窗外寒风呼呼地吹着，在浙江宁波慈溪氢电耦合直流微网示范工程的运维室内，水暖气片代替空调正在工作，室内温暖又不干燥。暖气片中的热水来自园区内240千瓦氢能燃料电池化学反应的产物，也是整个反应过程唯一的“废料”，每小时产生7000升热水足够保证园区24小时的供暖需求。

　　氢能燃料电池作为氢能高效利用的主要方式，最早于20世纪60年代被应用于太空任务中。体积小、容量大的氢能燃料电池装置既可以为探测器、人造卫星、太空舱等提供电力，其产生的“废料”——水，还可作为电子设备的冷却剂以及为机组人员提供生活用水。

　　随着制氢能技术的发展，氢能燃料电池逐渐进入发电以及交通领域。氢能燃料电池用于发电时，能量转换率达35%至60%，除了电，反应过程产物只有水和热，相比传统化学能源发电，实现了零排放。

　　在交通领域，氢能燃料电池的应用也在逐步落地。2008年北京奥运会投入20辆自主研制的氢能燃料电池轿车，2014年丰田推出全世界首款量产燃料电池车Mirai，2019年氢燃料电池车在上海投入公共服务领域使用，在2023年杭州亚运会火炬传递嘉兴站，国内首辆氢能应急电源车实现首次应用……我们向氢能交通时代迈进。

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　　据《氢能产业发展中长期规划（2021－2023年）》显示，到2025年，燃料电池汽车保有量约5万辆，部署建设一批加氢站，可再生能源制氢量达到10万－20万吨／年。未来氢能燃料电池市场将更加大有可为。

　　在电力领域，氢能燃料电池提供了一种全新的储能思路。由于光伏、风电等新能源存在季节性波动和空间分布不均等问题，当新能源发电出现富余时，可通过电解水将电能转化为氢气进行储存，需要用电时，再通过氢能燃料电池进行发电。

　　这种储能方式比电化学储能储存时间更长、储存容量更大，可有效维持能源系统平衡，保障稳定的电力供应，有望成为长时间、跨区域储能的有效解决方案。

　　氢能燃料电池作为能源存储的工具，其短板也不可忽视。由于该储能方式中“电－氢－电”过程存在两次能量转换，整体电效率受限，能量损耗高于其他常用的储能技术。

　　为了进一步提升能量转换效率，国网浙江电力开展了一系列氢能燃料电池相关研究，根据杭州、宁波、台州、丽水四个氢能综合利用示范工程的用能需求，研制了特性相宜的氢能燃料电池。

　　下面，以位于宁波慈溪滨海经济开发区的宁波氢能工程为例。作为工业园区，该区域不仅需要稳定优质的电力供应，同时也需要经济的热能供应。国网浙江电力根据区域用能特征，牵头研制了一种高效长寿命燃料电池热电联供系统，通过热电联供，将综合效率提升，相关技术经专家鉴定达到国际领先水平。

　　首次，从质子交换膜催化剂层入手。研发人员采用一种新型质子交换膜催化剂层制备方法，使得膜质更加均匀，提高了电极的电化学活性和性能，为氢质子的传输提供更短、更宽的路径，提高氢质子传输速率和传输密度，从而提升质子电导率以及燃料电池效率。同时该合成方法也提高了质子交换膜的使用寿命。

　　其次，从进气量控制入手。氢能燃料电池所需的氧气一般来自空气压缩机压缩后的空气。当外部负载突然增加时，电池需消耗更多的氧气，此时需要对进气量进行控制。若氧气供给不足，将导致电池输出电压降低，损伤燃料电池；若氧气供给过高，空气压缩机消耗的能量过大，影响燃料电池系统效率。该系统采用了一种经济模型预测控制器，确保可以根据负载变化，进行空气流量的快速准确调节，实现系统增效延寿。

　　最后，从余热利用入手。由于燃料电池的正常工作需要合适的温湿度条件，需对进气进行加热、加湿，提高进气的水汽温度以增大电池反应效率。该系统在多个燃料电池组成的电池堆内布置冷却水管道，利用水流换热将电池反应产生的热量进行回收，用于空气、加湿器、其他辅机系统的加热升温，最大化实现系统废热内部复用。经过水热复用后，该系统还可输出高温热水作为外部供给，全方位提升燃料电池系统余热利用水平。

　　截至目前，该技术还推广应用在海岛离网制氢与氢发电、氢储能电站、副产氢燃料电池发电等多个工程项目中。

　　此外，国网浙江电力在杭州、丽水两个氢能综合利用示范工程中探索应用了高温氢能燃料电池。高温氢能燃料电池反应后的废气温度可达到600摄氏度至800摄氏度，可直接通过热回收锅炉进行发电，进一步提升能量转换效率。

　　随着相关技术的推广应用，制氢和燃料电池的设备成本有望快速下降，为氢能在新型电力系统中的应用创造了更好的条件。

　　未来，我们可以将日内富余的可再生能源发电制成氢气供给氢燃料电池汽车使用，助力交通行业深度脱碳；也可以建设大规模的氢储能电站，将春季富余的风电以氢或其衍生物的形式存储起来，在夏天利用燃料电池发电支撑高峰用电，让春风吹进夏日，用绿电带来清凉。

　　“2024第十八届中国国际电池供应链及储能技术博览会”将于2024年4月21-23日在南京国际展览中心（龙蟠路88号）举办， 展馆面积达到50，000㎡，将重点展示：动力电池、储能电池、储能技术应用、电池&电芯生产加工设备、电池加工生产设备、电池PACK、新能源智慧工厂、电池材料、光储充及配套设备、充换电及配套设备等全产业链生态闭环，为全球电池、储能产业链制造商及应用端买家群搭建最佳展示、交流与贸易平台。