2018年11月9日，首屆北京未來科學(xué)城氫能與燃料電池技術(shù)發(fā)展大會在京召開，大會以“加強協(xié)同創(chuàng)新，推動國內(nèi)氫能與燃料電池技術(shù)自主化發(fā)展”為主題，多個電力央企在會上分享了氫能與燃料電池方面的研究成果。北京未來科學(xué)城氫能研發(fā)資源集聚效應(yīng)顯著，電力央企在氫能與燃料電池研發(fā)方面占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢。

電力央企瞄準(zhǔn)氫能和燃料電池方向

位于北京北部五環(huán)外的未來科學(xué)城是近幾年新興的創(chuàng)新基地。目前，國家電網(wǎng)公司、國家能源投資集團、中國華能集團、國家電力投資集團、神華集團等能源企業(yè)均在這里設(shè)立了科研院所。根據(jù)國家定位，未來科學(xué)城將建成具有世界一流水準(zhǔn)、引領(lǐng)我國應(yīng)用科技發(fā)展方向、代表我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究技術(shù)最高水平的人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地。

經(jīng)過8年央地共同建設(shè)，未來科學(xué)城研發(fā)投入強度快速加大，已初步形成智能電網(wǎng)、煤炭清潔高效利用、新能源和可再生能源、能源材料等特色科研領(lǐng)域。無獨有偶，許多身處未來科技城的企業(yè)把“氫能”作為重要創(chuàng)新方向之一。

“未來科學(xué)城的央企研究院順應(yīng)能源技術(shù)革命的趨勢，在清潔能源、低碳能源領(lǐng)域提前進(jìn)行科研布局，瞄準(zhǔn)國內(nèi)外能源技術(shù)發(fā)展的熱點之一——氫能和燃料電池技術(shù)，引進(jìn)國內(nèi)外高水平人才團隊，力爭在新一輪能源科技和產(chǎn)業(yè)變革中夯實‘自主’技術(shù)的基礎(chǔ)，培育產(chǎn)業(yè)新方向。 ”北京市科委黨組成員、北京科技協(xié)作中心主任雷霆評價說。

氫能作為一種清潔、高效、可再生的無碳能源，被譽為“二十一世紀(jì)的新能源”。國際上一些發(fā)達(dá)國家目前已經(jīng)有相當(dāng)規(guī)模的氫能示范應(yīng)用，正在向規(guī)?；?、商業(yè)化邁進(jìn)。我國也在逐步重視氫利用技術(shù)研究，部分地區(qū)也開始布局和發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)。

“綜合利用氫能是發(fā)展高效清潔能源，構(gòu)建低碳高效的能源體系的重要組成部分。”全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司董事長滕樂天介紹說，氫的能量密度高、運維成本低、過程無污染、可長時間存儲，是大規(guī)模能量型儲能的理想介質(zhì)，在電源側(cè)實施可再生能源電解制氫，可平抑可再生能源的長周期波動性和間歇性，有效促進(jìn)可再生能源消納，緩解風(fēng)能、太陽能等可再生能源大規(guī)模、高比例接入電網(wǎng)帶來的巨大調(diào)峰調(diào)頻壓力;在用戶側(cè)實施燃料電池車加氫和基于氫燃料電池的熱電氣綜合系統(tǒng)，可促進(jìn)電網(wǎng)削峰填谷，實現(xiàn)電網(wǎng)與熱網(wǎng)、氣網(wǎng)、交通網(wǎng)等多類型能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，推進(jìn)能源綜合高效利用和“清潔替代”，提高電力在終端能源消費中占比，在新一代電力系統(tǒng)建設(shè)與全球能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建中發(fā)揮關(guān)鍵性作用。

能源央企積極進(jìn)行“氫”研究各有所長

據(jù)記者了解，位于未來科學(xué)城的國家電網(wǎng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院、國家能源投資集團北京低碳清潔能源技術(shù)研究院等5家央企研究院分別于2014年或2015年啟動了氫能和燃料電池技術(shù)研究。

國家能源投資集團北京低碳清潔能源技術(shù)研究院(下文簡稱“低碳院”)積極開展符合燃料電池汽車應(yīng)用的氫氣純化技術(shù)、儲氫技術(shù)、加氫站技術(shù)和燃料電池系統(tǒng)技術(shù)等方向的研究。目前已率先建成達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)的氫氣品質(zhì)測試平臺，可為國內(nèi)正在興起的氫燃料電池車所使用的氫氣品質(zhì)是否合格“技術(shù)把關(guān)”。低碳院還參與軍用液氫標(biāo)準(zhǔn)向民用液氫標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化、加氫站驗收國家標(biāo)準(zhǔn)的起草等工作。與神華新能源公司合作建設(shè)的中國第一個符合SAEJ2601標(biāo)準(zhǔn)[美國機動車工程師學(xué)會(SAE)電池工作組制定的輕型氣態(tài)氫汽車的燃料協(xié)議]的商業(yè)化加氫站，已開發(fā)出第一代樣機。此外，還完成了加氫站工藝流程優(yōu)化平臺及加氫站工藝控制系統(tǒng)開發(fā)，正在進(jìn)行國家能源集團自主開發(fā)的加氫站控制系統(tǒng)的調(diào)試。

國家電網(wǎng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院(下文簡稱“聯(lián)研院”)開展了基于電網(wǎng)過剩電能還原二氧化碳制碳?xì)浠衔锛夹g(shù)應(yīng)用前期研究、適用于波動性輸入的高效固體聚合物水電解技術(shù)研究、氫儲能關(guān)鍵技術(shù)及其在新能源接入中的應(yīng)用研究等，攻克了電解制氫與新能源發(fā)電的協(xié)調(diào)控制技術(shù)，研制了適用于新能源發(fā)電的電解制氫實驗平臺，建立了氫安全分析技術(shù)體系。目前，聯(lián)研院已建成10千瓦氫發(fā)電實驗測試平臺，在建20千瓦樓宇用氫綜合利用實驗平臺，具備大容量制氫及氫能高效轉(zhuǎn)化的實驗研發(fā)、裝備研制和性能測試等實驗?zāi)芰Α?/p>

國家電投新能源技術(shù)研究院(下文簡稱“新研院”)在氫能研究領(lǐng)域與美國佐治亞大學(xué)共同開發(fā)高效生物質(zhì)燃料電池技術(shù)，在集團公司支持下研究高效生物質(zhì)電解制氫技術(shù)，其中“通過提升燃料電池技術(shù)帶動可再生能源發(fā)展”項目獲得亞太經(jīng)濟合作組織(APEC)基金資助。

而國家電投科學(xué)技術(shù)研究院(下文簡稱“科研院”)開展可再生能源制氫、氫能利用、氫安全技術(shù)、產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)濟性等方面研究，引進(jìn)國外高層次人才團隊，正在開發(fā)自主化、高性能、低成本的的新一代質(zhì)子交換膜燃料電池，已完成主要核心部件的自主開發(fā)和燃料電池電堆樣機開發(fā)。

華能集團清潔能源研究院(簡稱“清潔院”)開展煤化氣制氫與燃料電池技術(shù)的研究與技術(shù)示范，已成功研制基于IGCC的煤氣化制氫與二氧化碳捕集裝置。研究并掌握質(zhì)子交換膜燃料電池關(guān)鍵零部件制備與組裝技術(shù)，成功研制了10千瓦質(zhì)子交換膜燃料電池備用電源。

協(xié)同創(chuàng)新促中國特色氫能經(jīng)濟發(fā)展

“北京作為全國科技創(chuàng)新中心，匯集了一批氫能和燃料電池科技創(chuàng)新主體。近幾年，北京市科委著重支持氫能和燃料電池自主化技術(shù)科研項目39個、市財政經(jīng)費1.6億元，提升了北京氫能科研應(yīng)用基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)研究能力。”雷霆介紹說。

2017年7月，北京市科學(xué)技術(shù)委員會、昌平區(qū)人民政府聯(lián)合未來科學(xué)城及在京氫能領(lǐng)域優(yōu)勢科研單位發(fā)起成立背景未來科學(xué)城氫能技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新平臺，目前共有低碳院、聯(lián)研院、清潔院、新研院、科研院、華北電力大學(xué)等13家成員，電力企業(yè)和院校占半數(shù)以上。一年多來，協(xié)同攻關(guān)有序推進(jìn)，技術(shù)交流深入有效，平臺成員單位之間組成了若干個聯(lián)合攻關(guān)團隊。在應(yīng)用基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)研究方面，發(fā)揮各自優(yōu)勢，協(xié)同開展科研，減少了低水平、重復(fù)性研究，整體研發(fā)效率提高，產(chǎn)出了一些階段性成果。

據(jù)行業(yè)專家介紹，當(dāng)前氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟需解決幾個問題：一是解決大規(guī)模廉價生產(chǎn)氫能原料的問題，二是解決氫的低成本高效儲運問題，三是進(jìn)一步簡化加氫流程和提高儲氫量，四是標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)和規(guī)范的形成，五是強化安全技術(shù)體系建設(shè)。

華能集團清潔院董事長許世森表示，現(xiàn)在低溫氫燃料電池上主要的技術(shù)難題，在高溫燃料電池上則基本不存在。“低溫的質(zhì)子交換膜燃料電池對燃料的純度要求很高，對內(nèi)部的硫、鹵化物和粉塵要求比較高，最核心的是要用鉑作為催化劑，非常昂貴?；瘜W(xué)反應(yīng)過程里有一條普遍的規(guī)律，就是要在溫度和催化劑之間的選擇，低溫下要實現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)，必須要有比較特殊的催化劑，如果提高反應(yīng)的溫度，對催化劑的要求就會適當(dāng)降低。低溫的燃料電池在制氫、儲氫、運氫方面還有很多障礙，但高溫燃料電池可以直接運用氫氣、天然氣、煤制氣、沼氣、甲醇含碳?xì)涞娜剂?，這是它的優(yōu)勢。”

聯(lián)合國開發(fā)計劃署駐華代表張衛(wèi)東建議說，中國不需要走國際經(jīng)濟實力雄厚的國家高成本發(fā)展氫能的老路，要結(jié)合中國的實際，構(gòu)建有中國特色的氫能經(jīng)濟。他提出中國特色氫能經(jīng)濟的4種技術(shù)路線，分別是：一是燃料電池加電池的“電-電”混動模式，二是用富氫重整或液體或金屬載氫材料制氫，三是甲醇在線重整制氫，四是乙醇在線重整制氫。他特別強調(diào)乙醇在線重整制氫技術(shù)路線非常適合中國農(nóng)業(yè)大國的國情。

“乙醇在線重整制氫這條路徑就可以實現(xiàn)農(nóng)(農(nóng)業(yè))、工(工業(yè))、能(能源)、交(交通)、服(服務(wù)員)整個大的融合。我們用的乙醇不是來自糧食，而是用多種植物的秸稈，用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的剩余物，真正能實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟。”他說。