在全球能源結構加速向清潔低碳轉型的背景下,氫能因其零排放、質量能量密度高和廣泛的應用場景,被視為實現碳達峰碳中和目標的關鍵能源載體。我國已將氫能產業列為戰略性新興產業,并在制氫、用氫環節取得顯著進展。然而,儲運環節的技術瓶頸嚴重制約了氫能產業的規?;l展。為此,中國工程院院士陳學東建議,未來5到10年,我國需重點攻關高壓儲氫、液態儲氫和固態儲氫技術,同時探索多元化儲運路徑,支撐氫能在能源體系中發揮更大作用。
我國氫能產業初具規模
據記者了解,美國、歐洲、日本和韓國等在20世紀就開始布局氫能產業,并在燃料電池汽車、氫動力船舶、氫能煉化等領域實現示范應用。例如,日本在液氫儲運和燃料電池技術上處于領先地位,歐洲則重點推進可再生能源制氫和氫能基礎設施建設。
我國氫能產業在政策支持下快速發展,已形成“制、儲、運、加、用”全產業鏈布局。在制氫方面,我國是全球最大氫氣生產國,2024年氫氣產量約3700萬噸,主要來自化石能源制氫(灰氫)和工業副產氫,綠氫(電解水制氫)占比仍較低。在用氫方面,氫燃料電池商用車示范推廣穩步推進,交通、儲能、發電、工業等多領域應用生態逐步形成。
在技術體系方面,我國已經構建了“純電+混動+燃料電池”“電池+電機+智能網聯”的三縱三橫新能源車技術體系,并在氫能安全、關鍵材料、核心裝備等方面持續攻關。“然而,我國氫能產業整體仍處于商業化前期,儲運環節的技術短板成為制約氫能規模化發展的關鍵瓶頸。”陳學東院士強調。
儲運技術發展不足成瓶頸
氫能儲運是連接制氫端和用氫端的關鍵環節,直接影響氫能的經濟性和安全性。目前,我國在儲運技術上仍存在以下短板。
一是高壓儲氫技術尚未完全自主可控,如加氫站的關鍵設備:70兆帕供氫管閥件、高壓大排量氫氣壓縮機等依賴進口;用于車載儲氫的70兆帕Ⅳ型儲氫瓶及瓶口閥仍處于樣機階段,尚未實現大規模商業化應用。
二是液態儲氫技術面臨能耗與成本挑戰,大規模低能耗液化工藝、低溫氫膨脹機的研發尚未突破。
三是固態儲氫和超臨界儲氫仍處于研發階段,固態儲氫材料研究較多,仍處于起步階段;超臨界儲氫研發起步較晚,只有少數企業開展了部分預研工作。
四是管道輸氫經濟性待驗證,純氫管道建設成本高昂,每千米建設成本達500萬至600萬元,短期內難以大規模推廣;天然氣管道摻氫技術在我國仍處于小規模試驗階段,安全性和經濟性需進一步驗證。
總體來看,在規范設計條件下,我國氫能儲運裝備的安全問題總體可控,當前主要問題是通過技術迭代降低氫能儲運成本,可通過材料國產化、規?;a、系統優化等方式實現這一目標。
短期發展高壓儲運技術裝備
目前,氫能產業正處于從示范向商業化過渡的關鍵階段,儲運技術的突破將是決定氫能產業能否實現大規模應用的核心因素。面對氫能產業發展現狀,陳學東院士建議,短期看,氫能儲運技術的發展應以高壓儲氫為主,一方面,加快國產化替代,推進70兆帕Ⅳ型儲氫瓶、70兆帕瓶口組合閥、70兆帕站用高頻切斷球閥等關鍵設備國產化;另一方面,優化高壓儲氫系統設計,降低材料成本,提高安全性。
陳學東院士表示,高壓儲氫領域可與長距離管道輸送相結合。我國已經規劃建設了烏蘭察布到燕山、康保到曹妃甸、霍爾果斯到連云港等長輸管道;國家管網已經完成6.3兆帕金屬管道的沖擊試驗;《輸氫管道工程設計規范》《氫氣管道工程技術使用技術規范》也已發布,相關國家標準正在起草中。但純氫金屬管道的建設成本較高,利用天然氣管道摻氫相對經濟。
數據顯示,截至2024年,全球共有50多個天然氣管道摻氫示范工程,每年有超過3000噸氫氣摻入天然氣管網?!艾F階段應聚焦技術成熟度較高的高壓儲氫和摻氫管道,避免盲目推進高成本純氫管道建設。”陳學東院士補充道。
長期開發多元儲運技術路徑
“在發展高壓儲氫基礎上,應逐步發展液態儲氫、固態儲氫、有機液體儲氫、化合物儲氫,并適度超前開展深冷—高壓超臨界等儲氫前沿技術研究?!标悓W東院士表示。
著眼未來,陳學東院士建議,我國可以探索多元化儲運模式,發展長時氫儲能技術與裝備,促進可再生能源規模化利用和分布式儲能。這包括建設基于固態儲氫的儲能電站,實現熱電聯供;開發超導風力發電裝備與液氫融合的海上制氫技術,以及海上平臺氫氣儲存與轉運裝備;風電、光伏、海洋能等可再生能源與氫儲能耦合的分布式能源島等。預計我國可以在2025年內解決高壓儲氫技術現有難題,2030年開發完成液態儲氫和固態儲氫技術,2035年實現多元化儲氫產業鏈技術的自主可控。
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