氫能源應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀
一、近期項目
截至2021年7月底，2021年氫燃料電池汽車公開招標(biāo)項目共計有15個，涉及10個省市及地區(qū)；招標(biāo)的燃料電池汽車數(shù)量為880輛，中標(biāo)數(shù)量為550輛，中標(biāo)總金額達(dá)到8.5億元；中標(biāo)單車均價為154.5萬元。
廣州是目前我國氫燃料電池汽車推廣應(yīng)用數(shù)量最多的城市之一，目前，廣州市500輛氫燃料電池自卸車已正式運營發(fā)布，并在未來三年內(nèi)，廣州黃埔區(qū)、廣州開發(fā)區(qū)還將計劃投入運營3000輛氫燃料電池自卸車。
二、應(yīng)用范圍
目前，國內(nèi)燃料電池應(yīng)用主要集中在商用車領(lǐng)域，叉車尚處于起步階段。
從燃料電池汽車中標(biāo)車輛車型分布看，自卸式垃圾車數(shù)量占比最高，達(dá)到36%，其次是重卡、叉車以及冷藏車，占比均超過15%。最值得關(guān)注的是客車占比的快速下滑，和環(huán)衛(wèi)車、重卡的快速崛起。
1、叉車
因燃料電池恒功率輸出和充氫氣時間短的特點，可以顯著提高叉車的工作效率，并且具有更長的使用壽命，使其在叉車上的應(yīng)用也逐漸備受重視。
在已中標(biāo)車型數(shù)量中，叉車占比近20%。
美國氫能叉車應(yīng)用走在世界前列，保有量已近4萬輛，歐洲、日本緊隨其后。
美國目標(biāo)是到2022年實現(xiàn)氫能叉車5萬臺，2030年達(dá)30萬臺；日本目標(biāo)是到2030年實現(xiàn)氫能叉車1萬臺。
當(dāng)前國內(nèi)叉車保有量約350萬臺，每年新增的銷售是60萬臺，電動叉車占將近一半。按10%的替換比例算，將有35萬臺存量叉車可替換，以及每年約6萬臺的新增量。按照單臺氫能叉車20萬元算，每年氫能叉車的市場規(guī)?；蚩蛇_(dá)近百億級別。
有“蛋糕誘惑”，有國際企業(yè)做成功示范，有科學(xué)數(shù)據(jù)做有力支撐，國內(nèi)氫能叉車市場潛力被看好。
2021年7月15日，上海青浦工業(yè)園區(qū)氫能叉車示范運營項目啟動。
全國范圍內(nèi)天津港保稅區(qū)、上海青浦區(qū)、北京大興區(qū)均在打造氫能叉車示范運營項目。
佛山南海區(qū)與企業(yè)也已簽署了聯(lián)手推廣千臺級別氫能叉車示范應(yīng)用的協(xié)議。
2、助力自行車
永安行2019年推出全球首款共享型氫燃料電池助力自行車，向部分體驗者開放。
到2020年永安行完成了36個公共自行車運營合同到期的項目續(xù)簽、氫燃料電動車小批量試運營。
3、 平衡車
2021年4月，九號公司發(fā)布了兩款采用氫能源作為動力的Apex H2、B65H氫能源概念車。
4、 觀光車
氫燃料電池觀光/巡邏車對比純電動觀光車，具有續(xù)航里程長、加注時間短、動力充足及爬坡能力強等優(yōu)點，適用于巡邏、旅游景點、小區(qū)、大型企業(yè)、車站、機場、碼頭等領(lǐng)域。
5、無人機
氫動力無人機產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于天然氣泄漏檢測、海事搜索與巡查、大面積林草防火巡查、大范圍地理信息采集、照明無人機的應(yīng)急搜救等復(fù)雜作業(yè)類型。
6、船舶
目前國內(nèi)氫能船舶實質(zhì)性項目并不多，多數(shù)還處于試驗試航階段。
2021年2月，搭載中國船舶七一二所燃料電池系統(tǒng)的試驗船在揚州長江水域完成系泊試驗。
三、產(chǎn)業(yè)投資
7月11日和13日，中國石化在北京先后與航天科工、國家電投、中國移動等8家中央企業(yè)簽約，加強在光伏風(fēng)電、綠電制氫、化學(xué)儲能等領(lǐng)域深度合作的消息傳出，再次令行業(yè)為之一振。
根據(jù)公開信息統(tǒng)計，2021年1-7月國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)公開投資事件超過80起，名義總投資金額超過2500億元（其中不包括沒有具體項目內(nèi)容及資金數(shù)目的框架性協(xié)議、股權(quán)交易協(xié)議等），同比增長超90%，其中百億級投資規(guī)模的項目超過10起。
2021年1-7月氫能產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)投資項目數(shù)量占比情況（單位：%）
數(shù)據(jù)來自氫云鏈
接下來，我們將完美綠氫路線圖分享給大家。
高比例可再生電力系統(tǒng)
雙碳目標(biāo)下，高比例可再生電力系統(tǒng)提上日程。
未來，可再生能源，化石能源，新型儲能系統(tǒng)，必將三腳鼎立，形成一個穩(wěn)定可靠的高比例可再生電力系統(tǒng)。
高比例可再生電力系統(tǒng)中電化學(xué)儲能（如鋰電池）是保障電力供應(yīng)的重要一環(huán)。
但受限于無法長時連續(xù)運行的特性，僅依靠鋰電池（或其他具有類似特性的儲能技術(shù)）來增加可再生發(fā)電容量并不是一種成本效益高的脫碳電力系統(tǒng)策略。
然而，氫能源的優(yōu)點非常顯著：
一是可以逐步替代燃煤電站，為系統(tǒng)提供高效能的全時域儲能，填補風(fēng)、光電能間歇性造成的系統(tǒng)功率缺額，支撐電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
二是利用其700攝氏度以上工作溫度的特點，可以與汽輪機組成聯(lián)合循環(huán)機組，為電力系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)動慣量。
三是其輸入不僅可以是氫能，還可以是天然氣、煤氣和沼氣等燃料氣，通過固體氧化物燃料電池前置的重整裝置可以將氫能和二氧化碳分離，實現(xiàn)二氧化碳回收和零碳發(fā)電。
那么綠色氫能從哪里來？——無碳?xì)溲h(huán)
本文將筆記整理如下：
一、海風(fēng)綠氫
根據(jù)沿海地區(qū)能源特點，建立風(fēng)電制氫和核能 制氫基地可滿足未來綠色氫能的發(fā)展趨勢，大規(guī)模供應(yīng)無碳?xì)洹?/span>
風(fēng)電制氫從棄風(fēng)制氫的輔助并網(wǎng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)閷Ｒ恢茪涞姆遣⒕W(wǎng)模式，可提升制氫的轉(zhuǎn)換效率和經(jīng)濟性。
非并網(wǎng)模式下，綜合考慮不同水電解制氫的設(shè)備成本及技術(shù)特點，堿性水電解設(shè)備為主并以 PEM 水電解設(shè)備輔助的方案或許具有較好應(yīng)用前景，可深入研究分析。
二、核能+LNG+海風(fēng)
利用第四代核能系統(tǒng)的高溫核熱，高溫?zé)峄瘜W(xué)循環(huán)分解水制氫和高溫蒸汽電解制氫可實現(xiàn)核能到氫能的高效轉(zhuǎn)化，可在未來應(yīng)用于大規(guī)模無碳產(chǎn)氫。
依托 LNG 接收站經(jīng)驗建立液氫港口，成為國際液氫集散中心，有利于發(fā)展國際氫能貿(mào)易。
聯(lián)合風(fēng)電制氫、核能制氫、液氫港口，耦合形成沿海特色氫源基地，可發(fā)揮氫作為實體能源的優(yōu)勢， 助于氫實現(xiàn)對石油的替代，有利于向無碳社會過渡。
在 LNG 接收站，LNG 氣化過程中存在大量具有 回收價值的冷量。
若是將氫出口港和 LNG 接收站聯(lián)合建設(shè)，可考慮利用 LNG 氣化過程的大量冷能對氫 液化循環(huán)進(jìn)行預(yù)冷，可在解決 LNG 冷能利用問題的同時，有效降低氫液化的能源需求和資本成本。
三、液態(tài)太陽燃料
李燦院士課題組致力于太陽燃料的研究，即利用太陽能等可再生能源通過光催化、光電催化和電解水獲得氫氣，再通過 CO2 加氫制甲醇等燃料以及烯烴、芳烴等化學(xué)品，從而實現(xiàn)可再生能源和 CO2 的資源化利用。
ZnZrOx 固溶體催化劑具有優(yōu)異的二氧化碳加氫制甲醇性能，其中 Zn 和 Zr 分別對 H2 和 CO2 的活化起到關(guān)鍵性作用。
李燦院士課題組系統(tǒng)研究了 ZnO 基催化劑和 ZrO2 基催化劑，并發(fā)現(xiàn) MaZrOx(Ma=Cd,Ga) 固溶體催化劑也具有優(yōu)良的 CO2 加氫制甲醇性能。
以太陽能為代表的液態(tài)太陽燃料技術(shù)路線圖
1、能量源頭是太陽能等可再生能源。
2、可利用水將太陽能存儲在 H2 中。
3、也可進(jìn)一步利用 CO2 將太陽能存儲在CH3OH 中。
4、CH3OH 可直接作為能源，也可運輸?shù)叫枰膱龊吓c水重整放出 H2。
5、最終 H2 以燃料或燃料電池的形式將能量供給人類。
6、釋放過程中，CO2密閉環(huán)境中可以直接吸附，壓縮回收。
整個過程只消耗太陽能，水、二氧化碳僅充當(dāng)能量的媒介且可實現(xiàn)完美循環(huán)，而 H2 和甲醇則充當(dāng)了能量的載體，這是一條能源清潔利用的完美路線。
陽光甲醇，被稱為液態(tài)太陽燃料！
四、碳捕捉
液態(tài)陽光路線，也提供了一條額外二氧化碳捕捉的途徑。
五、甲醇+水重整制氫
甲醇+水，釋放出氫氣和二氧化碳，從而給燃料電池提供氫。
完美的液體太陽能
在危險性上，甲醇的危險性總和為28級，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于汽油，柴油和天然氣的危險性，甲醇是相對最安全的燃料。
二、擺脫技術(shù)進(jìn)口依賴
甲醇燃料電池采用的高溫質(zhì)子膜對氫氣的純度以及相應(yīng)的配套設(shè)施的要求，也是它與傳統(tǒng)的氫燃料電池相比具有優(yōu)勢。
而且在傳統(tǒng)的氫燃料電池路線上，中國也缺乏核心技術(shù)，特別像加氫，儲氫，燃料電池等核心技術(shù)大部分依靠進(jìn)口，缺乏核心競爭力。
三、負(fù)碳生產(chǎn)過程
氫氣+二氧化碳=甲醇的過程中，氫氣：二氧化碳比例是1：1.375，因此制造甲醇的過程是一個負(fù)碳排放過程。
而甲醇冷卻存儲過程還可以吸附更多二氧化碳，形成一個額外的碳捕捉過程。
最終，各種綠色氫能源獲取途徑最終可以合一，都可以以甲醇CH3OH為中間存貯、運輸載體，以實現(xiàn)氫能源的長距離安全運輸，以及加氫站的安全儲存，從而完美解決氫能利用的瓶頸！
甲醇+水重整制氫也為中國氫能發(fā)展打開了空間！
