美国能源部斥资70亿美元建7个区域性清洁氢能中心

近日，拜登政府宣布，美国能源部将斥资70亿美元，在全美建立7个区域性清洁氢能源中心，生产氢燃料，打造新型氢能产业。

另外10亿美元将用于支持需求侧改革。

图1 拜登宣布将创建7个新的氢能源中心

氢气可以像汽油一样燃烧，也可以用来发电。 它燃烧时不产生含碳化合物，并且产生很少的空气污染物。 氢燃料电池的主要副产品是水。

为了使氢能够为制造业、建筑甚至汽车提供动力，美国能源部实施了一系列清洁氢倡议。

但完全从头开始建设生产绿色氢的基础设施极其困难，这是美国清洁氢中心系统需要解决的问题。

美国氢能计划进展如何？ 这些产业实践能为我国氢能产业未来发展提供哪些经验？

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美国能源部的氢能计划

美国能源部的清洁氢计划由能源效率和可再生能源办公室内的氢和燃料电池技术办公室领导，致力于开发使用氢作为其他燃料和技术替代品的应用。

氢能计划包括大学、国家实验室和工业界开展的 400 多项研发、系统集成、示范和初步部署活动。

图2 美国能源部公布清洁氢中心入围名单

氢能计划的基本目的是论证其技术的可行性。 示范项目在一定程度上承担了先行者的角色，降低了成为政府后续投资的风险。

美国能源部表示，区域清洁氢中心将帮助我们更深入地了解氢能的实际应用效果和技术需求，验证氢能的环境和经济效益。

氢能示范项目将完善氢能价值链各环节，如图3所示。

图3 氢能价值链

氢气可以由多种主要来源生产。 氢气可以在特定资源附近生产，作为能源载体进行长距离运输和储存，按需转换并在使用点附近储存。 然后，燃料电池汽车等将氢气转化为有用的能量以提供能源服务。 根据氢气生产方法，可能需要额外的步骤来净化和捕获气体排放物以去除污染物。 上述描述基于氢作为能量载体的模型。

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区域清洁氢能源中心建立条件

美国国会要求区域清洁氢中心必须能够“展示清洁氢能源的生产、加工、运输、存储和最终使用”。 美国能源部进一步细化了建立区域清洁氢能源中心的条件：

原材料的多样性：至少一个中心应示范使用化石燃料生产清洁氢气，一个中心示范使用可再生能源生产清洁氢气，一个中心示范使用核能生产清洁氢气。

最终用途多样性：至少一个中心应展示氢在电力部门的最终用途，一个在工业部门，一个在住宅和商业供暖部门，一个在交通运输部门。

地理多样性：每个区域氢中心应位于美国的不同地区，并利用该地区丰富的能源资源。

天然气生产中心：应优先考虑可能为该地区居民创造最多技能培训和长期就业机会的区域氢中心。

就业：应优先考虑区域氢能中心，因为它们可能为地区居民创造最大的技能培训和长期就业机会。

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氢能工业应用

氢气在许多工业过程中发挥着重要作用，例如石油精炼和氨肥生产。 氢在水泥、陶瓷和玻璃制造等其他行业的应用也在开发中。

除工业用途外，面向消费的氢能技术主要包括加氢站和燃料电池电动汽车。

图4 氢能的应用之一——氢燃料电池汽车

加州已经拥有 65 个公共轻型加氢站，并计划建造更多。

到2022年底，美国将有大约15万辆燃料电池汽车注册。

美国能源部指出，氢的其他用途包括生产叉车和大容量备用电源。

然而，氢能技术的部署也面临成本高、基础设施不足、公众认知度有限等障碍。

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未来氢中心的范围和规模

现有研究预测了未来氢能源中心的规模、范围和规模。

一项研究指出了氢中心与工业共建的优势，因为这可以将能源需求和化学副产品结合起来，并有可能推动氢中心的形成。

另一项研究考察了现有和新兴的国际氢能源中心，发现这些中心很可能建立在现有中心的基础上。 这些中心如图 5 所示，按照生产规模和地理方向从本地到区域再到国际的顺序递增。

图5 氢能中心未来布局

美国能源部的“氢弹计划”支持10年内以每公斤1美元的价格实现氢能的商业化。

规划指出，基于资源、人口、政策、污染等影响因素，美国将出现新兴的氢能产业“集群”。

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经验教训 - 供需平衡

目前，氢能消费主要集中在相对集中的终端用户。

几乎所有氢能都被石油或化学工业消耗，要么是现场生产，要么是通过大型商业生产商的专用管道运输。

氢中心带来的额外氢供应需要与新需求相匹配，才能在经济上可行。

美国能源部于2023年7月5日宣布，将斥资10亿美元支持氢能需求方计划，旨在确保氢能生产商和最终用户之间的市场匹配。

图6 拜登政府将投资10亿美元支持氢能消费需求

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监理——施工与监理并行

在其 2020 年氢能计划中，美国能源部将氢能管道的通行权和许可确定为氢输送基础设施面临的两大挑战。

图7 金属氢气管道3D数字渲染

与天然气相比，氢基础设施目前规模较小。

在基础设施法案中，美国众议院交通和基础设施委员会指出，为了最大限度地投资和广泛使用电力，私营部门必须积极参与车辆充电和氢燃料基础设施建设。

概括

拜登政府的区域清洁氢计划显然是一场豪赌。

氢能产业的路径将决定其能否实现温室气体排放量的预期下降。

美国纳税人正在支付数十亿美元的刺激资金。 如果该计划不成功，这些资金最终可能只会促进化石燃料行业的发展。

拜登政府预计，到 2050 年，氢能将消除全球 25% 的碳排放。

氢为目前的一些经济部门提供了解决方案，特别是重型运输和重工业，这些部门不能完全依赖可再生能源和电力来实现净零排放。

美国清洁氢计划或可为我国氢能产业发展提供宝贵经验和参考。