在海拔2198米的小海坨山間，一段7.5千米盤山路上集中了14個“胳膊肘彎”，海拔從900米上升至1480米，蜿蜒曲折、崎嶇險峭。這是延慶冬奧村抵達國家高山滑雪中心的地面路徑。
北京冬奧會期間，搭載國家電投“氫騰”燃料電池的氫能大巴穿梭其間，以“零事故、零故障、零失誤”的穩定表現，完成了一次華麗亮相。這是冬奧會歷史上第一次大規模使用氫燃料電池汽車作為主運力，也是國產自主研發氫燃料電池汽車第一次和國際巨頭在同一賽道上競爭。
“清潔能源是公司未來的主要發展方向。國家氫能產業發展中長期規劃的發布，為我們開展氫能利用技術自主創新，實現可再生能源規模化發展提供了機遇。我們將扛起能源革命中的央企責任，繼續做清潔低碳能源轉型的‘排頭兵’。”國家電力投資集團有限公司董事長錢智民說。
先機——考驗的是戰略眼光
▲2021年12月5日，我國首條全自主可控質子交換膜生產線投產
2015年7月，中國電力投資集團公司和國家核電技術有限公司實施重組，成立國家電投。彼時，國家電投清潔能源占比已是行業第一，兩家能源央企的強強聯合，又使其成為國內同時擁有風、光、水、火、核、氣、生物質發電的綜合能源企業。但他們不甘于此，而是將目光瞄準了“未來的能源”。
在錢智民看來，當解決了能源供應問題之后，能源的安全、利用效率，以及衍生的生態環境問題就變得尤為重要，發展氫能將是未來能源低碳轉型的重要路徑。
為什么是氫能？放眼能源行業，我國擁有豐富的可再生能源和綠電制氫優勢。同時，近年來隨著光伏、風電裝機總容量增加，一些地區由于電力消納能力不足，存在棄風棄光問題。利用電解水制氫，將電能轉化為氫能儲存起來；在電力輸出不足時，儲存起來的氫能再利用燃料電池等發電回饋電網，既能解決可再生能源發電并網問題，也能提高能源利用效率。
“通過構建可再生能源發電與氫能供給的‘電—氫體系’，在供給側推動可再生能源規劃發展，在消費側實現交通、分布式供能等領域的化石能源替代，這將有力推動能源時空轉型和區域平衡，保障國家能源供應，實現碳中和。”錢智民說。
從2016年起，在風電、光伏領域搶占先機的國家電投，開始前瞻性地布局氫能、儲能等當時很多企業看不準、不敢碰的新領域。2017年5月，在能源央企中率先成立首家氫能專業化子公司——國家電投氫能科技發展有限公司（以下稱“國氫科技”），專注于燃料電池研發、多應用場景的氫動力系統開發、先進儲能技術研究與產品開發等。
正是憑借這樣的“膽大心細”，過去6年間，國家電投在清潔能源技術研發和產業項目實施方面取得了一系列突破——光伏發電裝機、新能源發電裝機、可再生能源發電裝機三項指標躍居世界第一；“氫騰”燃料電池實現了全產業鏈自主化創新……
“同傳統能源相比，我國可再生能源資源豐富，發展氫能產業優勢明顯。在氫能時代，中國企業一定要抓住換道超車的機遇。”國家電投戰略規劃部副主任申偉東說。
創新——從零開始的勇氣
▲2020年9月27日，氫騰FC-ML80/FCS65問世，技術指標達到國際先進水平
燃料電池電堆，被稱為氫能汽車的“心臟”。北京冬奧會期間，海拔2000多米的延慶賽區，冬季夜間氣溫在零下30攝氏度以下，搭載“氫騰”燃料電池的大巴經受住了低溫、陡坡等重大考驗。從材料到零部件，再到燃料電池電堆，均由國家電投自主研發。
回望5年前，這一切還難以想象。在國氫科技成立的2017年，我國氫燃料電池產業幾乎一片空白。上游原材料供應不成體系；下游應用場景遠未打開；更困難的是，一系列核心技術被“卡脖子”，催化劑、質子交換膜（PEM）、雙極板等關鍵零部件幾乎全靠進口。
“中國想要擁有自己的氫燃料電池技術，只能從零開始。”知名燃料電池專家柴茂榮正是在那時回國，加入國氫科技成為首席技術官，帶領一支30多人的初始團隊，圍繞核心環節、關鍵零部件展開攻關，誓要實現燃料電池的全產業鏈自主化。
從無到有，這注定是一場時間與耐力的比拼。2021年12月，國氫科技30萬平方米質子交換膜生產線投產，一舉打破國內質子交換膜市場被國外廠家長期壟斷的局面。
“質子交換膜是氫燃料電池中的關鍵材料，作用是傳輸質子，阻擋電子和氫氣穿梭，其地位相當于芯片中的光刻膠。”國家電投氫能科技發展有限公司燃料電池技術部主任周明正說，此前，我國所用的質子交換膜幾乎全靠進口，1平方米（重20多克）的價格堪比同等重量的黃金。
在將近兩年時間里，國氫科技研發團隊“死磕”質子交換膜難題，最終攻克樹脂分散及浸潤技術，研發出高電導率、高耐久性、低溶脹的質子交換膜，部分指標達到世界領先水平，價格卻只有國外同類產品的一半。“目前我們已在大功率燃料電池電堆中應用，并接獲多家公司采購訂單，燃料電池核心材料產業大步向前邁進。”周明正說。
雙極板被稱為電堆的“骨架”，在燃料電池中起著支撐膜電極、為燃料氣體及冷卻液提供通道的作用。近幾年，國外企業研制出鈦合金雙極板，啟動快、強度高、抗腐蝕性能強，但沖壓成型難。如果中國企業無法制造，就只能依賴進口。
國氫科技決定從最基礎的金屬冶煉做起，一爐爐進行鈦材冶煉試驗，相繼攻克沖壓用鈦箔材，突破薄板壓延、焊接、表面鍍膜等工藝難題，開發出耐腐蝕性強的鈦基雙極板。2020年，鈦基雙極板生產線建成投產，國家電投成為全球第二個掌握鈦雙極板全套生產工藝的公司。
質子交換膜、雙極板、催化劑、擴散層、膜電極、電堆、空壓機、氫循環泵／引射器……5年間，燃料電池的八大關鍵部件，一個一個被攻克，國家電投實現了從材料到零部件再到燃料電池電堆和系統的全線自主化。
布局——選擇一條更難的路
▲2021年8月10日，國家電投70兆帕加氫站在延慶投入使用
“氫騰”燃料電池的科技攻堅之路，只是國家電投發力全產業鏈自主創新，打破國外技術壟斷的一個縮影。
近年來，從全產業鏈布局的戰略高度出發，國家電投從能源線和產品線兩方面統籌氫能業務發展。在能源線方面，協同推進可再生能源發電與制氫、加氫站建設及氫能綜合利用。在產品線方面，布局可適用于風光制氫的質子交換膜制氫裝置，加大燃料電池關鍵核心研發與產業化等，覆蓋了從科技研發、產品到市場轉化的完整產業鏈。
“如果只是單點突破，只需要應對局部挑戰，如果全產業鏈布局就必須應對全方位挑戰。這對企業來說或許是選擇了一條更難的路，但作為能源央企，這種責任無可回避。只有將產業鏈牢牢掌握在自己手中，才能避免在國際上受制于人。”國家電投氫能科技發展有限公司總經理張銀廣說。
全產業鏈布局，難在哪里？難在氫能產業鏈長并且環節眾多。氫能源的利用要從氫的制備開始，經過制備氫、儲存氫、運輸氫到最后分配氫、使用氫，“制、儲、運、用”每個環節的科技含量都很高，而其中最核心的環節當屬氫氣的制取。
目前，世界主流的制氫方式存在三種技術路線，即石油、天然氣、煤炭等化石能源重整制氫，工業副產品提純制氫以及電解水制氫。其中，質子交換膜電解水制氫具有能量密度高、電解效率高、氣體純度高等優勢，但技術難度也最高。
在位于北京市延慶區的國家電投氫能創新產業園，一套由3個高5.6米、長10米模塊組成的橇裝式質子交換膜純水電解制氫設備矗立于園區之內。國家電投中電智慧綜合能源有限責任公司副總經理孫向東說，這是國內首臺（套）兆瓦級新型電解水制氫裝置。通過與德國西門子能源公司的合作，企業走過了技術引進、消化吸收的階段，如今在部分關鍵制氫技術領域已經有了比肩國際巨頭的能力。
加氫站是氫能產業鏈中的重要環節，也是氫能實現大規模利用的關鍵。在國家電投旗下的中關村延慶園加氫站，工作人員現場向記者演示了加氫過程。一輛氫燃料大巴，一次加滿氫能只需10分鐘，續航能力可達到400千米，節省燃油約80千克。
孫向東說，這座加氫站在北京冬奧會和冬殘奧會期間，累計為73輛氫燃料客車提供了近700臺次加注服務，實現柴油替代35噸，減排二氧化碳120噸，未來這里將成為延慶區重要的氫能交通基礎設施之一。
“持續創新是我們最核心的競爭力。即便如今我們已經攻克了產業鏈上許多‘卡脖子’技術和難題，但我們仍著眼產業新趨勢，儲備新技術。”孫向東說。
開拓——落地的才是真實的
從氫能交通開始，國家電投力圖打開氫能廣闊的應用空間。近年來，公司系列關鍵技術的突破，為傳統交通抹上了“新綠”：氫能大巴落地，燃料電池汽車續航里程更長、環保性能更優；氫能無人機起飛，重量輕、噪音低、零碳排放；全國首臺氫能機車試運行，可降低長距離、高負荷交通運輸對傳統油氣燃料依賴……
“氫能產業鏈長、利用領域廣，在電力、化工、冶金等領域都擁有豐富的想象空間。”張銀廣說，圍繞氫能的“長價值鏈”，國家電投擘畫出清晰的戰略路線圖：打造氫能源生產和供應體系，提供燃料電池及相關終端應用產品，并提供面向用戶的綜合解決方案。
技術創新和產業拓展，離不開人才、資金各類要素的集聚。國家電投始終重視人才培養，僅國氫科技就擁有3位院士組成的專家顧問團隊和百余人的骨干研發團隊，其中碩博及以上學歷者占比超過90%。“5年來，國氫科技瞄準行業前沿技術，不斷加大研發投入。”柴茂榮感慨，正是公司這股自主創新的決心，讓研發團隊滿懷希望，堅定信念勇往直前，立志開拓出廣闊的氫能應用前景。
氫能能量究竟有多大？目前沒有終極答案。但可以確定的是，每一次技術突破，每一條生產線投產，都讓人們離“氫生活”更近了一些，讓中國企業在搶占全球“氫競爭”制高點中更快了一步。作為氫能科技前行者，國家電投的開拓創新沒有止境，依然在路上。
