氫能源與燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究

資源開發(fā)利用方式從礦藏資源消耗型向天然資源碳?xì)淙剂系拈_發(fā)利用方式從高碳燃料向低碳燃料轉(zhuǎn)變（加氫減碳過程化石能源低碳化、零碳能源規(guī)模資源開發(fā)利用方式從礦藏資源消耗型向天然資源碳?xì)淙剂系拈_發(fā)利用方式從高碳燃料向低碳燃料轉(zhuǎn)變（加氫減碳過程化石能源低碳化、零碳能源規(guī)模人類的能源利用一直朝著低碳的方煤石天然能源種生物碳?xì)浔?3p我國擁有全球最大的能源系統(tǒng)，也是最p“一大三小”（煤、油、氣、非化石能源）的能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)；非水可再生能源pp我國擁有全球最大的能源系統(tǒng)，也是最p“一大三小”（煤、油、氣、非化石能源）的能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)；非水可再生能源p推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長模式的綠色低碳轉(zhuǎn)型不會(huì)一蹴而就，我國國情能情的特殊性決定p須依靠科技進(jìn)步，走出具有中國特色的nnnn4?節(jié)能與提高能效的減排潛力?節(jié)能與提高能效的減排潛力巨?能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化是長期減碳的根氫能擁有獨(dú)特優(yōu)勢資源化利熱值為143最高綜合轉(zhuǎn)化效率達(dá)5氫能應(yīng)用的可能方向與作氫能應(yīng)用的可能方向與作?①?②③④⑤⑥⑦67深入貫徹7深入貫徹“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略，把發(fā)展氫能作為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目p氫能是全p氫能是全球能源技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，各國氫能發(fā)展各具特色--不同的發(fā)展?澳大利亞以出口氫氣，發(fā)展氫能貿(mào)易為主?歐洲發(fā)展氫能以工業(yè)脫碳為目標(biāo) 美國氫能產(chǎn)業(yè)主要以固定式發(fā)電為主，保障電力供給可 韓國主要發(fā)展氫燃料電池汽nn近百nn近百位院士專家開展了2年多研 承辦2019年中n召開項(xiàng)目全體會(huì)議4次，項(xiàng)目綜合組召開研討會(huì)近209123412342.1?氫氣：全球“純氫”產(chǎn)量7000萬噸/年，主要用于化工精煉、合成氨等領(lǐng)域，交通領(lǐng)域消費(fèi)量不足 02.1?氫氣：全球“純氫”產(chǎn)量7000萬噸/年，主要用于化工精煉、合成氨等領(lǐng)域，交通領(lǐng)域消費(fèi)量不足 02.2?截止2021年底，全2.2?截止2021年底，全球共有659座在營加氫站，其中中國在營183座（建成255座），日本在營157座，韓國80座；歐洲173座（其中德國92座）；北美54座（其中美國49座）；其他?我國供氫產(chǎn)業(yè)的社會(huì)投入強(qiáng)度顯著提升，加氫站數(shù)量和規(guī)模持續(xù)增長，覆蓋省份從我國各省加氫基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營概況（截止2020年底2016-2020年中國加2.2*空白；國內(nèi)2.2*空白；國內(nèi)35Ma加氫站技術(shù)已趨于成熟，加氫站的設(shè)計(jì)、建設(shè)以及三大關(guān)鍵設(shè)備（45Ma大容積儲(chǔ)氫罐、Ma加氫機(jī)整機(jī)和a隔膜式壓縮機(jī)）均已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化；2021年1月，首座液氫油電綜合（櫻花）2.2（氫2.0新動(dòng)向2.2（氫2.0新動(dòng)向，到2030年，日本的發(fā)電用燃料中氫和氨將各占?歐盟啟動(dòng)了EU-projectShipFC項(xiàng)目，計(jì)劃2023年實(shí)現(xiàn)2MW的氨燃料SOFC發(fā)電系統(tǒng)，由20個(gè)100kW模液 - 甲 液 項(xiàng) 儲(chǔ)存溫度 壓力 能量密度 含碳量，著火點(diǎn)，爆炸范圍 2.32.3（千臺(tái)（來源SOFC粗氫及碳?xì)淙剂稀⒛芰哭D(zhuǎn)化率高，在大型集中供電、分布式發(fā)電、熱電聯(lián)供乃至交通領(lǐng)域p氫燃料電池汽達(dá)到17940輛；韓國現(xiàn)代NEXO達(dá)到22337輛?國外p氫燃料電池汽達(dá)到17940輛；韓國現(xiàn)代NEXO達(dá)到22337輛?國外基本都是以乘用車為主，商用車為輔；以乘用車技術(shù)的發(fā)展來帶動(dòng)和促進(jìn)燃料電池叉車，?我國燃料電池汽車主要是商用車，截止到2021年底，數(shù)量為93150?公交、重卡等商用車是最符合我國國情的氫燃料電池商業(yè)發(fā)展?國內(nèi)物流園區(qū)及港口發(fā)達(dá)，對重卡、叉車需求巨大，同時(shí)排放要求越來越嚴(yán)格。氫燃料電池重卡在礦山、煤炭、港口等固定運(yùn)輸專線、支線短倒以及一些封閉性場景下的推廣逐漸趨在機(jī)車領(lǐng)域，調(diào)車機(jī)車、鐵路專用線機(jī)車、支線機(jī)車目前還都是內(nèi)燃機(jī)車，與之相比，氫燃料電池車不用重新架設(shè)取電網(wǎng)，在站場、港口、城市軌道交通等地存在一定應(yīng)用空間，燃料氫能在船舶等領(lǐng)域應(yīng)用（支持遠(yuǎn)程運(yùn)輸，可快速加氫）。氫能源在船舶方面的應(yīng)用研究才起艇提供動(dòng)力，仍需通過更多的研究來尋找適合利用氫能來推動(dòng)船舶的動(dòng)力轉(zhuǎn)化家用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的出貨數(shù)量眾多，其中日本ENE-FARM項(xiàng)目的出貨是主固體氧化物燃料電池（SOFC）?分布式及數(shù)據(jù)中心應(yīng)用：固體氧化物燃料電池（SOFC）?分布式及數(shù)據(jù)中心應(yīng)用：BloomEnergy公司為蘋果、沃爾瑪、谷歌及可口可樂等提供SOFC分布?大型發(fā)電：三菱重工自1980s開始研究SOFC大規(guī)模發(fā)電系統(tǒng)，截止2019年9月三菱與日立合資的?家庭熱電聯(lián)供：日本ENE-FARM計(jì)劃2020年、2030年分別實(shí)現(xiàn)家用燃料電池累計(jì)裝機(jī)量達(dá)140萬ApplePark獨(dú)立微電網(wǎng)SOFC-MGT合發(fā)電系SOFC可在公園、路邊等工作休閑區(qū)域固體氧化物燃料電池（SOFC）?“十二五”期間固體氧化物燃料電池（SOFC）?“十二五”期間，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）作為依托單位，完成第一個(gè)SOFC方向國家“973計(jì)劃”項(xiàng)“十二五”期間，中科院大連化物所、寧波材料所、華中科技大學(xué)和中科院上硅所分別承擔(dān)了“863計(jì)劃”項(xiàng)目??“十三五”期間，大型能源集團(tuán)如國家能源集團(tuán)、國家電網(wǎng)、華能集團(tuán)、濰柴動(dòng)力、晉煤集團(tuán)、中廣核、新奧集團(tuán)等開始介入?2017重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“CO2近零排放的煤氣化發(fā)電技術(shù)”兆瓦級IGFC示范基地和20千瓦IGFC系CO2近零排放CO2近零排放的煤氣化燃料電池發(fā)電整體煤氣化燃料電池發(fā)電IGFC—IntegratedGasificationFuelCell中國礦業(yè)大學(xué)（北京）p承擔(dān)了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、“7”、“”，中美、中瑞、中丹國際合作、中國工程院戰(zhàn)略咨詢（重大及重點(diǎn)）、北京市未來科學(xué)城建設(shè)專項(xiàng)、山西省煤基重點(diǎn)科技攻關(guān)等二十余項(xiàng)國中國礦業(yè)大學(xué)（北京）p承擔(dān)了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、“7”、“”，中美、中瑞、中丹國際合作、中國工程院戰(zhàn)略咨詢（重大及重點(diǎn)）、北京市未來科學(xué)城建設(shè)專項(xiàng)、山西省煤基重點(diǎn)科技攻關(guān)等二十余項(xiàng)國家及省部級科研項(xiàng)目，目前已突破/C關(guān)鍵材料-器件-模塊-系統(tǒng)的系列關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了千瓦級電堆的批量化生產(chǎn)，大大提高了電堆壽命及一致性可靠性，正在進(jìn)行25~100千瓦級SOFC系統(tǒng)示范推廣工作，并同時(shí)開展100千瓦級SOEC電解水制氫的示范技術(shù)開發(fā)100kW級SOEC系單電池和kW級電100kW級SOFC系模塊化結(jié)構(gòu)，功率可調(diào)，安全保障???單電池：40電堆：額定功率1千瓦直流電效率???2.4pu日本、德國、瑞典、奧地利等國家率先進(jìn)行了大量的氫冶金技術(shù)開發(fā)和示范應(yīng)用，日本是最早用氫氣進(jìn)行煉鐵工藝嘗試的國家，早2008年日本啟動(dòng)了環(huán)境和諧型煉鐵項(xiàng)目（COURSE50），最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)煉鐵工藝二氧化碳2.4pu日本、德國、瑞典、奧地利等國家率先進(jìn)行了大量的氫冶金技術(shù)開發(fā)和示范應(yīng)用，日本是最早用氫氣進(jìn)行煉鐵工藝嘗試的國家，早2008年日本啟動(dòng)了環(huán)境和諧型煉鐵項(xiàng)目（COURSE50），最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)煉鐵工藝二氧化碳排放量減少u隨著國內(nèi)鋼鐵冶金行業(yè)碳排放的逐步增加，相關(guān)企業(yè)也開始著手布局氫冶金，寶武集團(tuán)、河鋼集團(tuán)、酒鋼集團(tuán)、天津榮程集團(tuán)、中晉1華放2月3月4府月5月6干重整制還原氣H2/CO71日本23年減排45672.4p歐洲——技術(shù)可行，商業(yè)化運(yùn)行，最高摻氫比例可達(dá)2.4p歐洲——技術(shù)可行，商業(yè)化運(yùn)行，最高摻氫比例可達(dá)2.4p?船舶行業(yè)每年的碳排放量為2.4p?船舶行業(yè)每年的碳排放量為11.2億噸以上，約占世界CO2排放總量的4.5％，國際海事組織目?2021年2月，豐田與加拿大船用電池供應(yīng)商CorvusEnergy聯(lián)手開發(fā)和生產(chǎn)船用燃料電池系統(tǒng)；巴拉德動(dòng)力宣布與GlobalEnergyVentures簽署備忘錄，旨在開發(fā)一款命名為C-H2船的新型?我國交通部提出推廣燃料電池等動(dòng)力船舶，推進(jìn)氫能等在行業(yè)的應(yīng)用，2021年2月，中國船2.4p氫儲(chǔ)u2.4p氫儲(chǔ)u?根據(jù)美國能源部的統(tǒng)計(jì)，截至2018年底，全球共有13個(gè)氫儲(chǔ)能項(xiàng)目，裝機(jī)規(guī)模共計(jì)20.23MW；有7個(gè)位于德u我國氫儲(chǔ)能起步較晚，在2019年之前多處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階??2019年8月，我國首個(gè)MW級氫儲(chǔ)能項(xiàng)目——安徽省六安市1MW?2019年12月，廣州供電局招標(biāo)“十四五”氫調(diào)峰綜合能源站總體規(guī)劃研究，預(yù)示著國內(nèi)又一個(gè)氫儲(chǔ)能項(xiàng)目進(jìn)入?2021年1月，吉林省發(fā)改委對大安市舍力鎮(zhèn)風(fēng)光制氫儲(chǔ)能示范項(xiàng)目進(jìn)行了核準(zhǔn)批復(fù)，項(xiàng)目總建設(shè)規(guī)模50MW 202111月，中電新源公司220千伏氫氣儲(chǔ)能發(fā)電工程初步設(shè)計(jì)通過評2.5NatureElectronics大眾集團(tuán)卡車部門Traton公司觀點(diǎn)，“電池電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的效率優(yōu)于燃料電池電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)；電動(dòng)卡車，載重402.5NatureElectronics大眾集團(tuán)卡車部門Traton公司觀點(diǎn)，“電池電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的效率優(yōu)于燃料電池電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)；電動(dòng)卡車，載重40ppppp12341234基礎(chǔ)n相關(guān)核心設(shè)基礎(chǔ)n相關(guān)核心設(shè)備主要依靠進(jìn)口，氫能產(chǎn)業(yè)裝備制造等方面相對滯后，缺乏完備的產(chǎn)業(yè)儲(chǔ)氫、燃料電池關(guān)鍵部件、監(jiān)測測試裝備?燃料電池核心技術(shù)、儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)存在短板，氫能基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展滯后，包括制氫設(shè)施、氫能儲(chǔ)存與輸送設(shè)施、加氫?差）制氫技術(shù)可行，規(guī)?；l(fā)展?jié)摿薮筇寂欧牛好褐茪?gt;天然氣制氫>化石燃料制氫+CCS>）制氫技術(shù)可行，規(guī)?；l(fā)展?jié)摿薮筇寂欧牛好褐茪?gt;天然氣制氫>化石燃料制氫+CCS>煤氣化制氫的成本最低，天然氣蒸汽重整制氫成本略高。在可再生能源制氫當(dāng)中，水電-電解水制氫的成本與煤電制氫成本相當(dāng)，風(fēng)電、光伏發(fā)電制氫的成本相對較高對于可再生能源制氫而言，降低電費(fèi)會(huì)顯著降低成本，而從長遠(yuǎn)來看，可再生能源的持續(xù)大規(guī)模發(fā)展會(huì)使其發(fā)電成本越來越低，以分布式光伏發(fā)電為代表的就近供電方式會(huì)進(jìn)一步降低制氫成本反觀化石能源，原材料的價(jià)格波動(dòng)會(huì)較大地影響制氫成本碳價(jià)提升未來影響氫氣供???? 目前的電制氫技術(shù)主要是堿性、質(zhì)子交換膜（PEM）和固體氧化物 目前的電制氫技術(shù)主要是堿性、質(zhì)子交換膜（PEM）和固體氧化物電解池 隨著電解運(yùn)行溫度提高，電解所需要的電能（?G）逐漸減小，單位產(chǎn)氫的能耗大大降 SOEC還可以電解二氧化碳或共電解制合成氣，進(jìn)一步制甲烷、甲醇等，實(shí)現(xiàn)碳循 SOEC實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？稍偕茉措娏D(zhuǎn)化、長周期存儲(chǔ)的同時(shí)，還能夠轉(zhuǎn)化利用CO2，為交通及化工提供綠氫和烷、甲醇、氨氣等，為“氫2.0”提供標(biāo)方氫電耗60-55%-4.6-60%-電堆價(jià)格(元*系統(tǒng)效率=H2低熱值（LHV）+對應(yīng)每公斤H2電耗SOEC電轉(zhuǎn)化效率更高，能耗更（2）我國儲(chǔ)運(yùn)氫及加注成本分析（2）我國儲(chǔ)運(yùn)氫及加注成本分析（3）燃料電池技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)政策存在的問題產(chǎn)業(yè)政策制（3）燃料電池技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)政策存在的問題產(chǎn)業(yè)政策制SOFC技PEMFC技12341234尊重市場、穩(wěn)妥尊重市場、穩(wěn)妥區(qū)域協(xié)同、試點(diǎn)關(guān)產(chǎn)業(yè)扶持政策利于國內(nèi)區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，加域氫能產(chǎn)業(yè)生態(tài)方式調(diào)整為選擇分城市圍繞燃料汽車關(guān)鍵零部件技術(shù)攻關(guān)，開展電池產(chǎn)業(yè)化示范技術(shù)為本、自主戰(zhàn)略引領(lǐng)、政策（1）（1）各地根據(jù)資源與工業(yè)的發(fā)展情*完善我國可再生能源制氫技術(shù)鏈，*氫燃料電池車保有量5-10萬輛，建研（2）燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體目標(biāo)：進(jìn)一步優(yōu)化部件生產(chǎn)水平，提高車用電池系統(tǒng)性能，開展在船舶、重卡等領(lǐng)域的應(yīng)用示范；基于副產(chǎn)氫、天然氣等燃料，開發(fā)千瓦級至兆瓦級分布式發(fā)電系統(tǒng)；研制性能達(dá)到目前國際水平的國產(chǎn)大型（2）燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體目標(biāo)：進(jìn)一步優(yōu)化部件生產(chǎn)水平，提高車用電池系統(tǒng)性能，開展在船舶、重卡等領(lǐng)域的應(yīng)用示范；基于副產(chǎn)氫、天然氣等燃料，開發(fā)千瓦級至兆瓦級分布式發(fā)電系統(tǒng)；研制性能達(dá)到目前國際水平的國產(chǎn)大型M制氫電解槽2021-2025建立國產(chǎn)化低成本材料與部件批量生產(chǎn)線；提高高溫PEMFC電堆的性能及穩(wěn)定性，降低成本；電堆額定功率可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)，電堆比功率6kW/L，壽命大于30000h，成本小于500元/kW；Pt小于0.2mg/cm2；建立燃料電池汽車完整產(chǎn)業(yè)鏈，滿足100萬輛以上燃料電池車需求，實(shí)現(xiàn)高溫PEMFC在分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)應(yīng)用2026-20352036-2050高性能、高耐久性的新材料及電堆生產(chǎn)與規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用，拓寬燃料電池在不同領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用，建立自主化燃料電池完整產(chǎn)業(yè)鏈。實(shí)現(xiàn)不同額定功率電堆及系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)，電堆比功率9kW/L，壽命大于40000h，成本小于300元/kW；關(guān)鍵材料及部件量產(chǎn)規(guī)模滿足不同應(yīng)用場景需求（3）燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體目標(biāo)：突破關(guān)鍵材料、核心部件、系統(tǒng)集成、過程控制等關(guān)鍵技術(shù)；在電堆壽命方面取得實(shí)質(zhì)性突破；建立健全SOFC/SOEC應(yīng)用的設(shè)計(jì)、檢測平臺(tái)；實(shí)現(xiàn)（3）燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體目標(biāo)：突破關(guān)鍵材料、核心部件、系統(tǒng)集成、過程控制等關(guān)鍵技術(shù)；在電堆壽命方面取得實(shí)質(zhì)性突破；建立健全SOFC/SOEC應(yīng)用的設(shè)計(jì)、檢測平臺(tái)；實(shí)現(xiàn)100-500kW級SOFC及SOEC系統(tǒng)的自主設(shè)計(jì)、制造與示范運(yùn)行；2021-2025完全掌握SOFC/SOEC電堆及系統(tǒng)集成技術(shù)，加快SOFC/SOEC行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)工作；50M