氢气

本报告从在工业场景中实现绿氢大规模应用的关键要求，以及我国工业产能分布、绿氢资源禀赋情况出发，提出并诠释了“集群化发展”模式及其构建要点。更具体地，报告针对绿氢的制取、储存、运输和在工业场景中的利用各个环节，展开了技术经济性分析，为在“集群化发展”的过程中，在技术可行的情况下达到成本最优提供了依据。进一步地，为支持实际部署，报告就氢气供给和工业需求同址和异地两类典型场景，给出了进行集群构建和成本优化的方法，并以工业用氢地在青海、山西和浙江分别举例，进行供、用氢方案的比选优化和成本试算。最后，报告为加速大规模绿氢在工业低碳、零碳转型中的应用提出五项行动建议。

采用加氢站成套装备，将不同来源的氢气通过压缩机增压储存至储氢瓶组，再由加氢机采用分级加注模式为氢燃料电池汽车加注氢气。 自主开发液驱式氢气压缩机、隔膜式压缩机等关键增压设备，开展站控系统标准化设计。建立整站能量流动控制策略，智能控制加注过程，智能调整压缩机启停、储氢瓶组充装，实现加氢站全流程高效节能运行。

利用光伏发电和风力发电电解制氢生产合成氨，以质子交换膜（PEM）为电解质，纯水为反应物，并采用零间距结构电解槽。通过合理配置储能储氢，电解制氢装置产生的氢气和深冷空分制氮装置产生的氮气混合后进入合成氨装置。经压缩机压缩、预热、氨合成反应、余热回收、冷却分离后液氨产品送至氨储存单元储存。

针对我国长续航、重载氢能交通应用场景，基于国资委和能源局关键装备攻坚项目，形成70Mpa加氢站大容量、低能耗自有化关键技术装备。攻克压缩机气液固耦合精确设计技术、高温高压临氢关键零部件技术和实景工况测试技术，开发首台套自有化90MPa氢气隔膜压缩机，进气压力12.5MPa、排气压力90MPa时，排量大于350Nm³/h，能耗小于2kWh/kg；通过变流量加注和多级压缩工艺创新，开发首台套70MPa快速加氢机和70MPa加氢站动态工艺控制系统，最大加氢流量7.2kg/min，乘用车最快3min、大巴车最快5min、重卡最快10min加满，加注率95 - 100%，大巴车、重卡加注预冷节能30%以上，加氢站能耗低于3.5kWh/kg。已完成第三方认证评审及国资委考核，在2座加氢站示范应用，牵头制订国家标准3项、团体标准2项。

采用宽功率波动、快启动爬坡的固体聚合物电解质制氢技术和能瞬间反馈波动能源的电源模块，研制自洽于可再生能源宽功率范围波动特征的智能化整体控制系统，实现快速功率调节响应，解决电力波动对电解槽的冲击，实现电解系统的平稳运行。利用高密度电堆工艺设计优化制氢模块，采用变温吸附技术干燥提纯氢气，满足高质量用氢需求。

开发燃料电池分布式发电系统，以氢气作为原料与空气中的氧气发生电化学反应发电。燃料电池系统产生的直流电经逆变器并升压后，接入10 kV 交流电网线。副产水蒸气由洁净水收集装置收集，通过冷凝器回收热能，获取常温液态水，全运行周期清洁无污染。设计自动调节控制系统，可实现故障电堆系统在降容条件下持续运行。

采用氢燃料电池发动机替代柴油发动机，并使用工业副产氢气，全程无排放。采用低铂载量高性能膜电极，反应电压高，从根本上提高发电效率、降低生产成本。配合高功率电堆层叠组装和密封技术、系统控制和优化技术，提高发动机效率。发动机系统兼容热回收技术，低温时为车内供暖。