑，有效降低膜組件的成本，使整個電解系統成本下降。
此外，因為純水電解的單體容量比較小，勢必就要開發大容量的、集成式的電解制氫設備，用多台電解槽配合一台氣體設備來做，純水電解是一個發展方向。在這方面，718所做了很多電極隔膜的研製工作，現在做的高活性吸氫吸氧的催化劑，膜電極尺寸最大可以做到1米×1米，可以滿足單台100立方米產氫量制氫設備的需要。
如何解決可再生能源儲運難題、成本難題？
另外，可再生能源制氫的技術瓶頸，儲運和大規模的儲存運輸也存在一定的問題。大部分的風光電往往建設在遠離氫能應用終端比較偏遠的地區，像我國的三北地區、東北地區、西北地區，離經濟發達地區有一定的距離，離終端的用戶可能比較遠。
今後的發展方向，一是要發展低溫液氫的儲運技術，二是如果要實現大規模的使用的話，天然氣摻氫的技術也是下一步應該做的一個方向。另外，在將來有很大規模的氫能應用的時候，氫能能夠代替天然氣來做居民的燃氣的時候，也需要做長距離的氫氣管道的輸送技術。這些技術可能現在更多的還沒有相關的標準法規體系，標準法規體系也需要完善。
在整個大規模製氫的成本方面，現在可再生能源制氫的成本主要有三個比較大的瓶頸：一是整體來說，各個地方的電價還不夠低，因為要用水電解的設備，水電解制氫的設備主要成本就是電，電價不夠低是它的瓶頸之一;二是應用的場景還不夠多;三是使用的規模還不夠大，規模小，也一定程度上導致了電價很難下降。
張家口市政府給可再生能源制氫制定了一些特殊的政策，也有了比較低的電價。但這只是示範，在整個國家層面上，電價還是相對比較高。應該從以下這幾個方面來解決這些問題，主要解決場景和規模的問題。要鼓勵發展氫能基礎設施，同時通過研發和技術進步，降低綠色氫氣的供應成本，這個主要是通過大規模的風電光伏資源的開發，帶動發電成本進一步降低。
二是應該將氫能用於低碳密集型行業，可再生能源制氫的應用，現在大部分還限於燃料電池的應用場景。在其他的工業領域，包括石化領域，包括以前的傳統用氫的領域，也應該想辦法用可再生能源氫氣來替代原來用化石能源製取的氫氣，來實現減排，這能夠使氫氣的規模能夠得到有效的擴大。另外就是開發一些用氫氣和二氧化碳合成的產品，包括一些化工產品，也能擴大氫氣的使用場合。同時在建設的時候要儘量考慮將生產氫氣的場合和使用氫氣的場合縮短距離，以降低它的運輸成本。
給發展氫能政策上的建議
對於政策方面的建議，我國制定了很多氫能方面的一些政策。各個省級政府也制定了很多氫能發展規劃和相應的行動計劃，還包括一些地市級或者省級以下的這些地方政府也制定了很多氫能的規劃、措施等等。但是這些規劃、措施有一個共同的特點，這些規劃、措施都不是把氫能作為一個能源，而是作為基本上基於燃料電池行業的應用提出來的。
氫能沒有真正的納入國家能源戰略體系，沒有從戰略上來考慮，用可再生能源制氫來代替傳統的化石能源，在這方面可能還有很長的路要走。另外各個地方政府雖然出台了一些規劃，大部分局限在交通領域，沒有在傳統的工業領域、能源領域出台鼓勵用綠氫代替化石能源的引導和激勵措施。還有，氫能行業整體的監管政策還不完善，直接與可再生能源制氫相關的政策還比較少，這些鼓勵政策大部分都是鼓勵燃料電池生產或者燃料電池汽車的生產，很少有對制氫和運氫的環節來進行補貼的一些措施。
對此，蔣亞雄建議：第一是將氫能納入國家能源戰略體系，從國家能源安全的戰略層面提倡用可再生能源制氫，來部分替代傳統化石能源，以改善整體的能源體系結構，減少對化石能源的依賴。
第二，在出台氫能政策規劃時，應該從多方面強化用綠氫代替傳統化石能源，進行大規模應用引導和鼓勵措施。氫能的優惠補貼政策也應該適當的考慮可再生能源制氫和用氫的各個環節。
第三，加強技術標準的研究制定，完善氫能行業的監管政策法規，加強行業監管，確保行業的健康發展。可再生能源制氫有很好的發展前景。隨著我國可再生能源發電量的提高，還有可再生能源制氫成本競爭力的提升，可再生能源制氫一定會在以後的能源結構中占有一席之地，能夠起到越來越的作用，也能逐步從灰氫過渡到綠氫，實現碳的減排和改善國家能源體系這麼一個重任。
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