热力发电 Thermal Power Generation ISSN 1002-3364,CN 61-1111/TM 《热力发电》网络首发论文 题目： 碳中和目标下制氢关键技术进展及发展前景综述 作者： 李建林，李光辉，马速良，王含 DOI： 10.19666/j.rlfd.202101002 收稿日期： 2021-01-07 网络首发日期： 2021-02-01 引用格式： 李建林，李光辉，马速良，王含．碳中和目标下制氢关键技术进展及发展前 景综述．热力发电. https://doi.org/10.19666/j.rlfd.202101002 网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶 段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期 刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出 版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合《出 版管理条例》和《期刊出版管理规定》的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编 辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、 出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。 为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容， 只可基于编辑规范进行少量文字的修改。 出版确认：纸质期刊编辑部通过与《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司签约，在《中国 学术期刊（网络版）》出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷 出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为《中国学术期刊（网络版）》是国家新闻出 版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首 发论文视为正式出版。 网络首发时间：2021-02-01 14:35:39 网络首发地址：https://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1111.TM.20210201.1132.001.html 第 XX 卷第 XX 期 Vol.XX No.XX THERMAL POWERGENERATION 碳中和目标下制氢关键技术进展及 发展前景综述 李建林 1，李光辉 1，马速良 1，王含 2 （1.储能技术工程研究中心（北方工业大学），北京 2.国家电投集团科学技术研究院有限公司，北京 100144； 102209） ［摘 要］本文围绕制氢关键技术的研究进展进行综述，分析了氢能发展的背景，整理并解读了当前 我国与氢能相关的政策，并调研了几项国内典型制氢项目。对氢能产业链中制氢环节应用 现状及关键技术原理进行了梳理和对比，包括煤制氢、醇类制氢及电解水制氢技术的原理、 电解槽结构及数学模型，并分析了由“灰氢”到“绿氢”转化的重要意义，为我国“绿氢” 制取关键技术的发展提供借鉴和参考。 ［关 键 词］制氢技术；电解制氢；绿氢；可再生能源；电解槽；燃料电池 ［中图分类号］TM734［文献标识码］A［DOI 编号］10.19666/j.rlfd.202101002 ［引用本文格式］李建林, 李光辉, 马速良, 等. 碳中和目标下制氢关键技术进展及发展前景综述[J]. 热力发电, 2021, 50. LI Jianlin, LI Guanghui, MA Suliang, et al. Overview of the progress and development prospects of key technologies for hydrogen production under the goal of carbon neutrality[J]. Thermal Power Generation, 2021, 50 . Overview of the progress and development prospects of key technologies for hydrogen production under the goal of carbon neutrality LI Jianlin1, LI Guanghui1, MA Suliang1, WANG Han2 （1. Energy Storage Technology Engineering Research Center, North China University of Technology, Beijing 100144, China; 2. SPIC Science and Technology Research Institute, Beijing 102209, China） Abstract: This article reviews the research progress of hydrogen production technology, analyzes the background of hydrogen energy development, sorts out and interprets China’s current policies related to hydrogen energy, and investigates several typical hydrogen production projects in China. The application status and key technology principles of hydrogen production are sorted out and compared, including the principles of hydrogen production from coal, hydrogen production from alcohols, and hydrogen production from water electrolysis, electrolytic cell structure, and mathematical models. Moreover, the significance of the conversion from “gray hydrogen” to “green hydrogen” is analyzed, which provides reference for the development of key technology of “green hydrogen” production. Key words: hydrogen production, hydrogen production by electrolysis, green hydrogen, renewable energy, electrolyzer, fuel cell 1 我国氢能产业发展现状 做好碳达峰、碳中和工作，即力争在 2030 年 前使国内二氧化碳排放达到峰值，2060 年前实现碳 中和，是我国今后一段时期的重点任务之一。积极 探索新型清洁能源有助于促进我国碳达峰、碳中和 工作的加速进行，加快产业结构的优化。氢能作为 一种储量丰富、热值高、能量密度大、来源多样的 绿色能源，被誉为 21 世纪的“终极能源”[1-6]。氢 收 稿 日 期：2021-01-07 基 金 项 目：北京市百千万人才工程资助项目（2020A30） Supported by： Beijing Millions of Talents Funding Project (2020A30) 第一作者简介：李建林(1976)，男，博士，教授，主要研究方向为大规模储能技术，dkyljl@163.com。 通讯作者简介：马速良(1988)，男，博士，助理研究员，主要研究方向为大规模储能技术与应用，msl13811581885@ncut.edu.cn。 能的开发利用也受到了世界各国的高度重视，美 2020 年 5 月，中共中央颁布《2020 年政府工 国、日本、澳大利亚等国已制定相关政策，将氢能 作报告》，提出引导加大氢燃料电池基础科研投入， [7] 列为国家能源结构的重要组成部分 ，我国也在积 鼓励能源企业建立稳定、便利、低成本的氢能供应 极布局氢能发展战略，逐步完善氢能政策体系。 体系，制定国家顶层氢能规划。 2016 年，国家发展改革委、国家能源局印发《能 2020 年 9 月 8 日，国家发展改革委、科技部、 源技术革命创新行动计划（2016—2030 年）》，将氢 工业和信息化部、财政部 4 部委联合印发《关于扩 能列为 15 项能源技术革命重点任务之一，把可再 大战略性新兴产业投资 培育壮大新增长点增长极 生能源制氢、氢能与燃料电池技术创新作为重点任 的指导意见》，意见指出，加快新能源发展，加快 [8] 务 。使用可再生能源电解水制氢是氢能产业新的 制氢加氢设施建设[10]。随着氢能相关政策的颁布和 发展趋势，使用弃风、弃光、弃水打通制氢环节路 完善，国家还鼓励支持了一大批氢能项目的建设发 线，可最大程度避免能源浪费，提高电解水制氢的 展，如表 1 所示。 [9] 经济性，符合绿色能源可持续发展需求 。 表 1 我国部分制氢项目汇总 Tab.1 Summary of some hydrogen production projects in China 项目/装置 时间 3 20 万 m /h 煤制氢装置 2011 年 地区 氢气产量 作用 3 广东茂名 20 万 m /h 煤制氢 山东寿光鲁清石化有限公司 6 万 m³/h 甲醇制氢装置 2018 年 山东寿光 6 万 m /h 甲醇制氢 沽源风电制氢综合利用示范项目 2019 年 河北沽源 1 752 万 m3/a 风电制氢 风电及制氢综合示范项目 2020 年 吉林榆树 10 MW 风电制氢 3 太阳能电解水制氢储能及综合应用示范 项目 2020 年 宁夏 1.6 亿 m /a 光伏电解水制氢 氢能一体化示范基地建设项目 2020 年 河北张家口 — 打造氢气的生产、储存、运输、加注和应用在内的一体化 氢能产业链。 3 随着我国政策的引导以及大批氢能项目落地 约 200 万 t[11]，如果能将这些富余的被