北京2022冬奥会 绿色电能「北京冬奥会氢气新能源项目」

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国家电投：领跑氢能源革命

文 · 本刊记者 潘伟

《国资报告》杂志2022年第4期

“长续航。我们的氢能大巴，加氢10分钟，续航600公里；抗寒冷。即使在零下30摄氏度的冬天，也很容易启动；绿色低碳。‘吃’进去的是氢气，排放的尾气却只含有水……”日前，在国家电投举办的媒体采访活动中，一款氢能大巴给记者留下了深刻的印象。

据介绍，这种氢能燃料电池汽车的“心脏”是基于自主核心技术的“氢腾”燃料电池系统。该系统产品的关键部件催化剂、质子交换膜、气体扩散层、膜电极、双极板等核心技术完全由国家电投自主研发。

在北京冬奥会期间，“氢腾”大巴在延庆赛区和北京赛区累计出车7205次，接驳人数160697人次，总行驶里程888599公里，做到了“零失误、零故障”，以亮眼的成绩为冬奥会增光添彩。这也是“氢腾”大巴首次作为“国家队”与国际知名车企的产品同台竞技，彰显了氢能产业中国制造和中国创造的实力。

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国家电投，在国家能源战略部署的总体指导下，在这场蓄势待发的新能源革命起点上，已经悄然站上了氢能产业发展的潮头浪尖，成为引领行业发展的龙头企业。

绿电制氢显优势

目前，氢能正逐渐积聚起强劲的发展势头，步入了政策和市场聚光灯下，备受瞩目。

2022年3月，国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》（下文简称《规划》），对氢能的战略定位和产业发展等进行了前瞻性的“顶层设计”。

与此相呼应，工信部、国家发改委等六部门联合发布了《关于“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》，鼓励石化化工企业因地制宜、合理有序开发利用“绿氢”，推进炼化、煤化工与“绿电”“绿氢”等产业耦合示范。

据国际氢能委员会（Hydrogen Council）发布的《净零排放的氢能——一个具有成本竞争力的关键能源载体》（Hydrogen for Net-Zero——A critical cost-competitive energy vector）统计，全球范围内2021年公开宣布的氢能产业项目约有520个。

为什么氢能如此备受青睐？国家电投战略规划部副主任申伟东说：“首先，碳中和、能源需求的增长和地缘政治引发的能源安全问题进一步推动着当下国内外的能源转型。其次，氢能作为连接新能源与能源消费终端的重要桥梁，助力实现新能源的大规模开发和利用。”

现在，国内约有三分之一的央企、众多的民企，正在争先恐后地涌入氢能产业跑道。在这个过程中，国家电投毫无疑问走在前列。

与其他发电企业相比，国家电投发展氢能的独特优势何在？氢能与风光核电等其他清洁能源有什么样的关联性？

据了解，根据氢能的来源和生产过程中的排放情况，氢能可以划分成灰氢、蓝氢、绿氢。其中，绿氢使用可再生能源制造，生产过程零碳排放，是利用氢能最理想的形态，但受限于技术和成本，目前尚未大规模应用。

在申伟东看来，国家电投发展绿氢的底气恰恰来源于，在风光发电等清洁能源领域及氢能技术方面处于领先地位。同时氢能作为二次能源来储能，又完美地解决了风光发电所遇到的瓶颈问题。

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国家电投在2015年合并重组后，经过6年发展，凭借62.43%的清洁能源装机占比，已经成为我国五大发电集团之中清洁能源占比最高的企业，而且是全球光伏装机、新能源装机和可再生能源装机最大的企业。凭借这样得天独厚的清洁能源基础实力，国家电投得以在源头上以低成本和规模优势生产制造绿氢。

反过来，制氢也较好地解决了光伏、风电大规模装机后因为风光发电不稳定性带来的电力消纳问题。风光发电电力饱和时，将其转化为氢能储存，可以有效解决能源分布的时间不平衡；通过管道或交通运输分销至各地，可以有效解决能源分布的地域不平衡问题，推动能源供给侧和消费侧的变革，保障国家整体能源供应稳定。

“放眼世界，我国有丰富的可再生资源，有绿电制氢的低成本优势。我国制造绿氢成本全球最低，可以实现比美国低约30%，比欧洲低约50%。这也是我们大力发展绿氢的先天优势。”申伟东说。

积极布局产业链

与石油化工等成熟产业链相比，氢能将会形成一个全新的产业链，也将造就一个庞大产业链体系，包含制、储、运、加等环节，每个环节又涵盖广泛而复杂的细分产业链、衍生产业链。国家电投结合自身优势，从战略规划到层层推进、步步落实，积极在氢能产业的重点环节开展产业布局。

对此，申伟东表示，面对我国氢能产业总体上处于发展初期的现状和未来可期的广阔市场前景，将氢能列为集团重要战略发展方向之一，构建“电—氢”体系，实现氢能的规模化生产供给和多元化消费运用，同时着力解决关键核心技术“卡脖子”问题，这始终是国家电投作为央企的使命和担当。

面对从制氢到用氢和从科技研发到市场运营等氢能产业关键环节问题，国家电投2017年着手组建了几家新公司，有重点地推进落实氢能全产业链布局。

早在2016年，国家电投就开始跟进研究氢能产业发展趋势，启动了氢能技术研发工作。2017年5月，国家电投成立了直属子企业国家电投氢能科技发展有限公司（下文简称国氢科技），主要从事氢能产业技术创新与高精尖产品研发。同年，国家电投旗下的中国电力组建中电智慧综合能源有限公司，主要从事氢能运营。

具体而言，在能源线方面，国家电投重点推进可再生能源发电和制氢协同发展，建设制加氢站，打造氢能源网络。在产品线方面，聚焦关键核心领域科技，重点布局推进用于制氢的PEM制氢设备和用氢的燃料电池等关键技术的研发和产业化应用。

中国首条全自主可控质子交换膜生产线2021年末在武汉投产，是国家电投实现带动氢能产业链高质量起步和发展的重要体现。

国家电投氢能科技发展有限公司首席技术官柴茂荣说：“长期以来，国内质子交换膜严重依赖进口，市场被国外厂家垄断。国氢科技30万平方米质子交换膜生产线建成投产则打破了这个局面，实现了氢燃料电池关键零部件的国产化。”

国氢科技首席技术官柴茂荣在实验室查看质子交换膜。

据介绍，这条生产线可生产厚度从8微米到20微米的质子交换膜，已实现在大功率燃料电池电堆应用，可满足燃料电池汽车、加湿器等多个场景的应用需求，年产量可装备2万辆氢燃料电池汽车。

上述生产线位于武汉华中产业基地。除此之外，国氢科技已经或正在建立其他五大产业基地，包括北京创新研发总部基地、佛山华南产业基地、长春东北产业基地、济南黄河流域产业基地、宁波华东产业基地等。

攻克核心技术

推进建设能源强国，破解各领域内“卡脖子”难题，已经成为中国目前发展阶段中越来越具有重要性和紧迫性的议题。作为国内氢能产业发展的领头羊，国家电投在氢能自主技术链和创新链方面发力，确立了实现氢能技术和产品自主化、国产化、高性能与低成本的目标。

国氢科技成立后，攻克多项核心技术，取得众多重大成果：于2018年4月取得催化剂研发重大进展，于2019年8月成功完成首台自主研发百千瓦级燃料电池电堆组装，于2020年9月燃料电池电堆及系统产品发布。

取得这些重要科研成绩，离不开企业科研投入和人才队伍建设。目前，国氢科技已经建立六个研发实验室，覆盖了燃料电池关键技术、制储氢关键技术、氢安全与检测技术等多个研发方向。此外，还组建了拥有多位院士组成的专家顾问团队；在加拿大等国家和地区陆续筹备建立海外研究中心，整合国际一流人才和资源。

经过科研人员无数个日夜的攻关，PEM电解槽及系统、燃料电池及其系统基本或完全实现技术和产品上的自主化、国产化。其中，催化剂、质子交换膜等均已掌握核心技术，实现量产，部分产品性能已经达到世界领先水平。

国家电投氢能科技发展有限公司总经理张银广说：“我们的PEM制氢设备已经完全实现国产化；我们的燃料电池系列产品在核心技术层面实现了材料级自主化，原料级自主化和国产化，完全没有‘卡脖子’问题。”

目前，国家电投的PEM制氢装备已经成功实现连续运行600小时，制氢能耗实现了国内最低水平，在国际上也具有很强的竞争力。此外，在制氢成本已经降低了三分之一的前提下，国家电投有望三年后再降低三分之一。

柴茂荣说：“目前，我们可以实现制取每千克氢气消耗电力4.4kW·h—4.5kW·h，标志着我们的制氢技术处于国内领先地位。”

除了制氢，燃料电池可谓是氢能开发利用技术的核心。在这方面，柴茂荣介绍说：“围绕燃料电池‘八大件’（催化剂、质子膜、碳纸、膜电极、双极板、电堆、空压机、氢泵/引射器），我们深化自主创新，保障了氢能产业链、供应链安全可控。”

据了解，国家电投成功研制出百千瓦功率金属双极板氢燃料电池电堆，关键技术指标达到了国际领先水平。目前，国家电投已经实现燃料电池核心材料、部件、系统千台套以上规模产能。

柴茂荣自信满满地说：“我们的科研成果对于推动中国氢能产业技术的整体水平和竞争力，从国际第二梯队逼近第一梯队，具有极为重要的意义。”

保障北京冬奥会

北京冬奥会期间，国家电投的氢能技术和产品成功服务保障了冬奥会的交通运力。这不仅彰显了央企的责任和担当，而且进一步提升了社会大众对氢能的认知程度和接受程度。这既对燃料电池技术的实际应用进行了一次全面检验，又坚定了国内对于发展氢能产业的信心。

冬奥会期间，穿梭于赛区的“氢腾”大巴受到了媒体的关注和报道。它是国家电投基于燃料电池自主核心技术开发生产的代表性产品，为北京冬奥会的闭环接驳客运提供了绿色、低碳、安全和稳定的运力保障。

据介绍，不同于寻常的城市公交客运，北京冬奥会期间，“氢腾”大巴要在-25℃的持续性低温环境和海拔接近2000米的山地陡坡载人爬坡行驶，而且车辆的每日待命运行时间超过20个小时。

“实践证明，面对这样的极端环境、复杂路况和高强度作业，‘氢腾’大巴做到了零失误和零故障，我们的自主技术经受住了考验，得到了最充分的证明。”张银广说。

与“氢腾”大巴相配套的设施项目是中国电力北京延庆氢能产业园一期和二期项目，主要在于制氢和加氢，引进了国内首套兆瓦级新型电解水制氢装置，同时也建成了北京市首座70MPa加氢站。项目还是科技部重点研发计划“科技奥运”中“氢能出行关键技术研发和应用示范”课题的重要组成部分。

中国电力中关村延庆园加氢站。

中关村延庆园加氢站项目已经于2020年10月15日正式投入商业运营，是北京市首个手续齐全、具备“两证一照”（氢气营业许可证、气瓶充装证和营业执照）的加氢站，并参与了服务保障冬奥会的任务。其中35MPa加氢装置主要为国产氢燃料客车提供加氢服务，70MPa加氢装置为冬奥会赞助商和科技冬奥研发课题车辆提供加氢测试和备用保障。

据中电智慧综合能源有限责任公司副总经理孙向东介绍，北京冬奥会期间，中关村延庆园加氢站累计为73辆“氢腾”大巴提供692台次加注服务，实现柴油替代35吨，实现减排二氧化碳120吨，减排氮氧化合物2.3吨，为绿色冬奥会、低碳冬奥会贡献了“氢能量”。

中关村延庆园加氢站之所以能够顺利为北京冬奥会的“氢腾”大巴提供氢能燃料保障服务，不仅得益于自身的技术实力，而且得益于北京市“先行先试”的政策支持，在有关运营、管理、审批方面取得政策突破使得全球最大规模的氢燃料电池车辆示范运营成为现实，即上文提到的“两证一照”。

孙向东说：“通过北京冬奥会，氢能的可靠性和我们相关自主技术的可靠性都得到了严格检验。未来，中关村制加氢站的正常化运营可以作为政策监管的范本，将氢能作为能源（燃气）而非危化品进行监管审批，推动氢能基础设施在全国普及。”

据记者了解，虽然氢能在北京冬奥会比赛期间成功应用，但是从更长远的产业发展进程来看，氢能制、储、运、加等方面的普及应用，仍然面临着一些技术上的困难，更重要的是面临着具体政策法规模糊和缺失的问题。例如，氢能的能源属性在政策管理上界定不清，项目落地困难重重。

柴茂荣表示，国家电投有信心攻克技术上的难题，同时呼吁有关方面根据《规划》积极探索，建立健全氢能政策体系、安全监管体系和产业标准体系，争取在冬奥会结束后早日让氢能产业的发展驶入政策畅通的快车道。

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