2018年11月9日，首屆北京未來科學城氫能與燃料電池技術發(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。北京未來科學城氫能研發(fā)資源集聚效應顯著，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。

電力央企瞄準氫能和燃料電池方向

位于北京北部五環(huán)外的未來科學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)均在這里設立了科研院所。根據(jù)國家定位，未來科學城將建成具有世界一流水準、引領我國應用科技發(fā)展方向、代表我國相關產(chǎn)業(yè)應用研究技術最高水平的人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地。

經(jīng)過8年央地共同建設，未來科學城研發(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。

“未來科學城的央企研究院順應能源技術革命的趨勢，在清潔能源、低碳能源領域提前進行科研布局，瞄準國內(nèi)外能源技術發(fā)展的熱點之一——氫能和燃料電池技術，引進國內(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’技術的基礎，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“二十一世紀的新能源”。國際上一些發(fā)達國家目前已經(jīng)有相當規(guī)模的氫能示范應用，正在向規(guī)?；?、商業(yè)化邁進。我國也在逐步重視氫利用技術研究，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，有效促進可再生能源消納，緩解風能、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)絡互聯(lián)，推進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)建設與全球能源互聯(lián)網(wǎng)構建中發(fā)揮關鍵性作用。

能源央企積極進行“氫”研究各有所長

據(jù)記者了解，位于未來科學城的國家電網(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研究。

國家能源投資集團北京低碳清潔能源技術研究院(下文簡稱“低碳院”)積極開展符合燃料電池汽車應用的氫氣純化技術、儲氫技術、加氫站技術和燃料電池系統(tǒng)技術等方向的研究。目前已率先建成達到國際標準的氫氣品質(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“技術把關”。低碳院還參與軍用液氫標準向民用液氫標準轉化、加氫站驗收國家標準的起草等工作。與神華新能源公司合作建設的中國第一個符合SAEJ2601標準[美國機動車工程師學會(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氫化合物技術應用前期研究、適用于波動性輸入的高效固體聚合物水電解技術研究、氫儲能關鍵技術及其在新能源接入中的應用研究等，攻克了電解制氫與新能源發(fā)電的協(xié)調(diào)控制技術，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化的實驗研發(fā)、裝備研制和性能測試等實驗能力。

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

而國家電投科學技術研究院(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、產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)濟性等方面研究，引進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的研究與技術示范，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鍵零部件制備與組裝技術，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用基礎研究和前沿技術研究能力。”雷霆介紹說。

2017年7月，北京市科學技術委員會、昌平區(qū)人民政府聯(lián)合未來科學城及在京氫能領域優(yōu)勢科研單位發(fā)起成立背景未來科學城氫能技術協(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)同攻關有序推進，技術交流深入有效，平臺成員單位之間組成了若干個聯(lián)合攻關團隊。在應用基礎研究和前沿技術研究方面，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，三是進一步簡化加氫流程和提高儲氫量，四是標準法規(guī)和規(guī)范的形成，五是強化安全技術體系建設。

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反應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)電化學反應，必須要有比較特殊的催化劑，如果提高反應的溫度，對催化劑的要求就會適當降低。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、甲醇含碳氫的燃料，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，要結合中國的實際，構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。