近日，以“碳路中国氢进万家氢能世界绿色未来”为主题的2022山东氢博会系列活动：第二届中日韩氢能产业高峰论坛，第二届世界绿氢产业发展大会，首届中国（山东）氢产业大会成功举办。国家燃料电池技术创新中心（简称“国创中心”）副主任、首席专家、正高级工程师潘凤文作了主题为“氢燃料电池发电应用现状与发展趋势”的演讲。他从发展氢能的重大意义、氢发电的应用现状、国创中心概况及发电成果应用、主要问题与挑战、发展展望与未来趋势等几个方面进行了分享。

发展氢能是我国能源结构变化的大趋势

纵观人类文明的进步，发展背后的推动力量就是能源的变革，能源的开发和利用推动了社会的快速发展。过去的工业革命和科技革命的本质就是整个能源的革命，从木材到煤炭，从煤炭到油气，再到光伏、风电等可再生能源电解水制氢，脱碳加氢的趋势越来越明显，能源的发展与交通装备发展相互作用，相互促进，推动了社会发展的一次又一次的工业革命和科技革命，再到现在能源革命，而且每次之间的间隔越来越短。

近年来，全球范围内的恶性天气发生的频次越来越多，温室气体排放对气候变化的影响成为了共识，减少温室气体排放，有利于减缓全球的变暖，有利于降低各种自然灾害。

日前，联合国环境规划署发布了《2022年排放差距报告》，概述了2030年温室气体排放的预测值，警告地球正走向“气候灾难”。从2021年在英国格拉斯哥举行的第26次缔约方大会来看，各个国家最新承诺对2030年排放的贡献非常小，甚至微乎其微，整个世界没有走上实现巴黎协定目标的轨道，距离低于2℃，理想情况下接近1.5℃度的目标还差得很远。到本世纪末，全球温度可能会升高2.8℃。这个报告指出，全世界只有尽快减少45%的碳排放，才能避免全球性的巨大灾难的发生。

解决方案是存在的，能源结构的转型刻不容缓，而可再生能源氢能在这里面扮演了一个关键的角色，同时我们国家能源结构的变化是逐渐朝着降低煤炭的消费占比，发展氢能是中国能源结构变化的大趋势。

我们要构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系，控制化石能源的总量，着力提高利用效能，实施可再生能源的替代行动，深化电力体制的改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。实施以碳强度控制为主、碳排放控制总量为辅的制度。

发展氢能的重大意义

从过去20年能源历史变迁，能源消费总量的构成来看，虽然各种能源的消耗量都在增加，但是电力、天然气等能源也在逐渐增加。从煤炭消费的角度来看，煤炭在能源消费中的占比正在逐年下降，发展氢能具有重大意义，也是我国能源结构转型的迫切需要。

非化石能源占比从2020年的15%，到2025年的20%，2030年提高到25%，2050年预计会提得更高。未来将主要以光伏、风电、核电等可再生能源和清洁能源为主。按照中国氢能联盟白皮书，预计到2050年，氢能在我国整个能源消费体系中的占比将达到10%，2060年预计到15%，在交通、化工、工业、建筑等领域都会得到规模化的应用。其中在交通、建筑等领域是以氢燃料电池的发电应用为主，在化工行业和工业行业，氢扮演的角色是原料。

作为燃料属性的氢气，以能源的方式参与到这两个领域，是关注的重点。氢能是传统能源与可再生能源转化的一个非常好的媒介，不管是从电到氢再到电，还是从氢到电，可以实现能源转换的作用。

电网、道路管网、燃气管网是我国在全球范围内具有重要影响力的三网。电网不能消纳的部分需要各种储能的方式，但是在长周期大容量储能方面，电解水制氢作为储能方式进入了新的领域，通过燃料电池就可以转化为电，继续反馈到用电侧。同时氢还可以作为原料进入工业，通过管网进入化工行业，所以说，氢在其中起到了一个传统能源与可再生能源转化媒介的作用。

氢能发电的应用现状

首先，氢在移动交通领域的应用。我国以商用车为主，国外以乘用车为主，车辆的保有量逐年都在攀升，从2017年的1000多台，到今年底会突破1万台，甚至到12000台。国内加氢站以气态为主，从2017年的11座到现在的300多座，建设成本大幅下降，建设的速度超过了燃料电池车辆的增速，这也是我国的一个优势。车辆保有量逐年攀升，已经远远超过了国家中长期规划的2025年5万台的要求。

第二，氢在固定综合供能领域的应用，主要是发电和热电联供领域。主要有两种应用方式，一种是以日本和欧洲为典型代表，以PEMFC和SOFC小型和微型的燃料电池综合供能系统为主，目前发展最好的是日本。日本政府先后出台了很多的补贴政策，支持相关产品开发和装机，目前累计装机超过50万台，在他们的路线图规划中，到2030年的目标是530万台。而欧洲在最近10年也逐渐推出了多项针对小型氢能燃料电池发电的一些项目，装机量也接近1万台，其路线图规划是到2040年超过250万台。

第三，大型燃料电池分布式发电领域，以美国和韩国为代表，近年来示范项目在逐渐增多。它们大多采用多模组组合应用方案，集中式热管理，呈现标准化、模块化、定制化趋势，正处于示范项目的验证阶段。如韩国现代、美国微软、日本丰田等。

近年来，我国在燃料电池发电领域正在加大力度，国家层面陆续出台了多项政策，支持燃料电池发电领域的产品应用和推广，但是总体技术成熟度和运营验证仍处于起步阶段，大功率、集中式氢发电，更适合我们的国家。目前，我国的示范应用主要集中在两种场景，典型的有前一段时间国家电网在浙江台州大陈岛氢能综合利用示范工程正式投运，功率虽然不大，但已经实现了从制氢、储氢到燃料电池发电综合供能的一个模式。第二个还是国家电网，安徽六安兆瓦级PEM电解水制氢，清洁、零碳，一年制氢70余万标立方，氢发电73万千瓦时。在小型的氢燃料电池发电方面，有一些企业也在开展研究，比较典型的是江苏铧德，其采用的是天然气重整分布式氢燃料电池热电联供，总效率可以达到93.5%。

国创中心概况及发电成果应用

2021年3月21日，国家燃料电池技术创新中心获得科技部正式批复，以潍柴动力为主体，联合有关高校、科研院所、行业骨干与产业链上下游企业共同建立。国创中心是行业首家同时可以开展氢燃料电池和固态氧化物燃料电池检测的CNAS最大的实验室，建成了现有的行业领先的燃料电池实验测试设备，可以进行从关键的材料—单体—电堆—系统—动力总成—整车全技术链的测评能力。研究的领域方面，国创中心围绕着行业的需求，进一步向氢制、储等产业链进行技术的探索。围绕以燃料电池的关键技术研发为核心，拓展上下游的应用，以场景应用为牵引，同时为氢的安全做好准备和研发。

过去几年，国创中心在发电领域做了一些探索和尝试，开发了几款产品，比较典型的有两款产品：

第一款是15千瓦的发电综合供能装置，围绕着备用电源、冷链运输的冷藏箱的供电，采用的是储氢、电池和散热系统一体化集成设计，可以满足72小时以上的用电需求。集成度和紧凑度比较好，这可以是一个标准的模块化。

第二款产品是100千瓦的一个模块化的综合供能装置，应用场景围绕数据中心、商业楼宇、社区住宅等，采用的是1+N+1的模式，可以进行多模组的组合应用，最大可实现兆瓦级供能需求。集成度和标准化比较高。

氢发电行业面临的问题和挑战

首先，标准和法规不完善。氢发电相关顶层设计不健全，技术标准和法律法规仍不完善，标准不统一，运营不规范。车用标准大约有100项，而发电领域相对较少。据统计，氢发电标准分布占比，安全性和性能试验方法只有13项，占比65%，安全维护性和技术条件只有4项，各占10%，系统只有3项，占15%。可以说在发电领域标准法规的不完善程度，比车用在交通领域的应用还要欠缺，这是行业面临的非常大的一个问题。

第二，发电的经济性。与传统的发电效率相比，氢的制、储、运各个环节成本非常高，终端用户一次性投资和使用的成本也比较高，投资大、回报周期长，性价比较低，挑战非常大。

第三，关键技术还有待提升。我国和国外还有一定的差距，我们的产品和工程样机都属于示范验证阶段，没有实现商业化运营，稳定性、可靠性、耐久寿命都需要进一步验证。未来，交通领域的规模化推广将大幅提升燃料电池的技术成熟度，氢能发电会围绕不同场景的差异化需求进入终端应用。

中国、日本和美国对比来看，日本聚焦微型家用，美国是大型分布式为主。技术路线，我国是以PEMFC为主，日本是PEMFC/SOFC为主，美国是SOFC/MCFC为主；功率上，我国是从15千瓦—1兆瓦，日本从700瓦—5千瓦，美国是200千瓦—1兆瓦。我国仍处于示范应用阶段，而日美已经走上商业化道路。

总的来说，我国和国外的发展还有一定差距，由于国情不同，决定了我们的技术路线不同。最近，十四五国家氢能技术专项在多个领域围绕氢能发电出台了技术研究支持，山东省的“氢进万家”二期项目就是典型的工程示范项目。它围绕着社区住宅、商业领域、工业园区等场景，开发4款大功率的燃料电池的综合供能装置，目标是突破500台套以上，要求累计运行不少于100万小时。相信通过类似项目的实施，可以进一步推动产品技术的提升和整个示范项目的推广。虽然氢发电还存在很多的问题，但未来的前景非常光明。

氢能发电展望与未来趋势

商业模式的创新和突破是下一步发展的重点。通过集成可再生能源的发电、氢储能和氢发电的耦合微网，将成为未来氢能规模化发展与应用的重点方向。“电-氢-电”深度融合，可以助力提前实现碳达峰、碳中和目标。通过多途径的制、储、输、用开展全局式规模化的示范应用，能够带来和探索一些新的商业模式。只有商业模式的创新才能带动产业破局，实现商业化的应用。

氢发电在我国应用场景非常丰富。首先，在各种各样的海岛和孤岛，偏远和孤立的地方，都可以考虑充分利用光伏风电资源，通过电-氢-电的方式实现离网的供能需求。

第二个场景是富氢和富电区域，可以通过电-氢-电的方式来实现高效的能源转换，提高综合经济效益。

第三个应用场景，可再生能源电解制氢具有非常高的竞争力，管道输氢实现规模化。预计到2050年，基于电网的电解成本将大幅下降，可再生能源电解氢将会具备充分的竞争力。同时，管道输氢也会实现规模化的应用，全球超50%的天然气管网可以用来输运氢气，大幅降低氢气输运成本，给终端应用带来收益，这也是未来实现氢能社会很关键的解决方案。

综合来看，氢能产业已经进入一个新的发展时期，窗口期已经到来，氢发电将会扮演至关重要的角色，只要产业链上下游企业共同努力，就会加速这个产业的突破和跨越式大发展。