氢，“能”天下

文|本刊记者 陈向国

氢能被看做最有希望为人类提供可持续发展动力的清洁能源。21世纪，中国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划。其中，日本的“氢能社会”、“人造太阳”引人注目。在具体应用上，氢燃料电池走在了前列。

日本“氢能社会”

进入21世纪以来，日本在氢燃料电池和氢燃料电池汽车领域成绩瞩目，成为引领“终极环保车”的时代先锋。日本在2013年5月安倍政府推出的《日本再复兴战略》中，把氢能源发展提升为国策，并启动加氢站建设的前期工作。2014年6月，日本内阁对该战略进行了修订，发出了建设氢社会的呼吁，明确政府将大力普及家庭和工业用氢燃料电池，以及2015年开始快速普及氢燃料电池汽车，推进氢燃料电池技术开发和降低成本，其目标是到2030年向市场投入530万块家用氢燃料电池，占日本家庭总数的10%。此外，日本经济产业省在2013年12月成立了由行业、研究机构和政府各界代表广泛参与的氢和氢燃料电池战略协议会。该组织在2014年6月公布了《氢和氢燃料电池战略路线图》，就日本氢能源政策、技术和发展方向等方面进行全面阐述，并制定出氢能源研发推广时间表，提出了实现“氢能社会”目标分三步走的发展路线图：到2025年要加速推广和普及氢能利用的市场；到2030年要建立大规模氢能供给体系并实现氢燃料发电；到2040年要完成零碳氢燃料供给体系建设。

日本2014年4月出台的《能源基本计划》中，将氢能定位为同电力和热能并列的核心二次能源，提出建设氢能源社会，即氢能源在日常生活和产业活动中普遍利用的社会。《氢和氢燃料电池战略路线图》明确了当前到2050年之间的氢能长期发展路线图，着重推广氢能发电，以及氢能在叉车和船舶方面的应用、建立廉价的氢气系统，促使氢能应用多样化，并于2020年初步构建国际氢能供应链，以上经济成果需要在2020年日本奥运会上展示。“日本已经研究了国家实现氢能社会时在哪里生产氢，管道怎么布局的问题。”国家发展改革委能源研究所研究员戴彦德告诉记者。

“人造太阳”已完成一半

“人造太阳”是人类共同的追求。“人造太阳”就是人类利用太阳生存原理——氢同位素聚变生成数量巨大、源源不断产生能源的能源发生装置。目前，由欧盟、美、日、俄、中、韩、印七方共同承担的国际热核聚变实验堆（ITER）计划，是全球规模最大、影响最深远的国际科技合作项目之一。2003年2月，我国正式加入ITER计划谈判；2007年，国家批准设立“ITER计划专项”；2008年，我国全面开展ITER计划工作。目前，我国陆续承担了该计划18个采购包的制造任务，涵盖了ITER装置几乎所有的关键部件。现在，这个国际合作项目已经有了进展。国际热核聚变实验反应堆计划组织总干事贝尔纳·比戈于今年1月6日在华盛顿宣布，经过各方10年的努力，这个世界最大的“人造太阳”项目建设工作已完成一半。

中国正在为“人造太阳”做出卓越贡献。坐落于合肥科学岛上的全超导托卡马克“东方超环”，是世界首台全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置。2017年7月，“东方超环”装置在世界上首次实现了5000万摄氏度等离子体持续放电101.2秒的高约束运行，创造了核聚变的世界纪录。这一里程碑式的突破，表明在稳态运行的物理和工程方面，我国的磁约束核聚变研究已经走在了国际最前沿。

据悉，中国聚变工程实验堆计划分三步走完成“中国聚变梦”：第一阶段到2021年，开始立项建设；第二阶段到2035年，计划建成聚变工程实验堆，开始大规模科学实验；第三阶段到2050年，聚变工程实验堆实验成功，建设聚变商业示范堆，完成人类终极能源。“这将是一个巨大的工程。”中科院等离子体物理研究所常务副所长宋云涛透露，中国聚变工程实验堆堆芯等离子体功率将是ITER的2倍；主机和28套大型辅助系统有约2000万个零部件，相当于7架波音777客机的零件总数；装置规模总重超过40万吨，约相当于5艘尼米兹级航母；磁体系统导体展开的话，总长超过10万千米。

氢燃料电池产业已经具备了商业化条件

中国工程院院士衣宝廉说，当前，氢燃料电池汽车已度过技术开发阶段，在美、日等国已提前步入商业化初级阶段，我国也已处于市场导入期。

新能源汽车补贴的逐渐退坡带来了行业焦虑，氢燃料电池车补贴不在退坡之列。因而成为了新能源车中的“香饽饽”。氢是高效的能量载体，易于存储和转换，在宇宙中的含量最为丰富，且无污染、零排放。氢能在能源结构调整中发挥出重要作用。如果利用来自于化石能源制取的氢，燃料电池可减排二氧化碳40%以上；如果利用来自于可再生能源制取的氢，则可实现真正的高效零二氧化碳排放。

与抽水蓄能、压缩空气、二次电池等储能方式相比，氢能具有地理环境制约少、规模适应性宽、投资成本低、环境友好等显著特征。氢燃料电池的优点在于续驶里程长、动力性高、燃料加注时间短，使用方式跟燃油车基本一致，且零污染。这也使得不少业内人士认为氢燃料的发展将会是新能源的重要方向。

政府非常重视氢能。日前，国家发展改革委资源节约和环境保护司副司长郭启民表示，今后要从推动能源生产和消费革命的高度，把推广氢能技术作为调整优化能源结构，推动绿色发展转型的重要着力点。从《能源技术革命创新行动计划(2016年—2030年)》《节能与新能源汽车技术路线图》，再到《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》等，这些文件均明确提出要发展燃料电池汽车。另据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》预计，到2020年，我国燃料电池车辆达到1万辆，到2030年，燃料电池车辆保有量达到200万辆。

财政补贴不退坡也给燃料电池行业吃了一颗“定心丸”。根据新能源补贴新政，纯电动补贴逐步退坡，但燃料电池汽车补贴在2020年前保持不变。其中，氢燃料电池客车仍保持轻型客车30万元/辆、大中型客车50万元/辆的补贴不变。在加氢站建设上，国家对符合标准的每站奖励400万元。

燃料电池产业已经具备了商业化的条件，产业化步伐会很快，大概需要两三年的时间。在这样的大背景下，燃料电池车将成为新能源汽车的重要方向。未来在新能源汽车的三分天下市场中，氢燃料电池汽车必占其一。值得注意的是，目前在公交项目方面氢燃料汽车已进入小规模商业化推广阶段。