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美國能源部日前發(fa)布《氫能項目(mu)計劃2020》（下稱“《計劃》”），為美國的氫能研究、開發(fa)和示范應用(yong)提(ti)供了戰略支撐。

《計(ji)劃》指出，美國政(zheng)府致力于氫能(neng)(neng)全產業(ye)鏈的技術研(yan)發，并將(jiang)加大示范和部(bu)署力度，以期(qi)實(shi)現產業(ye)規(gui)模化。根據美國國家(jia)實(shi)驗室預測，到2050年(nian)，美國本土(tu)氫能(neng)(neng)需求將(jiang)增至4100萬噸/年(nian)，占未來(lai)能(neng)(neng)源消(xiao)費總量的14%。

與其他能(neng)(neng)(neng)源不(bu)同(tong)的(de)是，氫(qing)能(neng)(neng)(neng)需要化(hua)石能(neng)(neng)(neng)源、核能(neng)(neng)(neng)與可再生能(neng)(neng)(neng)源系統的(de)整合(he)。因此，美國能(neng)(neng)(neng)源部(bu)將(jiang)協(xie)同(tong)下屬所有(you)能(neng)(neng)(neng)源部(bu)門，合(he)作推動(dong)氫(qing)能(neng)(neng)(neng)產業(ye)發展(zhan)。《計劃》介紹了(le)美國能(neng)(neng)(neng)源部(bu)氫(qing)能(neng)(neng)(neng)技術的(de)研究現狀(zhuang)，以及美國氫(qing)氣(qi)生產、運(yun)輸、儲存和應用的(de)現狀(zhuang)及未來規劃。

美國氫能商業化應用初具規模

經過(guo)(guo)40年的發(fa)展(zhan)，美國(guo)的氫(qing)能產業(ye)及相關技術(shu)已(yi)逐漸從專業(ye)化(hua)應用(yong)(yong)過(guo)(guo)渡到商業(ye)化(hua)應用(yong)(yong)。目前，美國(guo)已(yi)經在數(shu)以千計(ji)的乘(cheng)用(yong)(yong)車(che)、商用(yong)(yong)車(che)、鏟車(che)、分布式及備用(yong)(yong)動(dong)力裝置中應用(yong)(yong)了燃料電池，并已(yi)建(jian)成145個加氫(qing)站（包括試驗(yan)項目）。

在(zai)發(fa)(fa)電(dian)方面，以氫(qing)(qing)氣(qi)/天然氣(qi)混合物為(wei)燃(ran)(ran)料的大型渦(wo)輪機也已(yi)經進入到商業化(hua)運營(ying)階段。在(zai)過(guo)去的20年里，美(mei)(mei)國(guo)能(neng)源部(bu)在(zai)氫(qing)(qing)能(neng)和(he)相(xiang)關(guan)領域投(tou)資了(le)(le)超過(guo)40億美(mei)(mei)元，主要包括(kuo)氫(qing)(qing)氣(qi)生產、運輸(shu)、儲存、以及燃(ran)(ran)料電(dian)池和(he)氫(qing)(qing)能(neng)渦(wo)輪機發(fa)(fa)電(dian)等技術(shu)的研發(fa)(fa)。這些(xie)研究成(cheng)果與工業項目相(xiang)結合，取得了(le)(le)許多(duo)成(cheng)功(gong)，例如(ru)：應用(yong)配備碳(tan)(tan)捕(bu)獲(huo)和(he)儲氫(qing)(qing)裝置的制氫(qing)(qing)技術(shu)，以低于2美(mei)(mei)元/公斤的成(cheng)本生產無碳(tan)(tan)氫(qing)(qing)；燃(ran)(ran)料電(dian)池的制造(zao)成(cheng)本降低了(le)(le)60%，耐(nai)久性提高了(le)(le)四(si)倍。截止目前，美(mei)(mei)國(guo)能(neng)源部(bu)已(yi)頒發(fa)(fa)了(le)(le)1100多(duo)項美(mei)(mei)國(guo)專利(li)，并在(zai)市場上推出(chu)了(le)(le)30多(duo)項商業技術(shu)。

當前美國(guo)氫(qing)能(neng)(neng)產業(ye)的(de)技(ji)術瓶(ping)頸主要集中在(zai)各環(huan)節的(de)成本、耐久性、安全性以及(ji)缺(que)乏(fa)基礎設施等方面。為了實現廣泛的(de)商(shang)業(ye)化(hua)，氫(qing)能(neng)(neng)應用必須(xu)拓(tuo)展(zhan)更大的(de)市場，并且能(neng)(neng)夠在(zai)成本、壽(shou)命、性能(neng)(neng)、耐久性和環(huan)境影響等方面得到提高，同時也需要解決(jue)非技(ji)術性的(de)障(zhang)礙，例如制定(ding)規范和標準，完善(shan)安全測(ce)試(shi)，最(zui)終(zhong)建立一個健全的(de)氫(qing)能(neng)(neng)供(gong)應和應用體(ti)系(xi)。

多年來，美國能源部為滿足每個技術領域的關鍵需求，已經開發了一些技術選項（如(ru)表1）。

表1美國氫能近(jin)中遠期(qi)關鍵技術選項

產(chan)業目標：降成本、提性能、擴(kuo)應用

美(mei)國(guo)能源部(bu)(bu)將聯合工業部(bu)(bu)、科(ke)技部(bu)(bu)、國(guo)家實驗(yan)室、聯邦和(he)國(guo)際機構以及其他相關機構共同推進氫能項(xiang)目(mu)計劃。

美(mei)國能源(yuan)部的最(zui)終目(mu)標是以(yi)多(duo)種資源(yuan)和多(duo)種途徑(jing)制氫(qing)(qing)，并在(zai)各種規模下(xia)（從小(xiao)型(xing)分布式到大規模制氫(qing)(qing)），都能以(yi)最(zui)低(di)的成(cheng)本生產(chan)、儲(chu)運和使用(yong)氫(qing)(qing)能。

表2美國氫能消費(fei)現狀和未來(lai)消費(fei)預(yu)測（百(bai)萬(wan)噸/年）

美(mei)國(guo)國(guo)家實驗(yan)室(shi)還對氫能(neng)消(xiao)費(fei)(fei)情景(jing)進行了(le)評(ping)估和預測，結果顯示，到2050年(nian)美(mei)國(guo)的(de)氫能(neng)需求(qiu)或將增(zeng)長至4100萬噸(dun)/年(nian)，是當(dang)前消(xiao)費(fei)(fei)量的(de)4倍。而隨著新應用的(de)出(chu)現，氫能(neng)的(de)消(xiao)費(fei)(fei)潛(qian)力還將繼續增(zeng)長，初步(bu)預計2050年(nian)氫能(neng)將占美(mei)國(guo)總能(neng)源消(xiao)費(fei)(fei)需求(qiu)的(de)14%。

圖(tu)1美國工業、運輸、儲能行業中(zhong)氫能消費潛力

探索氫能大規模綜合利用系統

《計(ji)劃》中列舉了當前(qian)美(mei)國能(neng)(neng)源部氫(qing)能(neng)(neng)項(xiang)目(mu)的關鍵技術、需(xu)求和挑戰(zhan)，涉(she)及氫(qing)氣生產、輸送、儲存、能(neng)(neng)量轉化、終端應用以及標準(zhun)和教育相關的氫(qing)能(neng)(neng)全產業鏈。

《計劃》中(zhong)還重點提(ti)及了氫能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)在混合(he)(he)(he)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)系統中(zhong)的(de)應用。廣義而言，混合(he)(he)(he)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)系統（HES）將發電(dian)(dian)、儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)(he)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)轉換技術(shu)結合(he)(he)(he)起來，通過總體控(kong)制系統將這些技術(shu)集成在一起。與獨立能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)系統相(xiang)比，混合(he)(he)(he)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)系統擁有更(geng)強的(de)性能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)和(he)(he)更(geng)低成本（如圖2）。HES中(zhong)集成的(de)氫能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)技術(shu)在電(dian)(dian)網和(he)(he)非電(dian)(dian)網電(dian)(dian)力(li)應用中(zhong)都具有獨特的(de)優(you)勢：中(zhong)長期/季節性儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)；利用電(dian)(dian)解槽(cao)快速動態(tai)響應的(de)電(dian)(dian)網調峰功能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)；生產(chan)氫氣、其他氫基燃料、化學品及其他多(duo)種產(chan)品的(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)力(li)。

圖2混合氫能(neng)系統示(shi)例

隨著電(dian)(dian)(dian)網的發展，各種可(ke)再生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)源的滲透(tou)性(xing)越來越高，電(dian)(dian)(dian)網集(ji)成氫(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)相關技(ji)術(shu)可(ke)以提供儲能(neng)(neng)(neng)(neng)和其他電(dian)(dian)(dian)網功能(neng)(neng)(neng)(neng)：通過電(dian)(dian)(dian)解產生(sheng)(sheng)的氫(qing)氣(qi)(qi)可(ke)以作為一(yi)種雙向(xiang)儲能(neng)(neng)(neng)(neng)載體，通過燃料(liao)電(dian)(dian)(dian)池或(huo)燃燒渦(wo)輪機等(deng)低排放發電(dian)(dian)(dian)技(ji)術(shu)，按需(xu)將其轉換回電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)(neng)(neng)；也可(ke)用于單向(xiang)化學(xue)能(neng)(neng)(neng)(neng)源應(ying)用，例(li)如注入天然氣(qi)(qi)管道基礎設施，或(huo)作為原(yuan)料(liao)生(sheng)(sheng)產氨或(huo)甲(jia)醇等(deng)增值商品；氫(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)技(ji)術(shu)還有(you)穩定電(dian)(dian)(dian)網電(dian)(dian)(dian)壓和頻(pin)率的輔助功能(neng)(neng)(neng)(neng)。

目前，美國(guo)能源部正(zheng)在與(yu)電(dian)力公司合作進行技術(shu)經濟分析(xi)，以確定將氫(qing)能與(yu)可再(zai)生能源整合在電(dian)網(wang)、微電(dian)網(wang)和離網(wang)應(ying)用的最佳配置。

氫能發展將推動美國能源變革

美國能(neng)(neng)(neng)源部(bu)(bu)下屬的(de)(de)(de)可再生能(neng)(neng)(neng)源、化石(shi)能(neng)(neng)(neng)源、核能(neng)(neng)(neng)、電力和科技部(bu)(bu)門(men)參與了此項(xiang)目。該(gai)項(xiang)目還(huan)與其他相(xiang)關(guan)(guan)的(de)(de)(de)部(bu)(bu)門(men)進行協調合(he)作(zuo)，包(bao)括高級能(neng)(neng)(neng)源項(xiang)目部(bu)(bu)門(men)（ARPA-E）；網絡(luo)安(an)全(quan)、能(neng)(neng)(neng)源安(an)全(quan)和應(ying)急響應(ying)部(bu)(bu)門(men)；以(yi)及(ji)能(neng)(neng)(neng)源部(bu)(bu)以(yi)外的(de)(de)(de)國家相(xiang)關(guan)(guan)部(bu)(bu)門(men)，如(ru)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)技術，先進制造業、電網現(xian)代化、綜(zong)合(he)能(neng)(neng)(neng)源系統和人工(gong)智(zhi)能(neng)(neng)(neng)。每一(yi)個(ge)部(bu)(bu)門(men)都管(guan)(guan)理(li)與其任務有(you)關(guan)(guan)的(de)(de)(de)氫能(neng)(neng)(neng)項(xiang)目，所(suo)有(you)部(bu)(bu)門(men)經過協調合(he)作(zuo)，以(yi)實現(xian)戰略管(guan)(guan)理(li)和項(xiang)目執行的(de)(de)(de)凝聚力。

為了使(shi)氫(qing)能(neng)產(chan)業(ye)(ye)從(cong)專項(xiang)應(ying)用(yong)過(guo)渡(du)到大眾(zhong)市(shi)場，開發(fa)大規模制氫(qing)、配套設施(shi)、氫(qing)能(neng)應(ying)用(yong)的(de)(de)技(ji)(ji)術和工藝(yi)至關重要(yao)。強大的(de)(de)自主供應(ying)鏈也將(jiang)確保美(mei)國在全球氫(qing)能(neng)產(chan)業(ye)(ye)中處于(yu)領(ling)先地位。受(shou)快速增長的(de)(de)市(shi)場需求(qiu)影(ying)響，研(yan)發(fa)工作需要(yao)克服技(ji)(ji)術挑(tiao)戰并(bing)加快進展。通過(guo)研(yan)發(fa)，將(jiang)提高氫(qing)能(neng)產(chan)業(ye)(ye)的(de)(de)工藝(yi)和技(ji)(ji)術，并(bing)逐漸擴大應(ying)用(yong)規模，實現制造業(ye)(ye)的(de)(de)規模經濟(ji)。同(tong)時，通過(guo)系統集成還可以帶來更多(duo)的(de)(de)技(ji)(ji)術改進，從(cong)而進一(yi)步降低產(chan)業(ye)(ye)鏈成本。

總的(de)來(lai)說，美(mei)國能源部主(zhu)導的(de)氫(qing)(qing)能和相關(guan)技術研(yan)發，在其各部門的(de)一致努力(li)下，以(yi)及廣泛(fan)的(de)利益相關(guan)者(zhe)的(de)投入和協作下，該(gai)計劃的(de)實施將(jiang)有助(zhu)于實現美(mei)國氫(qing)(qing)能產業的(de)發展(zhan)愿(yuan)景(jing)：清潔環保、成(cheng)本低廉、安全可靠的(de)氫(qing)(qing)能廣泛(fan)應用于各類場景(jing)，并成(cheng)為美(mei)國能源體(ti)系(xi)中的(de)重(zhong)要組成(cheng)部分(fen)，推動美(mei)國的(de)能源體(ti)系(xi)變革(ge)。