发展氢能产业，推进能源生产和消费革命

文/肖钢 陈远明

中海油研究总院新能源研究中心首席科学家，国际知名氢能利用科学家，2015年中国政府友谊奖获得者肖钢

能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，人类文明每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替，能源的合理开发利用和可持续发展对世界经济和人类社会发展具有重大意义。

迄今为止，人类历史上已发生过两次能源革命。第一次能源革命是煤炭取代木材成为主导能源，第二次能源革命是石油取代煤炭成为主导能源。尽管目前化石能源仍居主导地位，但是考虑到其紧缺性日益凸显，汽车排放造成的环境污染和石油资源枯竭正日益加剧，寻找清洁的替代能源是每一个国家亟须解决的问题。

以习近平同志为核心的党中央，一直以来高度重视能源发展和能源安全。习近平总书记多次讲话强调，能源安全是关系国家经济社会发展的全局性、战略性问题，对国家繁荣发展、人民生活改善、社会长治久安至关重要。面对能源供需格局新变化、国际能源发展新趋势，保障国家能源安全，必须积极推动我国能源生产和消费革命。尽管我国能源发展取得了巨大成绩，但也面临着能源需求压力巨大、能源供给制约较多、能源生产和消费对生态环境损害严重、能源技术水平总体落后等挑战，因此我们必须从国家发展和安全的战略高度，审时度势，借势而为，找到顺应能源大势之道。

氢能源清洁低碳、安全高效，被誉为人类终极清洁能源，已经取得国际社会的共识。但是在氢能发展上我国目前明显落后于德国、美国、日本等发达国家，在氢能燃料电池基础研究和技术发展、装备制造、标准法规、政策等方面仍存在不少瓶颈，在氢能核心技术和关键材料、基础设施发展上明显滞后。

氢能源将成为下一代基础能源

在中央财经领导小组第六次会议上，习近平总书记发表重要讲话指出，推动能源技术革命，带动产业升级。立足我国国情，紧跟国际能源技术革命新趋势，以绿色低碳为方向，分类推动技术创新、产业创新、商业模式创新，并同其他领域高新技术紧密结合，把能源技术及其关联产业培育成带动我国产业升级的新增长点。发展氢能源是从能源生产、能源存储、能源运输、能源转化到能源消费的一场能源技术革命，涉及制氢、储氢、运氢和用氢的各个环节，我国推动发展氢能，将带来能源结构的调整，成为我国产业升级的新增长点。

未来世界能源从碳氢化合物能源转向氢能源是大势所趋，氢能源将成为下一代基础能源。人类过去百年的能源进化史，本质上就是碳氢比的调整史，氢含量不断提高，能量密度也随之不断提高，氢气基础能量密度是汽油的三倍。因此从各国氢能源产业规划来看，多数国家是以氢燃料电池为突破口，逐步完善氢能源产业配套，并计划在2040—2050年实现氢能源社会。国际氢能委员会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》显示，到2050年，氢能源需求将是目前的10倍，全球能源需求的18%将来自氢能源。

北京氢纪元能源科技有限公司陈远明

由于作为氢能利用核心之一的氢燃料电池在能量密度、转化效率、电子控制上相对化石能源内燃机具有显著优势。燃料电池是一种电化学反应装置，燃料电池完全不进行燃料燃烧，而是通过电化学反应直接将燃料的化学能转化成电能。与传统发电方式内燃机、火力发电相比，燃料电池不受卡诺循环限制，因此能量转化效率高，理论上燃料电池的电能转化效率可高达83%，目前的实际水平为50%—60%，而内燃机效率仅为15%—20%，火力发电为35%左右，因此燃料电池是能量转化效率最高的发电装置，而且燃料电池具备零排放、无污染、噪声低等优点。燃料电池的应用领域主要包括便携式电源、固定式发电、交通运输等。在交通运输领域，汽车用氢燃料电池的能量转换效率约为传统内燃机的三倍，而且不排放硫化物、氮氧化物等有害气体，也不产生温室气体二氧化碳，同时不存在纯电动车充电时间长、续航里程短的弊病，因此氢能燃料电池汽车被视为新能源汽车的终极解决方案。国际氢能委员会数据显示，到2030年全球燃料电池乘用车预计将达到1000万至1500万辆。我国已在国家战略层面明确将氢能作为能源架构中的一个重要组成部分，并将燃料电池汽车定位为我国汽车行业发展的主流方向之一。

纵观人类历史，每一次能源变革都会带来整个工业体系的重构，甚至是全球领导国家的易主。第一次工业革命成就了英国，第二次工业革命成就了美国。如果燃料电池汽车未来能全面替代石油汽车，则配套石油建立的整个工业体系将被改变，发达国家在过去200年内燃机时代积累起来的技术优势将大幅缩水，这也给了我国一个弯道超车的机会。如果我们能把握住这个历史机遇，就有望成为下一代工业体系的领导国家之一。日本作为最早研发锂电池的国家，目前却已基本放弃锂电池汽车的研发，全力猛攻燃料电池汽车。

大力发展氢能，推动能源互联网

目前第三次工业革命正在世界范围内进行，而能源互联网作为本次革命的核心之一，是未来能源行业发展的方向，是推动我国能源革命的重要战略支撑和必然选择。美国著名学者杰里米·里夫金在《第三次工业革命》中提出了能源互联网的愿景，认为这是以新能源技术和信息技术的深入结合为特征的一种新的能源利用体系，主要包括五大内涵，“支持大规模氢储能及其他储能设备的接入”就是其中重要的一项。清华大学曾嵘教授认为，能源互联网分为三个层级：物理基础（多能互联能源网络），实现手段和价值实现，其中作为物理基础的多能互联能源网络以电力网络为主体骨架，融合气、热等网络，覆盖包含能源生产、传输、消费、存储、转换的整个能源链。能源转换是多能互联的核心，其包括不同类型能源的转换（切换）以及不同承载方式的能源转换（变换），不同类型的能源转换在能源生产端除了通常的利用发电机等各种技术手段将一次能源转换成电力二次能源外，还包括如电解水生成氢燃料等多种形式。能源存储在多能互联的环境下必将愈加凸显其重要地位，能源存储不再局限于电能的存储和释放，氢气、冰蓄冷、液态空气等也是发展方向。如果氢燃料电池以电动汽车、分布式热电联供等途径进入千家万户，氢气或液氢的存储将可以提供持续的清洁可控电能，成为分布式太阳能和风能的重要补充。可见大力发展氢能，有助于推动发展能源互联网，推进“互联网+”智慧能源发展，成为推动我国能源生产和消费革命的重要抓手。