氫，“能”天下

文|本刊記者 陳向國

氫能被看做最有希望為人類提供可持續(xù)發(fā)展動力的清潔能源。21世紀，中國和美國、日本、加拿大、歐盟等都制定了氫能發(fā)展規(guī)劃。其中，日本的“氫能社會”、“人造太陽”引人注目。在具體應用上，氫燃料電池走在了前列。

日本“氫能社會”

進入21世紀以來，日本在氫燃料電池和氫燃料電池汽車領域成績矚目，成為引領“終極環(huán)保車”的時代先鋒。日本在2013年5月安倍政府推出的《日本再復興戰(zhàn)略》中，把氫能源發(fā)展提升為國策，并啟動加氫站建設的前期工作。2014年6月，日本內閣對該戰(zhàn)略進行了修訂，發(fā)出了建設氫社會的呼吁，明確政府將大力普及家庭和工業(yè)用氫燃料電池，以及2015年開始快速普及氫燃料電池汽車，推進氫燃料電池技術開發(fā)和降低成本，其目標是到2030年向市場投入530萬塊家用氫燃料電池，占日本家庭總數(shù)的10%。此外，日本經濟產業(yè)省在2013年12月成立了由行業(yè)、研究機構和政府各界代表廣泛參與的氫和氫燃料電池戰(zhàn)略協(xié)議會。該組織在2014年6月公布了《氫和氫燃料電池戰(zhàn)略路線圖》，就日本氫能源政策、技術和發(fā)展方向等方面進行全面闡述，并制定出氫能源研發(fā)推廣時間表，提出了實現(xiàn)“氫能社會”目標分三步走的發(fā)展路線圖：到2025年要加速推廣和普及氫能利用的市場；到2030年要建立大規(guī)模氫能供給體系并實現(xiàn)氫燃料發(fā)電；到2040年要完成零碳氫燃料供給體系建設。

日本2014年4月出臺的《能源基本計劃》中，將氫能定位為同電力和熱能并列的核心二次能源，提出建設氫能源社會，即氫能源在日常生活和產業(yè)活動中普遍利用的社會?！稓浜蜌淙剂想姵貞?zhàn)略路線圖》明確了當前到2050年之間的氫能長期發(fā)展路線圖，著重推廣氫能發(fā)電，以及氫能在叉車和船舶方面的應用、建立廉價的氫氣系統(tǒng)，促使氫能應用多樣化，并于2020年初步構建國際氫能供應鏈，以上經濟成果需要在2020年日本奧運會上展示?！叭毡疽呀浹芯苛藝覍崿F(xiàn)氫能社會時在哪里生產氫，管道怎么布局的問題?！眹野l(fā)展改革委能源研究所研究員戴彥德告訴記者。

“人造太陽”已完成一半

“人造太陽”是人類共同的追求。“人造太陽”就是人類利用太陽生存原理——氫同位素聚變生成數(shù)量巨大、源源不斷產生能源的能源發(fā)生裝置。目前，由歐盟、美、日、俄、中、韓、印七方共同承擔的國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃，是全球規(guī)模最大、影響最深遠的國際科技合作項目之一。2003年2月，我國正式加入ITER計劃談判；2007年，國家批準設立“ITER計劃專項”；2008年，我國全面開展ITER計劃工作。目前，我國陸續(xù)承擔了該計劃18個采購包的制造任務，涵蓋了ITER裝置幾乎所有的關鍵部件。現(xiàn)在，這個國際合作項目已經有了進展。國際熱核聚變實驗反應堆計劃組織總干事貝爾納·比戈于今年1月6日在華盛頓宣布，經過各方10年的努力，這個世界最大的“人造太陽”項目建設工作已完成一半。

中國正在為“人造太陽”做出卓越貢獻。坐落于合肥科學島上的全超導托卡馬克“東方超環(huán)”，是世界首臺全超導非圓截面托卡馬克核聚變實驗裝置。2017年7月，“東方超環(huán)”裝置在世界上首次實現(xiàn)了5000萬攝氏度等離子體持續(xù)放電101.2秒的高約束運行，創(chuàng)造了核聚變的世界紀錄。這一里程碑式的突破，表明在穩(wěn)態(tài)運行的物理和工程方面，我國的磁約束核聚變研究已經走在了國際最前沿。

據(jù)悉，中國聚變工程實驗堆計劃分三步走完成“中國聚變夢”：第一階段到2021年，開始立項建設；第二階段到2035年，計劃建成聚變工程實驗堆，開始大規(guī)?？茖W實驗；第三階段到2050年，聚變工程實驗堆實驗成功，建設聚變商業(yè)示范堆，完成人類終極能源?！斑@將是一個巨大的工程。”中科院等離子體物理研究所常務副所長宋云濤透露，中國聚變工程實驗堆堆芯等離子體功率將是ITER的2倍；主機和28套大型輔助系統(tǒng)有約2000萬個零部件，相當于7架波音777客機的零件總數(shù)；裝置規(guī)模總重超過40萬噸，約相當于5艘尼米茲級航母；磁體系統(tǒng)導體展開的話，總長超過10萬千米。

氫燃料電池產業(yè)已經具備了商業(yè)化條件

中國工程院院士衣寶廉說，當前，氫燃料電池汽車已度過技術開發(fā)階段，在美、日等國已提前步入商業(yè)化初級階段，我國也已處于市場導入期。

新能源汽車補貼的逐漸退坡帶來了行業(yè)焦慮，氫燃料電池車補貼不在退坡之列。因而成為了新能源車中的“香餑餑”。氫是高效的能量載體，易于存儲和轉換，在宇宙中的含量最為豐富，且無污染、零排放。氫能在能源結構調整中發(fā)揮出重要作用。如果利用來自于化石能源制取的氫，燃料電池可減排二氧化碳40%以上；如果利用來自于可再生能源制取的氫，則可實現(xiàn)真正的高效零二氧化碳排放。

與抽水蓄能、壓縮空氣、二次電池等儲能方式相比，氫能具有地理環(huán)境制約少、規(guī)模適應性寬、投資成本低、環(huán)境友好等顯著特征。氫燃料電池的優(yōu)點在于續(xù)駛里程長、動力性高、燃料加注時間短，使用方式跟燃油車基本一致，且零污染。這也使得不少業(yè)內人士認為氫燃料的發(fā)展將會是新能源的重要方向。

政府非常重視氫能。日前，國家發(fā)展改革委資源節(jié)約和環(huán)境保護司副司長郭啟民表示，今后要從推動能源生產和消費革命的高度，把推廣氫能技術作為調整優(yōu)化能源結構，推動綠色發(fā)展轉型的重要著力點。從《能源技術革命創(chuàng)新行動計劃(2016年—2030年)》《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》，再到《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等，這些文件均明確提出要發(fā)展燃料電池汽車。另據(jù)《中國氫能產業(yè)基礎設施發(fā)展藍皮書(2016)》預計，到2020年，我國燃料電池車輛達到1萬輛，到2030年，燃料電池車輛保有量達到200萬輛。

財政補貼不退坡也給燃料電池行業(yè)吃了一顆“定心丸”。根據(jù)新能源補貼新政，純電動補貼逐步退坡，但燃料電池汽車補貼在2020年前保持不變。其中，氫燃料電池客車仍保持輕型客車30萬元/輛、大中型客車50萬元/輛的補貼不變。在加氫站建設上，國家對符合標準的每站獎勵400萬元。

燃料電池產業(yè)已經具備了商業(yè)化的條件，產業(yè)化步伐會很快，大概需要兩三年的時間。在這樣的大背景下，燃料電池車將成為新能源汽車的重要方向。未來在新能源汽車的三分天下市場中，氫燃料電池汽車必占其一。值得注意的是，目前在公交項目方面氫燃料汽車已進入小規(guī)模商業(yè)化推廣階段。