文/肖鋼 陳遠(yuǎn)明

中海油研究總院新能源研究中心首席科學(xué)家，國(guó)際知名氫能利用科學(xué)家，2015年中國(guó)政府友誼獎(jiǎng)獲得者肖鋼

能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，人類文明每一次重大進(jìn)步都伴隨著能源的改進(jìn)和更替，能源的合理開發(fā)利用和可持續(xù)發(fā)展對(duì)世界經(jīng)濟(jì)和人類社會(huì)發(fā)展具有重大意義。

迄今為止，人類歷史上已發(fā)生過(guò)兩次能源革命。第一次能源革命是煤炭取代木材成為主導(dǎo)能源，第二次能源革命是石油取代煤炭成為主導(dǎo)能源。盡管目前化石能源仍居主導(dǎo)地位，但是考慮到其緊缺性日益凸顯，汽車排放造成的環(huán)境污染和石油資源枯竭正日益加劇，尋找清潔的替代能源是每一個(gè)國(guó)家亟須解決的問(wèn)題。

以習(xí)近平同志為核心的黨中央，一直以來(lái)高度重視能源發(fā)展和能源安全。習(xí)近平總書記多次講話強(qiáng)調(diào)，能源安全是關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問(wèn)題，對(duì)國(guó)家繁榮發(fā)展、人民生活改善、社會(huì)長(zhǎng)治久安至關(guān)重要。面對(duì)能源供需格局新變化、國(guó)際能源發(fā)展新趨勢(shì)，保障國(guó)家能源安全，必須積極推動(dòng)我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命。盡管我國(guó)能源發(fā)展取得了巨大成績(jī)，但也面臨著能源需求壓力巨大、能源供給制約較多、能源生產(chǎn)和消費(fèi)對(duì)生態(tài)環(huán)境損害嚴(yán)重、能源技術(shù)水平總體落后等挑戰(zhàn)，因此我們必須從國(guó)家發(fā)展和安全的戰(zhàn)略高度，審時(shí)度勢(shì)，借勢(shì)而為，找到順應(yīng)能源大勢(shì)之道。

氫能源清潔低碳、安全高效，被譽(yù)為人類終極清潔能源，已經(jīng)取得國(guó)際社會(huì)的共識(shí)。但是在氫能發(fā)展上我國(guó)目前明顯落后于德國(guó)、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，在氫能燃料電池基礎(chǔ)研究和技術(shù)發(fā)展、裝備制造、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、政策等方面仍存在不少瓶頸，在氫能核心技術(shù)和關(guān)鍵材料、基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展上明顯滯后。

氫能源將成為下一代基礎(chǔ)能源

在中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會(huì)議上，習(xí)近平總書記發(fā)表重要講話指出，推動(dòng)能源技術(shù)革命，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。立足我國(guó)國(guó)情，緊跟國(guó)際能源技術(shù)革命新趨勢(shì)，以綠色低碳為方向，分類推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新，并同其他領(lǐng)域高新技術(shù)緊密結(jié)合，把能源技術(shù)及其關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)培育成帶動(dòng)我國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的新增長(zhǎng)點(diǎn)。發(fā)展氫能源是從能源生產(chǎn)、能源存儲(chǔ)、能源運(yùn)輸、能源轉(zhuǎn)化到能源消費(fèi)的一場(chǎng)能源技術(shù)革命，涉及制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫和用氫的各個(gè)環(huán)節(jié)，我國(guó)推動(dòng)發(fā)展氫能，將帶來(lái)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，成為我國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的新增長(zhǎng)點(diǎn)。

未來(lái)世界能源從碳?xì)浠衔锬茉崔D(zhuǎn)向氫能源是大勢(shì)所趨，氫能源將成為下一代基礎(chǔ)能源。人類過(guò)去百年的能源進(jìn)化史，本質(zhì)上就是碳?xì)浔鹊恼{(diào)整史，氫含量不斷提高，能量密度也隨之不斷提高，氫氣基礎(chǔ)能量密度是汽油的三倍。因此從各國(guó)氫能源產(chǎn)業(yè)規(guī)劃來(lái)看，多數(shù)國(guó)家是以氫燃料電池為突破口，逐步完善氫能源產(chǎn)業(yè)配套，并計(jì)劃在2040—2050年實(shí)現(xiàn)氫能源社會(huì)。國(guó)際氫能委員會(huì)發(fā)布的《氫能源未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)調(diào)研報(bào)告》顯示，到2050年，氫能源需求將是目前的10倍，全球能源需求的18%將來(lái)自氫能源。

北京氫紀(jì)元能源科技有限公司陳遠(yuǎn)明

由于作為氫能利用核心之一的氫燃料電池在能量密度、轉(zhuǎn)化效率、電子控制上相對(duì)化石能源內(nèi)燃機(jī)具有顯著優(yōu)勢(shì)。燃料電池是一種電化學(xué)反應(yīng)裝置，燃料電池完全不進(jìn)行燃料燃燒，而是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。與傳統(tǒng)發(fā)電方式內(nèi)燃機(jī)、火力發(fā)電相比，燃料電池不受卡諾循環(huán)限制，因此能量轉(zhuǎn)化效率高，理論上燃料電池的電能轉(zhuǎn)化效率可高達(dá)83%，目前的實(shí)際水平為50%—60%，而內(nèi)燃機(jī)效率僅為15%—20%，火力發(fā)電為35%左右，因此燃料電池是能量轉(zhuǎn)化效率最高的發(fā)電裝置，而且燃料電池具備零排放、無(wú)污染、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。燃料電池的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括便攜式電源、固定式發(fā)電、交通運(yùn)輸?shù)?。在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，汽車用氫燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率約為傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的三倍，而且不排放硫化物、氮氧化物等有害氣體，也不產(chǎn)生溫室氣體二氧化碳，同時(shí)不存在純電動(dòng)車充電時(shí)間長(zhǎng)、續(xù)航里程短的弊病，因此氫能燃料電池汽車被視為新能源汽車的終極解決方案。國(guó)際氫能委員會(huì)數(shù)據(jù)顯示，到2030年全球燃料電池乘用車預(yù)計(jì)將達(dá)到1000萬(wàn)至1500萬(wàn)輛。我國(guó)已在國(guó)家戰(zhàn)略層面明確將氫能作為能源架構(gòu)中的一個(gè)重要組成部分，并將燃料電池汽車定位為我國(guó)汽車行業(yè)發(fā)展的主流方向之一。

縱觀人類歷史，每一次能源變革都會(huì)帶來(lái)整個(gè)工業(yè)體系的重構(gòu)，甚至是全球領(lǐng)導(dǎo)國(guó)家的易主。第一次工業(yè)革命成就了英國(guó)，第二次工業(yè)革命成就了美國(guó)。如果燃料電池汽車未來(lái)能全面替代石油汽車，則配套石油建立的整個(gè)工業(yè)體系將被改變，發(fā)達(dá)國(guó)家在過(guò)去200年內(nèi)燃機(jī)時(shí)代積累起來(lái)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)將大幅縮水，這也給了我國(guó)一個(gè)彎道超車的機(jī)會(huì)。如果我們能把握住這個(gè)歷史機(jī)遇，就有望成為下一代工業(yè)體系的領(lǐng)導(dǎo)國(guó)家之一。日本作為最早研發(fā)鋰電池的國(guó)家，目前卻已基本放棄鋰電池汽車的研發(fā)，全力猛攻燃料電池汽車。

大力發(fā)展氫能，推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)

目前第三次工業(yè)革命正在世界范圍內(nèi)進(jìn)行，而能源互聯(lián)網(wǎng)作為本次革命的核心之一，是未來(lái)能源行業(yè)發(fā)展的方向，是推動(dòng)我國(guó)能源革命的重要戰(zhàn)略支撐和必然選擇。美國(guó)著名學(xué)者杰里米·里夫金在《第三次工業(yè)革命》中提出了能源互聯(lián)網(wǎng)的愿景，認(rèn)為這是以新能源技術(shù)和信息技術(shù)的深入結(jié)合為特征的一種新的能源利用體系，主要包括五大內(nèi)涵，“支持大規(guī)模氫儲(chǔ)能及其他儲(chǔ)能設(shè)備的接入”就是其中重要的一項(xiàng)。清華大學(xué)曾嶸教授認(rèn)為，能源互聯(lián)網(wǎng)分為三個(gè)層級(jí)：物理基礎(chǔ)（多能互聯(lián)能源網(wǎng)絡(luò)），實(shí)現(xiàn)手段和價(jià)值實(shí)現(xiàn)，其中作為物理基礎(chǔ)的多能互聯(lián)能源網(wǎng)絡(luò)以電力網(wǎng)絡(luò)為主體骨架，融合氣、熱等網(wǎng)絡(luò)，覆蓋包含能源生產(chǎn)、傳輸、消費(fèi)、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換的整個(gè)能源鏈。能源轉(zhuǎn)換是多能互聯(lián)的核心，其包括不同類型能源的轉(zhuǎn)換（切換）以及不同承載方式的能源轉(zhuǎn)換（變換），不同類型的能源轉(zhuǎn)換在能源生產(chǎn)端除了通常的利用發(fā)電機(jī)等各種技術(shù)手段將一次能源轉(zhuǎn)換成電力二次能源外，還包括如電解水生成氫燃料等多種形式。能源存儲(chǔ)在多能互聯(lián)的環(huán)境下必將愈加凸顯其重要地位，能源存儲(chǔ)不再局限于電能的存儲(chǔ)和釋放，氫氣、冰蓄冷、液態(tài)空氣等也是發(fā)展方向。如果氫燃料電池以電動(dòng)汽車、分布式熱電聯(lián)供等途徑進(jìn)入千家萬(wàn)戶，氫氣或液氫的存儲(chǔ)將可以提供持續(xù)的清潔可控電能，成為分布式太陽(yáng)能和風(fēng)能的重要補(bǔ)充。可見(jiàn)大力發(fā)展氫能，有助于推動(dòng)發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)，推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展，成為推動(dòng)我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命的重要抓手。