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美(mei)(mei)國(guo)能(neng)源部日前發(fa)布《氫能(neng)項(xiang)目計(ji)劃2020》（下(xia)稱(cheng)“《計(ji)劃》”），為美(mei)(mei)國(guo)的氫能(neng)研(yan)究、開發(fa)和示范應用提(ti)供了戰(zhan)略(lve)支撐。

《計(ji)劃》指出(chu)，美(mei)國政府致力于氫(qing)能全(quan)產(chan)業(ye)鏈的技術(shu)研發，并(bing)將(jiang)加大示(shi)范(fan)和部署(shu)力度，以(yi)期實(shi)現產(chan)業(ye)規模化。根據(ju)美(mei)國國家實(shi)驗室預測，到2050年(nian)，美(mei)國本土氫(qing)能需求將(jiang)增至4100萬噸/年(nian)，占未(wei)來能源(yuan)消費總(zong)量的14%。

與其他能(neng)源不同的是，氫能(neng)需要化石能(neng)源、核能(neng)與可再(zai)生能(neng)源系統的整合(he)。因(yin)此，美(mei)國(guo)能(neng)源部將協同下屬所有(you)能(neng)源部門，合(he)作推動氫能(neng)產(chan)業發(fa)展。《計(ji)劃(hua)(hua)》介(jie)紹了美(mei)國(guo)能(neng)源部氫能(neng)技(ji)術的研究(jiu)現狀，以及美(mei)國(guo)氫氣生產(chan)、運輸、儲存和(he)應(ying)用的現狀及未來規劃(hua)(hua)。

美國氫能商業化應用初具規模

經過40年(nian)的發展(zhan)，美(mei)國(guo)的氫能產業及相關技術已(yi)逐漸從專(zhuan)業化應(ying)(ying)用過渡到商(shang)(shang)業化應(ying)(ying)用。目前，美(mei)國(guo)已(yi)經在數(shu)以千(qian)計的乘用車(che)、商(shang)(shang)用車(che)、鏟車(che)、分(fen)布式及備用動力裝置中應(ying)(ying)用了燃料電池，并已(yi)建(jian)成(cheng)145個加氫站（包(bao)括試驗項目）。

在發(fa)(fa)電(dian)方面，以氫(qing)(qing)氣/天然氣混合物為燃(ran)料(liao)的大型渦輪機也(ye)已(yi)經進入(ru)到商業(ye)化運營階(jie)段。在過去的20年(nian)里，美(mei)國(guo)能(neng)源(yuan)部在氫(qing)(qing)能(neng)和相關領域投資了(le)超過40億美(mei)元，主要(yao)包(bao)括氫(qing)(qing)氣生產(chan)、運輸、儲存、以及燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)和氫(qing)(qing)能(neng)渦輪機發(fa)(fa)電(dian)等技術的研發(fa)(fa)。這(zhe)些研究成果與工業(ye)項目(mu)相結(jie)合，取得了(le)許多成功，例如：應用配備碳捕獲和儲氫(qing)(qing)裝置的制(zhi)氫(qing)(qing)技術，以低(di)于2美(mei)元/公斤(jin)的成本生產(chan)無碳氫(qing)(qing)；燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的制(zhi)造(zao)成本降(jiang)低(di)了(le)60%，耐久性提高了(le)四倍。截止目(mu)前，美(mei)國(guo)能(neng)源(yuan)部已(yi)頒(ban)發(fa)(fa)了(le)1100多項美(mei)國(guo)專利(li)，并(bing)在市場(chang)上推(tui)出了(le)30多項商業(ye)技術。

當前美(mei)國氫能(neng)產業(ye)的(de)(de)技術瓶(ping)頸主(zhu)要(yao)集中在各環(huan)節的(de)(de)成本、耐久性、安全性以及(ji)缺乏基礎設施等方(fang)面。為了實(shi)現廣泛的(de)(de)商業(ye)化，氫能(neng)應(ying)用(yong)(yong)必須拓展(zhan)更大的(de)(de)市場，并且能(neng)夠在成本、壽命、性能(neng)、耐久性和環(huan)境影響等方(fang)面得到提(ti)高(gao)，同時也需要(yao)解決(jue)非技術性的(de)(de)障礙(ai)，例如(ru)制定規范(fan)和標準(zhun)，完善(shan)安全測試，最終建立一個健全的(de)(de)氫能(neng)供應(ying)和應(ying)用(yong)(yong)體系。

多年來(lai)，美國能源部為滿足每(mei)個技(ji)術領域的關鍵需(xu)求，已經開(kai)發了一些技(ji)術選(xuan)項（如表1）。

表1美國氫(qing)能近中遠期(qi)關(guan)鍵技術(shu)選項

產業目標：降(jiang)成本、提性能、擴應用

美國能源部將(jiang)聯合(he)工業部、科技部、國家實(shi)驗室、聯邦和國際機構(gou)以及其他相關(guan)機構(gou)共同推進氫能項目(mu)計劃。

美國能(neng)源部的最(zui)終目(mu)標(biao)是以多(duo)種(zhong)資源和多(duo)種(zhong)途徑(jing)制氫(qing)，并在各種(zhong)規模下（從小型分布式到大規模制氫(qing)），都(dou)能(neng)以最(zui)低的成(cheng)本生產、儲(chu)運和使用氫(qing)能(neng)。

表2美國氫能消費(fei)(fei)現狀和未來(lai)消費(fei)(fei)預測（百(bai)萬噸/年）

美國國家實驗室(shi)還(huan)對氫(qing)(qing)能(neng)消(xiao)費(fei)情景進行了評(ping)估和預測(ce)，結果顯示，到2050年(nian)美國的(de)(de)氫(qing)(qing)能(neng)需求(qiu)或將增長(chang)(chang)至4100萬(wan)噸/年(nian)，是當前消(xiao)費(fei)量(liang)的(de)(de)4倍。而隨著新應用(yong)的(de)(de)出現，氫(qing)(qing)能(neng)的(de)(de)消(xiao)費(fei)潛力還(huan)將繼(ji)續(xu)增長(chang)(chang)，初(chu)步預計2050年(nian)氫(qing)(qing)能(neng)將占美國總能(neng)源消(xiao)費(fei)需求(qiu)的(de)(de)14%。

圖1美(mei)國工業、運輸、儲(chu)能行業中氫能消費潛力(li)

探索氫能大規模綜合利用系統

《計劃》中(zhong)列舉(ju)了當前美國能(neng)源部氫能(neng)項目的(de)關鍵(jian)技術(shu)、需求和挑戰，涉及氫氣生產、輸送、儲存、能(neng)量轉化、終(zhong)端應(ying)用以及標準(zhun)和教(jiao)育(yu)相關的(de)氫能(neng)全(quan)產業鏈。

《計(ji)劃》中(zhong)(zhong)還重點提及了氫(qing)(qing)(qing)能(neng)在混(hun)合(he)能(neng)源(yuan)(yuan)系(xi)統中(zhong)(zhong)的應(ying)用(yong)。廣義而(er)言(yan)，混(hun)合(he)能(neng)源(yuan)(yuan)系(xi)統（HES）將發電(dian)、儲(chu)能(neng)和能(neng)源(yuan)(yuan)轉換技(ji)術結合(he)起(qi)來，通(tong)過總(zong)體控制系(xi)統將這(zhe)些技(ji)術集(ji)(ji)成在一(yi)起(qi)。與獨立能(neng)源(yuan)(yuan)系(xi)統相比，混(hun)合(he)能(neng)源(yuan)(yuan)系(xi)統擁有(you)更(geng)強的性能(neng)和更(geng)低成本(ben)（如圖2）。HES中(zhong)(zhong)集(ji)(ji)成的氫(qing)(qing)(qing)能(neng)技(ji)術在電(dian)網和非電(dian)網電(dian)力(li)應(ying)用(yong)中(zhong)(zhong)都具有(you)獨特(te)的優勢：中(zhong)(zhong)長(chang)期(qi)/季(ji)節(jie)性儲(chu)能(neng)；利用(yong)電(dian)解槽快速(su)動(dong)態響應(ying)的電(dian)網調峰功(gong)能(neng)；生產(chan)氫(qing)(qing)(qing)氣、其他(ta)氫(qing)(qing)(qing)基燃料、化學品及其他(ta)多(duo)種產(chan)品的能(neng)力(li)。

圖(tu)2混合氫能系(xi)統示例

隨著電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)的(de)發(fa)展，各種可(ke)再生能(neng)源的(de)滲透性越來越高，電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)集成(cheng)氫能(neng)相關技術(shu)可(ke)以提供儲能(neng)和(he)其他電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)功(gong)能(neng)：通過電(dian)(dian)(dian)解產生的(de)氫氣可(ke)以作為(wei)一種雙(shuang)向(xiang)(xiang)儲能(neng)載體，通過燃料(liao)電(dian)(dian)(dian)池或燃燒渦輪機等低排(pai)放發(fa)電(dian)(dian)(dian)技術(shu)，按需將其轉換(huan)回電(dian)(dian)(dian)能(neng)；也可(ke)用(yong)于單向(xiang)(xiang)化(hua)學能(neng)源應用(yong)，例如注入(ru)天然氣管道基(ji)礎設施，或作為(wei)原料(liao)生產氨(an)或甲醇等增值商(shang)品；氫能(neng)技術(shu)還有穩定(ding)電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)電(dian)(dian)(dian)壓和(he)頻率的(de)輔(fu)助功(gong)能(neng)。

目(mu)前，美國能源(yuan)部正在(zai)與電力(li)公司合作進行技(ji)術經濟(ji)分析，以確定將氫能與可再生能源(yuan)整(zheng)合在(zai)電網(wang)、微電網(wang)和離(li)網(wang)應用(yong)的最(zui)佳配置。

氫能發展將推動美國能源變革

美國能(neng)(neng)源(yuan)部(bu)(bu)下(xia)屬的(de)可再生能(neng)(neng)源(yuan)、化石能(neng)(neng)源(yuan)、核能(neng)(neng)、電(dian)力(li)和(he)科(ke)技部(bu)(bu)門(men)(men)(men)(men)參與了此(ci)項(xiang)目(mu)(mu)(mu)。該項(xiang)目(mu)(mu)(mu)還與其(qi)他相關的(de)部(bu)(bu)門(men)(men)(men)(men)進(jin)行(xing)協(xie)調合(he)作，包括高級能(neng)(neng)源(yuan)項(xiang)目(mu)(mu)(mu)部(bu)(bu)門(men)(men)(men)(men)（ARPA-E）；網絡安全、能(neng)(neng)源(yuan)安全和(he)應(ying)急響應(ying)部(bu)(bu)門(men)(men)(men)(men)；以(yi)(yi)及能(neng)(neng)源(yuan)部(bu)(bu)以(yi)(yi)外的(de)國家相關部(bu)(bu)門(men)(men)(men)(men)，如儲(chu)能(neng)(neng)技術，先進(jin)制造(zao)業、電(dian)網現代(dai)化、綜合(he)能(neng)(neng)源(yuan)系統和(he)人工智能(neng)(neng)。每(mei)一個部(bu)(bu)門(men)(men)(men)(men)都管(guan)理(li)與其(qi)任(ren)務(wu)有(you)關的(de)氫能(neng)(neng)項(xiang)目(mu)(mu)(mu)，所有(you)部(bu)(bu)門(men)(men)(men)(men)經過(guo)協(xie)調合(he)作，以(yi)(yi)實現戰略管(guan)理(li)和(he)項(xiang)目(mu)(mu)(mu)執行(xing)的(de)凝聚(ju)力(li)。

為(wei)了使氫(qing)(qing)能產業(ye)從專項應(ying)(ying)用過渡(du)到大(da)眾市(shi)場，開發大(da)規(gui)模制氫(qing)(qing)、配套設施、氫(qing)(qing)能應(ying)(ying)用的(de)技(ji)術(shu)和工(gong)藝至關重要(yao)。強大(da)的(de)自主供應(ying)(ying)鏈也將確保美國(guo)在全(quan)球氫(qing)(qing)能產業(ye)中處于(yu)領(ling)先地位。受快速增(zeng)長的(de)市(shi)場需求影(ying)響，研(yan)發工(gong)作需要(yao)克(ke)服技(ji)術(shu)挑戰并(bing)(bing)加快進(jin)(jin)展。通過研(yan)發，將提高氫(qing)(qing)能產業(ye)的(de)工(gong)藝和技(ji)術(shu)，并(bing)(bing)逐漸擴(kuo)大(da)應(ying)(ying)用規(gui)模，實現(xian)制造(zao)業(ye)的(de)規(gui)模經濟。同時，通過系統集成還可以帶來更多的(de)技(ji)術(shu)改進(jin)(jin)，從而進(jin)(jin)一步降低產業(ye)鏈成本。

總的(de)(de)來說，美國(guo)能(neng)(neng)(neng)源部主導的(de)(de)氫能(neng)(neng)(neng)和相關技術研發，在其(qi)各(ge)部門的(de)(de)一致努(nu)力(li)下(xia)，以及廣(guang)(guang)泛(fan)的(de)(de)利益相關者(zhe)的(de)(de)投入和協作下(xia)，該計劃的(de)(de)實施將有助于(yu)實現美國(guo)氫能(neng)(neng)(neng)產(chan)業的(de)(de)發展愿景：清潔環保、成(cheng)(cheng)本低廉(lian)、安全可靠的(de)(de)氫能(neng)(neng)(neng)廣(guang)(guang)泛(fan)應用于(yu)各(ge)類場景，并成(cheng)(cheng)為美國(guo)能(neng)(neng)(neng)源體(ti)系中(zhong)的(de)(de)重要組成(cheng)(cheng)部分，推動美國(guo)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)源體(ti)系變革。