氢燃料电池：能源变革的前世今生

在当今世界格局中，能源问题已经成为所有国家的发展咽喉，只有保证了能源供应的畅通无阻才可能保证经济发展的持续稳定。

数据显示：我国70%的石油、40%以上的天然气长期依赖进口；能源供应中可再生能源占比约为14.86%，“三弃”规模高达515亿度电。在此情况下，推进能源革命、构建清洁低碳和安全高效的能源体系，成为关键。

氢能之所以在新一轮能源革命中占据重要地位，不仅具有零碳、高效、能源互联媒介、可储存、安全可控等显著优势，还可在交通、工业和建筑等诸多领域推广应用。因此，发展氢燃料电池不仅是汽车业迈向低碳清洁的一次转型，更与国家能源结构的优化调整同频共振。

具体而言，氢能的主要优势在于：

第一，清洁性。氢在能量转化过程中只生成水和热，不释放碳、氮、硫等化合物和粉尘等污染物，对环境负面影响极小。实际上，从煤炭取代木柴时期开始，能源转型就在逐步推动人类文明走向清洁化，而每一步都向着“降低碳比例”和“增加氢比例”方向发展。木柴、煤炭、石油、天然气分子中的氢原子与碳原子数比例分别为1／10、1／2、2／1和4／1。照此来看，全球能源体系脱碳（或氢化）过程已持续约200年。

第二，储量丰富。氢是地球上最多的元素，广泛分布在自然界中的水、烃类等化合物中。通过电解水、蒸汽转化等方式，化石燃料和可再生能源均可制氢。

第三，能量密度大、转化效率高。氢燃料电池在化学能转换为电能过程中不需燃烧，能源转换效率极高。一般来说，车载燃料电池的效率可以达到60%左右。

更重要的是，在能源矩阵中，氢能不仅可以有效促进化石燃料的高效利用，还是能够有效增加可再生能源在整个能源体系中所占比重的关键存储载体。

首先，氢能作为协调氢网、管网和电网的关键介质，可推动构建容纳多种能源种类、更为灵活稳定的“大能源网络”。随着全球能源开发利用不断趋于多样化，从传统化石燃料到风能、水能、太阳能、生物能等新型能源层出不穷。目前，尚无一个能源网络能够完全容纳和整合“大杂烩式”的混合能源。然而，以氢能为中介构建氢能网络，可有效协同连接电网、天然气管网和氢气网络，横跨电力、供热、燃料、化工等多个领域，从而促使能源供应端融合，提升能源使用效率。换言之，在“三网协同”作用下，可构建一个支持多种混合能源之间供应互补、灵活存储和使用的“大能源系统网络”。

其次，氢能作为可再生能源储存介质之一，是调节电网峰谷、保障输配网络安全的关键。(www.xing528.com)

目前，全球电力网络基本采用单向输送、集中供电的模式，其弊端在于：从大型发电站通过电网长距离输送到家庭、工厂等需求侧，由于供需间传输距离普遍较远，能源消耗较大、利用效率降低。同时，由于电网要求供需实时匹配，“大电网”已成为目前全球最脆弱的能源系统之一，电力生产与输配网络安全问题一旦处理不当，极易引发电网崩溃事故。然而，以氢储能技术为核心，燃气轮机、家用燃料电池、氢燃料电池汽车、热电联供系统等分布式发电储能设备产品的普及应用，可在相当程度上弥补大电网的上述不足。通过将传统单向输电方式过渡到双向输送，能有效减少能源损耗，提高能量转化率，可以创建出更为灵活、安全和稳定的能源互联网络。

例如，氢燃料电池汽车也可作为潜在分布式发电厂。一般电动车约有90%以上时间处于非行驶状态。通过将车辆接入交互式电网，即可为主电网输回电能。、

正因如此，日本、美国、法国、德国、丹麦、韩国等国纷纷制定国家或地方层级的氢能与燃料电池推进计划。

其中，日本政府在2017年就发布了“氢能源基本战略”，主要目标包括到2030年左右实现氢能源发电商用化，以削减碳排放并提高能源自给率。

德国政府在2020年6月通过国家氢能源战略，为清洁能源未来的生产、运输、使用和相关创新、投资制定了行动框架。为支持这一战略，德国政府还将在现有基础上再投入70亿欧元用于氢能源市场推广，另外20亿欧元用于相关国际合作。

在中国，随着氢燃料电池汽车成为我国新能源汽车战略的重要组成部分，氢能与燃料电池技术受到国家高度重视。

《能源技术革命创新行动计划（2016—2030）》《国家创新驱动发展战略纲要》《“十三五”国家科技创新规划》《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》《中国制造2025》《汽车产业中长期发展规划》《“十三五”交通领域科技创新专项规划》等国家级战略规划文件，均将氢能、燃料电池技术、燃料电池汽车等列为重点发展领域，从国家战略高度确立了氢能与燃料电池在推进能源革命、引领科技创新、助推制造业转型升级进程中的重要意义。

未来，如何从国家层面进一步确立氢能的战略地位、优化和打通氢能上下游产业链、不断完善氢燃料电池产品矩阵，将成为中国发展氢能与燃料电池产业的重要课题。