氢能引领：绿色化与数字化趋势下的未来能源革命
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文/徐锭明
前瞻科技
| 大家谈 2024,3(4): 147-150
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氢能引领：绿色化与数字化趋势下的未来能源革命
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文/徐锭明
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徐锭明，高级工程师。国家能源专家咨询委员会副主任，国家气候变化专家委员会专家。曾任国务院参事、国家发展改革委能源局局长、国家能源领导小组办公室副主任。主要从事能源发展战略研究、规划编制、重大工程实施等工作。发表论文100余篇。
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出版时间: 2024-12-20
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文/徐锭明.
氢能引领：绿色化与数字化趋势下的未来能源革命.
前瞻科技,
2024
, 3
(4)
: 147
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Science and Technology Foresight,
2024
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能源是人类社会存续发展的物质基础。在过去的200多年里，煤、石油和天然气等化石能源的消耗促进了人类文明快速发展，但同时也加剧了资源环境约束。面对严峻的能源和环境问题，世界各国均把开发利用可再生能源作为保障能源安全、应对气候变化、实现可持续发展的共同出路。
中国是世界上最大的能源生产国和消费国，同时也是最大的二氧化碳排放国。新中国成立以来，中国已经形成了煤炭、电力、石油、天然气、新能源、可再生能源全面发展的能源供给体系，技术装备水平明显提高，生产生活用能条件显著改善。尽管中国能源发展取得了巨大成绩，但也面临着能源需求压力巨大、能源供给制约较多、能源生产和消费对生态环境危害严重、能源技术水平总体仍有差距等挑战。
纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更替。回顾人类能源发展和转换的历史，可以清楚地看到，它正沿着高碳到低碳、低效到高效、不清洁到清洁、分散到集中再到集中与分散相结合、小型到大型再到大型与小型相结合、不可持续到可持续的历史轨迹，从低级到高级一步一步地向前发展。
更重要的是，在能源发展和转换的过程中，人类也经历了一个从无意识到有意识，不自觉到自觉，被动到主动的历史发展过程。
氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一。2015年7月5日，《人民日报》发文《创造未来的科技发展新趋势》指出“极富发展潜能的新一代能源技术将取得重大突破，氢能源和核聚变能可望成为解决人类基本能源需求的主要方向。”由此可见，氢能是人类未来能源发展的一大方向。加快发展氢能产业基础设施、促进氢能产业快速发展，是中国应对全球气候变化、保障国家能源供应安全和实现可持续发展的重大战略选择。
自2019年氢能首次被写入《政府工作报告》以来，中国各部委密集出台各项氢能支持政策，内容涉及氢能制储输用加全链条关键技术攻关、氢能示范应用、基础设施建设等。2022年3月，国家发展和改革委员会、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》，以实现“碳达峰与碳中和”（简称“双碳”）目标为总体方向，明确了氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体，也是战略性新兴产业和未来产业的重点发展方向。氢能作为高效低碳的能源载体和绿色清洁的工业原料，在交通、工业、建筑、电力等多领域拥有丰富的落地场景，未来有望获得快速发展。
推动氢能发展，探寻绿色氢能未来，正是充分展示人类有意识地、自觉地、主动地保护环境，应对气候变化，走可持续发展之路，拯救地球的决心、意志和行动。
1 未来氢能将势不可挡
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科学无尽的前沿，视野无尽扩展，人类无尽演化，认识无尽的未来。面对氢能的明天，没有什么不可能——昨天的不可思议，今天的理所当然。
杰里米·里夫金在《第三次工业革命》中曾经提到能源革命的五大支柱——可再生能源替代传统化石能源；集中和分布式结合的发电系统，将一个个建筑变成微型发电厂；氢能与储能；能源互联网；新型交通工具，汽车、船舶和飞机都可以成为用能、储能并回馈能源的终端。
当今氢能的利用和发展，充分说明人类是有意识、自觉地、主动地保护环境、应对气候变化、拯救地球，展示出坚持走可持续发展道路的决心和意志。预计2050年，氢能将承担全球18%的能源需求，氢能产业将创造3 000万个工作岗位，减少60亿t的CO2排放，创造2.5×104亿美元的市场价值。
未来真正改变世界的不是某项技术，而是生态体系，人类从发明电到电全面推广使用，整整经历了50年的时间，当时没有人能够预见到电未来会如此辉煌。
氢能经过上百年的发展，关键核心技术已有所突破，氢能产业化的生态正在构建。未来所有的可再生能源都可以变成氢能，就地消纳、就地发电、就地利用。大电网很难解决储能的问题，现在的储能不能解决跨区域跨时间的问题。所以，当可再生能源变成氢能占据很大比例时，氢能可以做到什么时候需要就什么时候发电，有了氢能后可以从根本上改变电力行业的规律。现在的电力系统是即发-即送-即用，未来要实现即用-即送-即发，这一变化主要依靠氢储能来实现。所以要积极拥抱氢能的时代。
长期以来，业内专家公认，氢能是未来替代传统化石燃料中，人类可以选择的一种理想能源。氢能是一种柔性的“绿色”能源载体，可以一次性获得并可以长期储存，可以通过氢能燃料电池的技术整合成为电、热、气网一体化的结合点，是大规模消纳新能源、实现电网和气网互联互通的重要手段。有专家还认为，利用氢能将是解决能源资源危机和环境危机的最佳途径之一。
2 氢能与未来新型能源体系的构建
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为了深化能源革命，当前中国能源界正围绕着建立什么样的新型能源体系、建立什么样的新电力系统，开展热烈讨论，“百花齐放，百家争鸣”，共同提高和完善对能源革命的认识。世界越透明，世界越神秘。投身能源百年大变局，研究能源革命新课题。
能源转型是一种工具，能源转型是一次机遇。用好能源转型工具，抓住能源转型机遇。在讨论建立什么样的新型能源体系，建立什么样的新电力系统中，带来了两大新课题。一是新型能源体系中，氢能在能源体系中的地位作用；储能在能源体系中的地位作用。二是新电力系统中，氢能在新型电力系统中的地位作用；储能在新型电力系统中的地位作用。
由此可见，氢能和储能既是独立的，又是紧密相连的。有专家曾指出：氢和电是能源中亲密的伴侣。笔者在此基础上补充一句：“氢和电是二次能源中的绝配”。氢电协同为新型能源体系提供有力支撑，氢电协同为新电力系统提供有力支撑。
氢能是灵活性资源，能够长周期储能，是输送新能源的载体。经过此次能源转型，氢能将是一种主体能源，是一种基础能源，成为新电力系统的支撑和能源互联网的枢纽。可再生能源支撑绿氢发展，绿氢支撑可再生能源消纳。二者协同共生，使“双碳”效益倍增。就地制氢结合管道输送，大规模开发可再生能源，大规模使用可再生能源，降低成本不受地理困扰，灵活应用不受时间困扰，这些将为建设新型电力系统奠定基础。
3 氢燃料电池发展历程
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1970年，通用汽车公司首次提出“氢经济”的概念。近年来，随着燃料电池的迅速发展，氢能作为最适宜的燃料进入一个高速发展阶段。氢能来自于水，氢能回归于水，完成再生循环，实现持续发展。光电、光热、光合成，太阳能利用将有可能实现三合一。光解水制氢是一种不使用电，通过太阳光照射把水分解为氧和氢的人工光合成技术，目的是把氢作为燃料使用。日本专家预测，在面积相当于日本本州和九州总和的沙漠里，如果放置相当于3%面积的光触媒板，所得到的氢能就可以满足全世界消费能源的量。到2050年前后，日本可以制造出与石油、天然气价格相当的大量氢燃料。
在过去的整个20世纪，无论是车企、院校，还是发明家甚至业余爱好者，他们都对氢燃料内燃机的可行性进行了各种各样的研究测试。1970年，发明家保罗•迪格斯（Paul Dieges）率先申请了一项以氢燃料为动力的内燃机设计专利。如今，氢燃料发动机已经被证明具有向从小轿车到公共汽车等各种车辆提供动力的能力。未来，氢燃料也可能为民用飞机提供动力。
1842年，英国科学家威廉·格罗夫发明了一款通过氢气与氧气反应产生电流和水的装置——燃料电池，他也因此被尊称为“燃料电池之父”。历史洪流，浩浩荡荡。这是一个开始，却不是中国燃料电池产业的开始。
1978年中国第一台碱性燃料电池由衣宝廉团队设计研制成功，打破了技术封锁下的“美苏二人转”格局。至此，距离威廉·格罗夫发明燃料电池，已经过去了136年。或许是这个“十年磨一剑”自主创新的“折子戏”不够跌宕起伏，作为载人航天飞行系列课题中唯一按时完成的项目，衣宝廉团队迎来的不是鲜花和掌声，而是燃料电池项目中断暂停的指令。1978年，由于“太空战”告一段落，国家重大项目调整，100多人的燃料电池研究团队也随之解散。
1988年，国家恢复了对氢燃料电池的研究支持。1996年，在“九五”国家科技攻关计划中，“燃料电池技术”编号为124，与“电动汽车重大科技产业工程”并列于能源、交通领域项目表，重要性进一步提升。
2001年，燃料电池研究得到国家科技重大专项支持，以中国科学院大连化学物理研究所（简称大连化物所）燃料电池研究为基础的新源动力股份有限公司（简称新源动力）成立，成为中国第一批致力于氢能燃料电池产业化的企业。年过花甲的衣宝廉披挂上阵，担任公司董事长。2007年上海汽车集团股份有限公司入股，成为新源动力的股东。国内持续开展燃料电池研发超过30年的机构只此一家，这靠的是科技工作者的自我修养和奉献精神。衣宝廉团队的坚持，为中国的燃料电池自主研发保留了弥足珍贵的火种。
时至今日，除了科研成果，大连化物所、新源动力为中国燃料电池行业培养输送了一批批的技术人才，上海捷氢科技股份有限公司、安徽明天氢能科技股份有限公司、上海骥翀氢能科技有限公司、爱德曼氢能源装备有限公司等都或多或少有其烙印。
但是，国内与国际领先企业的技术差距仍有一条鸿沟，需客观正视。随着氢能在社会发展中的需求量越来越大，制氢作为氢产业链的最上游也将得到飞速发展。选取具有经济优势的技术路线，降低制氢成本，是氢能推广使用的关键。
4 未来能源的发展趋势：绿色化与数字化
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高质量发展关系中国社会主义现代化建设全局，是中国特色社会主义的本质。高质量发展就需要重新审视人类的生存与发展。高质量发展就是绿色化发展和数字化发展。绿色化为数字化导航，数字化为绿色化赋能。未来将是绿色化的数字经济，数字化的绿色经济。绿色化发展支撑的是生态文明新时代，数字化发展支撑的是智业文明新时代。绿色化与数字化是人类可持续发展的必由之路，绿色化与数字化是建设现代化强国的必由之路，绿色化与数字化是现代化国家的重要标志。
数字是能源，算力是引擎，算法是舵手，安全是保障。上云用数，赋能赋智，建能源脑，建电力脑，建新体系。能源革命必然推动动力变革、效率变革、能源变革。数字光电帝国是新的电能时代、新的电气时代、新的电驱时代、新的电力系统，确立用户为王，实现净零排放。
能源数字化作用和意义在于将全面优化资源、整体提高效率、创新商业模式、重构能源市场，实现生命期价值最大化。助推新时代的数字经济，为新智慧经济奠定基础。在数字时代，数字平台作为企业核心竞争力甚至命运的利器，具有八大效应：数据共享效应、产业互联效应、快速孵化效应、持续迭代效应、价值倍增效应、跨界融合效应、生态一体效应、共生共荣效应。
5 推动中国氢能发展的建议
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全面推动能源革命，确保“双碳”目标实现，需要对氢能地位与作用加深思考：第一，能源革命中氢能地位与作用；第二，碳中和时代氢能地位与作用；第三，新型电力系统中氢能地位与作用；第四，新型交通系统中氢能地位与作用；第五，现代工业体系中氢能地位与作用；第六，现代农业体系中氢能地位与作用；第七，现代社会体系中氢能地位与作用；第八，现代民生体系中氢能地位与作用。
而氢能发展需要回答五大问题：氢是什么?氢从哪里来?用什么样的氢?怎么样才能用好氢?如何打造氢能产业链?中国氢能发展面临现实问题：目前成本偏高、关键技术受限、配套尚未完善、市场仍需培育、二氧化碳处置。中国氢能发展要做好10件事：氢能的质量、氢能的计量、氢能的绿色、氢能的安全、氢能的成本、氢能的应用、氢能的设备、氢能的培训、氢能的法规与标准、氢能的科普。迫切需要解决以下关键问题：缩小认知盲区、化解心理障碍、解除危化门槛、归位燃气管理、加强项目审批、确保运行安全、建立孪生模型、在线全程监控。
推动中国氢能发展，需建立起“三可三易”生态系统。“三可”即“可移动”（可搬运到任何地方方便使用者）、“可制造”（可用任一种能源进行生产）、“可储存”（作为绿色能源可长期储存）；“三易”即“易使用”（操作方便，任何人可安全使用）、“易防控”（建立数字孪生模型预报预警）、“易互通”（产供销用信息实时在线互通）。
此外，真正推动世界发展的是生态系统。提供综合解决方案，绝非单一公司可为；解决复杂困难问题，绝非单一技术可为；完成整体发展创新，协同合作大于竞争；推动行业有序发展，实现同体共生繁荣。
6 结束语
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氢能作为一种多功能燃料，提供了可持续的经济增长道路。打造中国氢经济生态系统，赋能“双碳”目标。未来，应铸造能源革命第三大支柱，支撑可再生能源规模利用，助力构建新一代电力系统，推动能源和农业深入融合，营造零碳可持续氢能社会，抓住能源革命契机推动氢能发展。
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2024年第3卷第4期
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- 出版时间：2024-12-20
- 发布时间：2024-12-24
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表12种不同金属材料的力学参数
| 科 Family | 属数 Number of genus | 种数 Number of species | 占总种数比例 Percentage of total species (%) | 属 Genus | 种数 Number of species | 占总种数比例 Percentage of total species (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 鹅膏菌科Amanitaceae | 2 | 11 | 5.26 | 鹅膏菌属 Amanita | 10 | 4.78 |
| 小菇科 Mycenaceae | 2 | 12 | 5.74 | 丝盖伞属 Inocybe | 5 | 2.39 |
| 多孔菌科 Polyporaceae | 8 | 14 | 6.70 | 蜡蘑属 Laccaria | 5 | 2.39 |
| 红菇科 Russulaceae | 3 | 23 | 11.00 | 小皮伞属 Marasmius | 6 | 2.87 |
| 小菇属 Mycena | 11 | 5.26 | ||||
| 光柄菇属 Pluteus | 5 | 2.39 | ||||
| 红菇属 Russula | 17 | 8.13 | ||||
| 栓菌属 Trametes | 5 | 2.39 |
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