一、氢能介绍

氢能是通过氢气和氧气反应产生能量的一种能源形式，主要是指通过燃料电池技术将氢气所含化学能转化成电能和热能，不同于传统的化石能源通过燃烧进行热机发电效率受到卡诺循环的限制（理论效率低于50%），燃料电池发电其理论效率可达90%，目前实际效率也高达60%。同时以氢气为燃料的燃料电池发电产物只有水，因而氢能是一种完全清洁并且高效的能源形式，其还具有来源广泛、燃烧热值高、燃烧的产物无污染（产物为水）、利用形式多、容易存储、与其他能源可交互等优势，因此，被业界专家称为“终极能源”。目前，日本、欧洲、韩国、美国、中国等多个国家和地区都已经出台了明确的鼓励政策以支持氢能产业发展。

二、氢能在国家能源集团的战略定位

国家能源集团致力于引领国内氢能及燃料电池技术和产业发展，2018年2月，联合17家单位共同筹划发起成立中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟，国家能源集团被选举为首届联盟理事会理事长单位。

集团依托其自身产业优势，布局氢能全产业链的技术开发和应用，聚焦加氢基础设施建设，采用产研结合的方式推动氢能，低碳院作为其中的“研”，目前在氢气纯化、储运、加注和燃料电池系统等方面全方位开展关键技术开发工作。

国家能源集团氢能布局

三、低碳院氢能研发

氢能是低碳院“6+1”研发布局中重要部分。低碳院紧密结合集团氢能战略布局，重点在燃料电池汽车用氢气品质保障技术、加氢站技术、燃料电池系统技术方面进行研发。

1.  燃料电池汽车用氢气品质保障技术开发

国家能源集团拥有约年产10万吨的副产氢能力，可为燃料电池汽车的发展提供大量的低碳、低成本的氢气。但因为燃料电池汽车用氢气品质要求严格，对13种杂质有明确的限值要求，且多个限值在ppb级，因此传统的氢气品质要求和氢气纯化技术并不能满足燃料电池汽车的应用。针对上述问题，低碳院氢能团队提出了“吸附+吸收”耦合的氢气纯化路线，能够使纯化后的氢气满足燃料电池汽车用氢气品质要求的同时，提高氢气的回收率，并由此承担了北京市科委资助的重大项目。目前，开发了燃料电池用氢气变压吸附分离过程仿真模拟平台和国内首个燃料电池汽车用氢气品质检测平台，开发了燃料电池汽车用氢气纯化常用吸附剂数据库。下一步，将氢气纯化技术、加氢站技术和氢气运输技术结合，开发全周期的氢气纯化和品质保障技术体系。

2.  加氢站技术开发

根据《中国氢能基础设施发展蓝皮书》显示，至2020年，我国加氢站数量将达到100座。国家能源集团致力于氢能基础设施的建设和运营，目前已建成投入运营的江苏如皋35MPa/70MPa双模式加氢站，是国内固定储氢规模最大、氢气压缩能力最强、加氢服务车辆最全的加氢站。

作为技术提供方，低碳院在加氢机技术开发，加氢站工艺控制系统开发方面取得了一系列进展。目前，开发了国内首个符合SAE J2601协议的加氢机，能够做到加氢过程不超温、不超压、不过充，加氢时间最短。另外针对国外技术的不足，开发了快充策略和算法，可以进一步降低加氢的时间。针对国内加氢站的需求：主要针对大巴、物流车服务、每天加氢量大的特点，开发了加氢站工艺仿真平台，能够快速、精确的模拟加氢站实时运营以用作开发高效、低成本的加氢站控制策略，提高整站加注能力和氢气利用率，提高经济性。基于上述平台，开发了加氢站内逐级供气和逐级补气策略，提高了加氢站的峰值加注能力，降低加氢站的固定设备投入，并已在如皋加氢站中使用。

 江苏如皋加氢站

2018年5月，在北京科博会中展示的加氢机实物

3. 燃料电池系统开发

 国家能源集团除了拥有大量的氢气资源，同时也具备很好的燃料电池应用场景如长时间备用电源、矿山、港口车辆等。围绕上述应用，目前低碳院在燃料电池方面主要开展长时间矿井救生舱燃料电池备用电源开发和低氢耗燃料电池系统开发。主要应用于安全救生，主要在通讯基站、照明和人员定位等，因为其具有超过96个小时的供电能力，因此相比其他备用电源技术具有明显的成本优势。

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