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氢能发展宜“由浅入深”


2015年05月15日 10:45:38 稿源: 《能源评论》 毛宗强 发表评论
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在人类寻觅化石能源的替代能源过程中,氢能作为一种绿色的和平能源得到全世界青睐。德国日前宣布,计划将加氢站的数量从原定今年年底的50个增加到400个。4月20日,日本宣告世界首个利用可再生能源生产氢的独立型能源供应系统“H2One”正式开始实证实验。

氢能是绿色能源,没有污染,可以实现清洁发展。因为氢主要来源于水,地球上72%的面积都是水,海水、淡水、污水等各种水都能制氢,氢使用后又会还原为水。氢能还是和平能源,从能源角度来讲,它与油气、煤炭等化石能源不同,不会因为资源分布不均,引发资源争夺甚至是战争,这对于我国和平崛起意义重大。

在当下,氢能还可以为国家的大战略如“一带一路”战略服务。比如,发展氢能可以与可再生能源如风能、太阳能一起“走出去”,让怀疑中国能源技术不够环保的国家无话可说,而且作为我国的独门绝技——天然气混氢(HCNG)“走出去”无论是在交通行业,还是民用领域,都没有经济性和兼容性难题,如果能够将弃风充分利用来制备氢气,结合当地的天然气资源,必将会在促进地区经济发展方面发挥重要作用。

从“浅绿”到“深绿”

在能源领域,氢能主要利用方式是交通领域的热利用和电化学方式。热利用主要是应用于加氢直接驱动现有的内燃机汽车,由于加氢站等配套原因,尚未实现商业开发。电化学方式主要是用于氢燃料电池汽车,氢燃料电池更准确地说应该是一个利用氢气的高效发电装置。

从环保角度而言,氢燃料电池车不添加其他化石燃料,是利用氢能的“深绿”阶段,但目前由于成本过高、基础设施建设等问题,尚处于示范阶段,短期内还难以商业化。因此,氢能利用不能只着眼于氢燃料电池汽车,应先在容易商业化的“浅绿”领域加大拓展力度,即混氢的利用方式。在天然气中混入氢气(HCNG),可以有效降低燃料的燃烧温度,从而减少排放气中氮氧化物含量。

研究显示,在天然气里掺加大概20%左右的氢气,制成混氢天然气(HCNG),环保作用非常明显,而且,虽然氢气的热值只有天然气的三分之一,但在天然气中掺加了一定比例的氢气后却能够实现同等热值基础上气耗不增,这主要是因为氢气少量的掺在天然气里,能够使天然气燃烧更充分、更高效。这表明,HCNG不仅能够代替交通领域20%的天然气,而且有效提升了掺在天然气中氢气的价值。此外,氢能的这种热利用方式的一大优势就在于,传统汽车的内燃机基本不用改造就能实现清洁环保,同时相应降低了车辆的价格,刺激了消费者的需求。从数据上看,目前我国天然气汽车全世界保有量最多,达到了300多万辆,而且还在快速发展,仅2013年一年,全国天然气汽车就增加了150万辆。

同时,HCNG也可用作工业或民用燃料,这样既能解决天然气短缺问题,也没有影响价格上涨,而且制氢还可以充分利用低谷时期的风能、太阳能资源。当前,印度已将HCNG作为发展氢能的主要内容。在我国,山西省国新能源技术有限责任公司已经建立了HCNG的工业示范项目。

在氢燃料电池车具体发展思路上,也需要运用逆向思维调整发展战略。以发展燃料电池车为例,我们不能紧跟日本先发展小轿车,而是应该先发展大型车辆,从大车入手带动小车发展。因为燃料电池小轿车研发推广存在的成本高、加氢站基础设施等难题,而氢燃料电池大巴车等专用车辆会是更好的选择,因为其运行特点便于设立加气站,同时因为国家补贴还能降低价格。因此可以先发展轻轨、氢燃料电池大巴等专用车辆,在发展的过程中,逐渐完善加氢站等基础设施,待产业发展到一定阶段,再来发展燃料电池小轿车。

何以更上层楼

近期,我国在氢能利用方面取得了一定的进展。比如南车四方股份制造出了全世界第一辆燃料电池轻轨车。今年,宇通集团在河南郑州也建成了我国第三座加氢站。目前江苏、广东等省份都在积极推动氢燃料电池的利用。但是,面对我国节能减排的严峻形势,氢能如欲在能源革命中发挥“更上一层楼”的作用,在战略、管理层面,仍有以下问题亟待解决。

首先,在氢能源发展战略方面,我国缺少相应的规划。目前美国、欧盟、英国和日本等国均有氢能发展的相关规划,而我国至今尚未制定氢能发展路线图。

其次,在氢能的开发利用方面,我国缺少相应的政府主管部门。国家科技部虽设有高新技术司,但却没有专门管理氢能的部门。国家能源局也没有专门分管氢能利用的机构。而英国,能源与气候变化部设有专门的办公室分管氢能。美国则是能源部有专门机构对氢能发展进行管理。日本则设立了新能源及产业技术综合开发机构(NEDO)定期发布报告,协调产业发展,这些都值得我们借鉴。

最后,在氢能的发展领域,还缺少企业间的有效协同,目前国内还没有专门的氢能开发利用方面的行业协会。相关机构如中国可再生能源学会氢能专业委员会、中国电机学会燃料电池分会都是二级学会,不便于对外交往、行业协调。全国氢能标准化技术委员会和全国燃料电池标准化技术委员会在氢能的生产、储运、利用领域的标准化方面做了很多的工作,但是也并不能替代行业协会的重要作用。建立起规范的行业协会,对于统筹国内相关行业发展,减少恶性竞争,增强行业的国际竞争力将发挥重要作用。

(作者系清华大学核能与新能源技术研究院教授、中国可再生能源学会副理事长、国际氢能协会副主席)

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