郭烈锦：氢能产业发展现状及未来趋势-新闻-中国能源网

谢谢主席，谢谢会议的邀请，很高兴有这个机会来跟大家一起研究讨论未来能源的相关发展问题。我给大家今天在这里分享一下关于我们对双碳目标下，绿色氢电能源供给体系构建与发展战略的相关思考。我是西安交通大学绿色氢电全国重点实验室的郭烈锦。

我们国家现在的现状是缺油少气乏铀，对外依存度过高，以煤为主的能源结构短期内难以改变，能源安全形势堪忧，可再生能源有效利用的占比率比较低，连续可靠性比较差。从这个图里可以看到，不管是化石能源，还是过程性能源，我们在当前的工业体系下，基本上都是通过燃烧一把火烧出来供热，发出热能以后，然后通过热工转化变成电，可再生能源都是通过单一的发电，比如风力发电、水力发电、太阳能发电这样单一的转化方式，来转化成电，而电本身我们知道它也是个过程性能源，这些过程通过电再提供给我们的终端用户来用能。当然过程中整个社会体系，还有把含能体能源直接供送到终端用能的很多，不那么理想的一些状态。传统化石能源转换利用中，我们依赖热能动力循环，高能耗、高污染、高碳排放、低效率，而可再生能源由于本身的禀赋，能源密度不低，不连续、不稳定，不能直接存储，所以常规的转化利用效率比较低，成本也高，方式比较单一。比如说燃煤发电，靠单一的提高参数和容量来提高效率，能势匹配仅仅体现在能量转换的单个方面，而过程中在做的都是先污染后治理，忽略了物质转化与能量转换的有机关联，所以我们觉得这叫无序化严重、能质损耗大，而且产生高碳排放和高污染的产物。从微观上来说，它的载能自转变各自独立，无互补耦合，对传统煤制氢而言，同样也是高污染条件苛刻、系统复杂，在追求高效的时候产生污染，因此再去要求精简，再加装各种脱硫、脱销、除尘等设备增加能耗。进一步又提出低碳，所以又提出CCUS，二氧化碳捕集，捕集这个流程单纯发电厂的效率下降10到13个百分点，这样一个链式发展的模式，是满足可持续发展的需求，因此需要创新三位一体协同模式，去解决高能耗、高污染、高碳排放的问题。

从可再生能源来看，当前太阳能光伏它在发电或者光热发电的效率都比较低，能量的全光谱是没有得到完全的利用，转变的方式也比较单一，而且发出来的电本身还是一个过程式能源，本身波动大、并网难，而且不能存储，自己不能直接存储，如果光伏发了电再来电解水制氢，事实上当前的全球最好的光伏发电+电解水制氢的装备，它的效率从太阳到氢的效能不到10%。对于风能、地热能来说，同样这些通过流体机械转换变成电，也是不能直接把能量存储下来的，所以我们简单说它是形式单一、不能直接存储、成本高、效率低。

所以存在的问题从科学层面上来说，对能源的能势来说，它是发射端和接收端的物质不匹配，而判断系统的技术和标准过于单一，组织方式无序化，可逆损失高，转化方式对可再生能源过于单一、成本高，不能直接存储、效率低。现有的用能方式和能源供给体系存在最大的问题。因此需要从科学上进一步的凝练，解决物质转化与能量转换的能质能势理论及匹配原则，所有的可再生能源都应该是资源化、无害化的能源和物质的多失控匹配、多能互补，形成资源化的利用模式。

正因为如此，我们认为应该实施对能源的光热、化学能等能势梯级利用的整体匹配模式，形成物质+热循环有效转化的方式，以实现产物和产品的清洁低碳甚至零碳，从微观上来说要实施多种载能子的耦合和互补，比如光、声、电、键耦合。这样就使得我们的二次能源产品，应该不是单一的电，而应该是氢电形成清洁载能体，这样就能够立足于我国资源禀赋，确保我国能源供给安全和可持续发展的需求，同时满足碳减排、碳中和的双碳目标，这些革命性颠覆性能源科学理论与核心关键技术，应该加快实施，并且我们国家是有相应的优势，这对于加快实现洁净低碳高效安全的能源转型也是非常有价值的。

总之一句话就是要发展绿色氢电的亟需突破颠覆性技术，从传统的左边的这个图变成右边的这样一个体系，构建相应的氢电生产、供应、消费体系，是当前乃至2050年期间国家最为重大的战略需求，这个战略需求也是国家各种规划和战略里面，已经做了相应的布局，它的核心问题实际上是存储可再生能源，减排二氧化碳这两个主要目标。我们知道碳中和的目标是指大气二氧化碳浓度不再增加，它并不是说要零碳排放，而是二氧化碳的排放等于二氧化碳的吸收。当前二氧化碳排放的状态，是几乎85%以上的二氧化碳来源是化石能源的使用和利用，15%是从其他非碳能源来的。从工业的角度来说，电力供能产生的二氧化碳占27%，钢铁产生17%，建筑材料16%，化工11%，而交通及其他的相关工业只产生不到10%的二氧化碳。所以我们应该明白二氧化碳减排的主要任务在哪些领域。刚才前面两位老先生都讲到，二氧化碳的减排，除了人工措施以外，还有陆地、海洋的吸收，这也是蛮重要的一块。

我们认为在碳捕集、利用与封存技术CCUS技术，并不是全局是可取的，只是在局部，相应的特有场合是可用的，必须从源头上去遏制二氧化碳的排放，因为CCUS技术的成本太高，耗能太大，二氧化碳封存的风险，包括环境风险和地质风险现在都是评估不到的。

中国碳中和需要构建三端共同发力体系，从电力和氢能的生产端，从能源消费端，到强调固碳端，形成完全的绿色氢电从生产到使用到循环利用的这么一个体系，还包括四个大的模块，一个是传统工业体系里面的规模化碳减排，它必须摒弃传统能源转化方式，发展清洁、无碳排放的氢电生产及氢电互补技术。其二是要大力发展可再生电力和可再生制氢，重塑能源结构，同步发展大规模的氢储能，提高能源利用效率。第三个大模块，是要认真考虑大幅度的提高二氧化碳资源化利用的理论体系、科学技术和产业，耦合氢能利用技术，革新二氧化碳固定与规模化利用方式。第四个大模块就是当前大家特别关注的所谓储能，如果单纯的依靠电化学储能，是不足以支撑能源可持续发展的，我们应该大规模的发展氢储能，完善氢电互补体系，链接氢能生产和消费两端。

这是传统四大高碳排放行业的转型，迫在眉睫，这四个行业刚才已经讲过，不再叙述。我们要给予氢电互补能源体系，在传统行业中引入基于零碳排放的绿色氢电制用技术，实现大规模碳减排。通过超临界水蒸煤气化制氢发电供热多联产技术，不需要CCUS技术捕集，就可以自然形成纯二氧化碳产品，如果能完全取代现在燃煤发电技术，将从源头上减排每年46亿以上的二氧化碳，若取代高碳排放的传统煤气化制氢技术，不仅可以大幅降低二氧化碳的排放，还可以使得制氢成本大幅度下降。而且这个技术可以利用城市农村的各种有机生物质垃圾等等，来作为原料生产电力和绿氢。这是一体化解决高碳排放的问题，左侧就是利用超临界水蒸煤技术，能够实现高的发电效率，不产生污染物，不需要二氧化碳捕获就能实现纯碳的富集，作为资源化利用。2021年以来，国务院相关的政策也在大幅度提高可再生能源的占比，预计2025年中国总发电量将达到15.2万亿千瓦时，其中化石能源大约占10%的比例，而可再生能源占90%，这种规划应该说对我们是严峻的挑战，届时电力系统相比于不改变现有能源结构的情况下，就要减排741亿吨的煤，这是很艰难的。因此我们要发展可再生能源绿色制氢，这也是碳中和时代最佳的零碳能源。

可再生能源制氢包括绿色制氢，为钢铁、建筑、化工行业提供氢原料和氢能源，同时它可以消纳电力，形成氢电互换互补，这种电转氢、氢转电，也是当前技术乃至未来发展最为高效和可持续的。利用太阳能驱动的光热电耦合全光谱的利用来制氢，应该说可以改变单一光催化制氢以及光热发电制氢等方法，甚至是光伏发电制氢等方法的低效率、高能耗的情况。我们在这个相关的理论工作，在华山脚下做了示范，现在在新疆的克州等等都在做大规模的示范，这个技术从太阳能到氢的效率可以达到20%以上的，而且运用当地的盐碱水直接产氢发电制淡水，这种多联产技术可以为未来长期、低成本、大规模、可持续的生产提供强有力的支撑。同时我们利用基于钙钛矿的太阳能电池高效光伏电解制氢，同样也是一种可选的途径，进一步发展，前景也是非常广泛，在电解水制氢方面，绿色氢利用可再生能源产电，利用碱性电解槽、PEM电解槽、AEM电解槽进一步提高相应的效率还是可期的。比如说高效低成本缺陷催化剂的制备，已经在工业电流级电解水制氢的应用展示了非常好的效果。

第三点在二氧化碳资源化利用已经提到议程上，原始的基于化石能源的现有石油化工与化工行业的工业过程贡献了每年11吨二氧化碳的排放，这个产业应该说也是可以大幅度基于二氧化碳资源化利用的理念，以相关的技术重塑现在的化工产业，仅这一项就可以覆盖化工产品的90%以上，这也是相关学者在相关领域做了大量的工作，应该有相应的理论和技术支撑，未来前景是非常光明的。大规模长时储能技术是可再生能源利用和实现双碳目标的关键之一。近年来，国内密集发布的新型储能扶持政策，强制配储已经成为了趋势，但是大规模、长时储能的必然选择不是电化学储能，而是相应的其他的储能技术的更加灵活，且大规模存储场景下低成本技术的大规模开发。因此我们建议对氢储能和锂离子储能应该做深入的对比分析，选择恰当的发展场景实施，这才对国家是最有利的，对大规模储能而言，氢储能有它不可替代的优势，也是锂电池难以胜任的。氢储能只需要每年氢气产量的0.8%，即可以完成储能的所有功能。而且氢储能不仅仅止于储能的功能，它可以和二氧化碳资源化利用和工业脱碳相结合，形成完整全新的产业链，去带动社会经济和产业的变革。

所以结论我简单讲一下，氢电互换互补是实现碳中和的重要的，也是别无选择的途径，仅仅提高新能源的占比，碳排放量仍有剩余，是无法实现碳中和的，只有引入氢电互换互补，比如每年有1.1亿吨的氢气，将构建完全零碳排放的这种供能体系，达到完全的碳中和。所以大力推动构建氢电互换互补的体系，有望促进我国碳中和目标在2050年之前超预期的实现，这里简单的结论就是说，传统的人为固碳是不可取的，可再生能源的电力和大规模的储能，特别是氢储能应该有机结合，大幅度的扶持和发展的，未来氢电互换互补的能源结构，将是我们从今天到2050最主要的任务，碳中和的场景重要的在于把二氧化碳变成资源来循环利用，而不是填埋，氢电互换互补的体系它的经济价值、政治价值、社会效益都是巨大的。

由于时间关系，我今天就给大家分享到这里，谢谢大家。

郭烈锦：氢能产业发展现状及未来趋势

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