從交通到儲能，全國這樣“玩轉”氫能

　　氫能被視為21世紀最具潛力的清潔能源，是未來(lái)能源領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。2024年我國政府工作報告中提到加快氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，發(fā)展氫能不僅關(guān)系到我國能源安全和環(huán)境保護，更是推動(dòng)經(jīng)濟轉型升級、實(shí)現綠色發(fā)展的關(guān)鍵力量。

　　氫能目前主要應用在能源、冶金、化工等領(lǐng)域，隨著(zhù)頂層政策設計和氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，氫能的應用呈現多元化發(fā)展，在交通、儲能、工業(yè)、電力、建筑等領(lǐng)域的運用也在逐步擴展并成熟。

　　陸地交通：

　　成本下降助推氫燃料電池廣泛運用

　　打開(kāi)環(huán)衛車(chē)“油箱蓋”，向內加注氫燃料，幾分鐘后，拔槍、啟動(dòng)，車(chē)輛緩緩開(kāi)走……這樣的場(chǎng)景是廣州高新區加氫站里的日常一幕。

　　在廣州高新區，這樣的加氫站有11座，為500輛氫燃料電池車(chē)提供加氫服務(wù)，創(chuàng )造了全國最大規模的氫燃料電池車(chē)示范項目。

　　不止廣州，就在距離廣州2153公里的天津，同樣有一座氫能交通樞紐。這座位于天津的氫能交通集群有這樣3條零碳貨運線(xiàn)路——“天津港-榮程鋼鐵廠(chǎng)區-靜海區客戶(hù)端”“天津港-河北定州旭陽(yáng)焦化-榮程鋼鐵廠(chǎng)區”“榮程鋼鐵廠(chǎng)區-河北霸州客戶(hù)端”，自2021年8月以來(lái)，4座加氫站已建成投用，275輛氫燃料電池重卡實(shí)現穩定運營(yíng)，氫能重卡累計減排二氧化碳近10000噸。

　　氫能在交通領(lǐng)域得到快速發(fā)展，原因有多個(gè)方面，其中之一就是氫燃料電池技術(shù)的成熟。氫燃料電池是交通領(lǐng)域中氫能應用最為成熟的部分，氫燃料電池將化學(xué)能轉換為電能，進(jìn)而驅動(dòng)車(chē)輛行駛。這種車(chē)輛類(lèi)型具有零排放、高效率、低噪音、續航能力強、加氫快、載重量大等優(yōu)勢，適用于重型和長(cháng)途運輸。

　　還是以廣州高新區氫燃料電池車(chē)示范項目為例，500輛氫燃料電池車(chē)里除了重卡，還包括4.5噸冷藏車(chē)、清掃車(chē)、物流車(chē)、公共巴士等眾多車(chē)型，是廣州在氫燃料電池車(chē)應用場(chǎng)景中的一項重大突破，也是粵港澳大灣區首次實(shí)現雙極板、空氣壓縮機、氫氣循環(huán)器三大關(guān)鍵零部件及燃料電池系統本地化生產(chǎn)，車(chē)輛采用國內領(lǐng)先的動(dòng)力配置，燃料電池系統綜合效率超63.8%。

氫燃料電池是交通領(lǐng)域中氫能應用最為成熟的部分，其將化學(xué)能轉換為電能，進(jìn)而驅動(dòng)車(chē)輛行駛。圖為廣州高新區氫燃料電池車(chē)示范項目。

　　全工作周期只排放水，并且能實(shí)現多種場(chǎng)景應用的氫燃料電池之所以能大面積推廣，還有高成本問(wèn)題得以攻堅的原因。

　　幾年前在制造環(huán)節，國內的氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，大多尚未實(shí)現批量化生產(chǎn)，部分核心材料、技術(shù)存在發(fā)展瓶頸，企業(yè)研發(fā)投入較高，產(chǎn)品產(chǎn)量較小，制造成本居高不下?，F在氫燃料電池已進(jìn)入成本下降的快速通道，與十多年前動(dòng)力電池成本快速下降軌跡相似。中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授、國際氫能與燃料電池協(xié)會(huì )理事長(cháng)歐陽(yáng)明高表示，技術(shù)進(jìn)步和規?；a(chǎn)使得燃料電池系統成本正在快速下降，預計到2030年會(huì )降到500元/kW。

　　航運領(lǐng)域：

　　可滿(mǎn)足港口和不同船舶的能源需求

　　國際海事組織的數據顯示，全球航運業(yè)的溫室氣體排放量約占世界總排放量的2.5%，航運業(yè)向更可持續能源轉型具有緊迫性。氫能作為一種清潔能源，正在被廣泛研究和探索，以實(shí)現港口和遠洋航運的脫碳目標。

　　氫能在船舶運輸方面的運用同樣體現在氫燃料電池上。氫燃料電池船舶因其零排放的特性，被視為實(shí)現航運業(yè)減排目標的有效解決方案之一。氫能船舶除了環(huán)保優(yōu)勢外，還具備續航里程長(cháng)、動(dòng)力穩定可靠等優(yōu)點(diǎn)。根據市場(chǎng)研究，預計到2025年，氫燃料電池系統船舶的數量將顯著(zhù)增加，市場(chǎng)規模有望達到百億元級別。

　　氫燃料電池適用于不同類(lèi)型的船舶和應用場(chǎng)景，包括內河船舶、沿海船舶和遠洋船舶，能夠滿(mǎn)足不同的能源需求。早在2019年，中國船舶集團已經(jīng)自主研發(fā)了2000噸級氫燃料電池自卸貨船，顯示了國內在這一領(lǐng)域的初步探索。2023年10月11日，國內首艘入級中國船級社氫燃料電池動(dòng)力船“三峽氫舟1”號在湖北宜昌順利完成首航。這標志著(zhù)氫燃料電池技術(shù)在內河船舶應用實(shí)現零的突破。

　　盡管氫能船舶具有巨大潛力，但仍面臨技術(shù)挑戰，包括船舶空間限制、儲氫困難、配套設施不完善等。隨著(zhù)氫能船舶的大規模使用，氫能港口的建設尤為重要。

　　氫能港口建設是一個(gè)重要的戰略方向，我國的一些港口早已開(kāi)始積極探索和實(shí)施氫能港口建設項目。我國首個(gè)全場(chǎng)景氫能港口——山東青島港，就是氫能產(chǎn)業(yè)的一個(gè)典型案例。這主要得益于其構建了全國首個(gè)港口低碳清潔能源供給體系。

　　青島港于2022年建成了國內首座全資質(zhì)港口加氫站，實(shí)現全天候智能化、實(shí)時(shí)化、動(dòng)態(tài)化安全運營(yíng)管控;量身定制液驅式壓縮機，滿(mǎn)足氫能車(chē)輛高頻加注需求;配備大流量雙槍加氫機，充裝效率提高50%，日加氫能力1000公斤以上，累計加氫量超80000公斤，減少碳排放超1000噸，構建了“低成本、高效率、高可靠”的港口氫能供給體系。

　　青島港在全國率先實(shí)現港口氫能車(chē)輛規?；痉哆\營(yíng)，錨定港口專(zhuān)用車(chē)型氫電耦合需求，研發(fā)港口專(zhuān)用氫能集卡，最大牽引能力超70噸，百公里運行氫耗低至9.7公斤;推廣應用各類(lèi)港口專(zhuān)用氫能車(chē)輛50輛，累計運營(yíng)里程80萬(wàn)公里。此外，青島港還率先研制全球首艘7000匹超大功率氫電混合動(dòng)力拖輪，真正實(shí)現零排放、零污染，為船舶低碳環(huán)保轉型樹(shù)立新標桿。

　　工業(yè)領(lǐng)域：

　　全球最大綠氨項目落地吉林大安

　　氫氣還是一種重要的工業(yè)原料，其在石油和化工行業(yè)中用于生產(chǎn)多種化工產(chǎn)品，廣泛應用于合成氨、合成甲醇等化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中。在冶金工業(yè)中，氫氣可以作為還原劑，替代焦炭和天然氣，有助于減少煉鐵和煉鋼過(guò)程中的碳排放。

　　氫能在冶金領(lǐng)域的應用主要體現在鋼鐵產(chǎn)業(yè)的綠色轉型中。氫能作為一種清潔能源，可以替代傳統的化石燃料，用于鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中的還原反應，從而減少二氧化碳的排放。

　　利用氫作為還原劑代替碳還原，是減少長(cháng)流程煉鋼CO2排放的重要途徑之一。氫能可以替代化石燃料應用于高爐煉鐵、燒結、熱風(fēng)爐、石灰窯、軋鋼加熱爐等生產(chǎn)工序。另外，還有高爐富氫冶煉技術(shù)，向高爐內噴吹富氫氣體或氫氣，有助于增加生鐵產(chǎn)量，降低碳排放;還有氣基直接還原豎爐工藝，利用H2、CO混合氣體將鐵礦石轉化為直接還原鐵，減碳幅度可達50%以上。

　　在工業(yè)當中，氫氣同樣可以通過(guò)與二氧化碳反應合成簡(jiǎn)單的含碳化合物，如甲醇、甲烷、甲酸或甲醛等。這些化合物液化后易存儲、方便運輸、能量密度高、不易爆炸，并且作為液態(tài)燃料實(shí)質(zhì)上可以達成零碳排放，是一種適合于除輸電之外的可再生能源儲存和運輸模式。

　　綠氨是極具前景的氫能發(fā)展方向。一方面綠氨可以作為綠氫的載體，解決氫儲運難題;另一方面，綠氨也可以直接應用于燃料電池或者作為燃料燃燒。

　　就在吉林大安市，就有這樣一座綠氨項目——吉林大安風(fēng)光制綠氫合成氨一體化示范項目(簡(jiǎn)稱(chēng)“大安項目”)。該項目不僅是中國在氫能領(lǐng)域的一項重要創(chuàng )新實(shí)踐，也是全球最大的綠氨項目。

　　大安項目是由綠氫合成氨，不是單純的制氫、儲氫、加氫，而是風(fēng)光制氫合成氨一體化項目。大安項目工程總占地面積約28.12萬(wàn)平方米，項目總投資63.32億元，由新能源與制氫合成氨兩部分組成，其實(shí)現了6項技術(shù)國內第一、3項技術(shù)國際領(lǐng)先。這些技術(shù)包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能、氫能、綠氨等多種清潔能源形式，形成了電-氫-氨全產(chǎn)業(yè)鏈。項目投產(chǎn)后，預計每年可減少CO_2排放65萬(wàn)噸，有力助推我國實(shí)現碳達峰碳中和目標。

　　建筑領(lǐng)域：

　　熱電聯(lián)供助力建筑節能改造

　　建筑領(lǐng)域需要消耗大量的電能和熱能，已與交通領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域并列為我國三大“耗能大戶(hù)”。據《2020中國建筑能耗研究報告》，2018年全國建筑全過(guò)程碳排放總量為49.3億噸，占全國碳排放的比重為51.3%，其中建筑運行階段碳排放21.1億噸，占全國碳排放的比重為21.9%。

　　隨著(zhù)低碳轉型的需求，氫能建筑開(kāi)始受到關(guān)注。氫能建筑的可行性、可持續性和靈活性正在接受實(shí)踐和市場(chǎng)的檢驗。

　　首先是氫燃料電池熱電聯(lián)供技術(shù)開(kāi)始投入使用。氫燃料電池不僅能為交通提供能源，還可以用于建筑的電力供應，同時(shí)余熱可以回收用于供暖和熱水供應。氫能建筑利用燃料電池熱電聯(lián)供系統的高效利用，可以同時(shí)提供冷、熱、電和生活熱水供應，整體能量利用率高。這種熱電聯(lián)產(chǎn)方式的綜合效率可以達到85%左右，相比單獨發(fā)電的效率有顯著(zhù)提升。

　　當前，我國氫能在建筑領(lǐng)域的燃料電池熱電聯(lián)供的使用還處在項目示范應用階段。2021年11月，全國首座氫能進(jìn)萬(wàn)家智慧能源示范社區項目——丹青苑社區在佛山南海正式投運，標志著(zhù)佛山率先引入氫燃料電池為社區供能。該項目建筑面積超10萬(wàn)平方米，通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新，將太陽(yáng)能光伏引入電解水制氫設備，同時(shí)配置氫燃料電池聯(lián)供設備，為社區住戶(hù)提供不間斷的電力、暖氣和生活熱水，實(shí)現能源自給和二氧化碳零排放，把普通的居民社區建設成一個(gè)擁有風(fēng)、光、電、氣多種能源互補系統的智慧能源社區。

　　目前，包括四川、遼寧、北京、珠海、深圳等在內的13個(gè)省、40多個(gè)市縣都在積極推進(jìn)氫燃料電池熱電聯(lián)供項目的發(fā)展，并提出了具體的政策和目標。比如，2022年8月，《遼寧省氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃(2021-2025年)》提出，到2025年，全省分布式發(fā)電系統、備用電源、熱電聯(lián)供系統裝機容量達到100兆瓦。

　　在建筑物中引入氫能利用系統，可以作為建筑節能改造和打造凈零能耗建筑的有效解決方案。例如，豐田公司在其總部大樓棱鏡大廈中引入了氫能源系統，利用太陽(yáng)能發(fā)電制造的綠氫和燃料電池在用電高峰時(shí)為建筑提供電力。

　　氫能供電：

　　氫儲能有效實(shí)現“削峰填谷”

　　氫能作為一種新型儲能形式，可以在用電低谷期利用富余的可再生能源電力電解水制取氫氣，然后在高峰期通過(guò)燃料電池或氫氣透平裝置發(fā)電并入電網(wǎng)，實(shí)現電能的儲存和轉換。氫儲能具有高密度、大容量和長(cháng)周期儲存的特點(diǎn)，可以提供調峰輔助容量，緩解電網(wǎng)峰谷差。

　　氫能與電力協(xié)同發(fā)展可以提供能源生產(chǎn)、儲存、轉化、應用等多層面的靈活性，有效平抑新能源發(fā)電的波動(dòng)性。氫儲能可作為“虛擬輸電線(xiàn)路”，在輸配電系統阻塞時(shí)釋放電能，減少對輸配電系統容量的要求，可以參與電力需求響應，實(shí)現電價(jià)差額套利，提高電力系統的經(jīng)濟性和運行效率。

　　另外，氫儲能可以作為能源樞紐，在源側和荷側實(shí)現多能源互補，促進(jìn)綜合能源基地建設和綜合能源服務(wù)站的形成。氫儲能的大規模發(fā)展有助于電力系統形態(tài)的演進(jìn)，促進(jìn)新能源電力占比的提升，增強微電網(wǎng)系統的滲透率和電力系統的抗風(fēng)險能力。

　　安徽六安兆瓦級制氫綜合利用示范工程就是氫儲能電站的典型案例。這是國內首座兆瓦級氫儲能電站，利用質(zhì)子交換膜電解制氫和余熱利用技術(shù)，標志著(zhù)我國首次實(shí)現兆瓦級制氫-儲氫-氫能發(fā)電的全鏈條技術(shù)貫通。據悉，該示范項目采用PEM(水電解制氫)技術(shù)，年制氫72.3萬(wàn)標立方，氫發(fā)電127.8萬(wàn)千瓦時(shí)，是新型電力系統的重要組成部分，主要用于調峰需求，可以將過(guò)剩的電力轉化為氫能儲存起來(lái)，代替火力發(fā)電調峰，從而實(shí)現“削峰填谷”，推進(jìn)電制氫技術(shù)應用和多能互補自愈式微電網(wǎng)應用。

　　不止安徽，各地“氫”起。各地對于氫能發(fā)電的探索處于百花齊放的狀態(tài)。就在寧夏，寧夏寶豐一體化太陽(yáng)能電解水制氫儲能及綜合應用示范項目是全球單廠(chǎng)規模最大、單臺產(chǎn)能最大的電解水制氫項目，采用新能源發(fā)電—電解水制綠氫—綠氧直供煤化工的模式，每年可減少二氧化碳排放約44.5萬(wàn)噸;不止陸地，就在海上，大陳島氫能綜合利用示范工程是全國首個(gè)海島“綠氫”綜合能源示范項目，通過(guò)構建基于100%新能源發(fā)電的制氫—儲氫—燃料電池熱電聯(lián)供系統，實(shí)現了清潔能源的百分百消納與全過(guò)程零碳供能。

　　■ 觀(guān)察

　　追溯源頭：“綠氫”如何制取?

　　氫能產(chǎn)業(yè)鏈的上游包括制氫，中游包括氫的儲存和運輸，下游則涉及氫的綜合應用。中國作為世界上最大的制氫國之一，正積極推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并探索多種制氫技術(shù)路線(xiàn)，包括化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫、電解水制氫等。

　　氫能是實(shí)現全過(guò)程零碳供能的方法之一，但是倘若它的制配方法不夠綠色，也不能稱(chēng)之為“綠氫”。我們現在通常說(shuō)的“綠氫”便是用可再生能源制配出的氫能，這種氫氣因其生產(chǎn)過(guò)程中的低碳或零碳排放特性，被認為是未來(lái)能源轉型和實(shí)現碳中和目標的關(guān)鍵技術(shù)之一。

　　《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(cháng)期規劃(2021-2035年)》中明確提出，到2035年，形成氫能多元應用生態(tài)，可再生能源制氫在終端能源消費中的比重將明顯提升，對能源綠色轉型發(fā)展起到重要支撐作用。

　　水電解制氫是目前技術(shù)最為成熟且應用最廣泛的可再生能源制氫方式。使用可再生能源產(chǎn)生的電力通過(guò)電解水(H?O)分解成氫氣(H?)和氧氣(O?)。目前，用得比較多的制氫可再生能源主要有太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能等可再生能源。

　　光伏制氫便是利用太陽(yáng)能光伏板產(chǎn)生的電能進(jìn)行電解水制氫的方法。在新疆，就有這樣一座綠氫示范項目——新疆庫車(chē)綠氫示范項目，該項目采用光伏發(fā)電直接制氫，自2023年6月30日順利產(chǎn)氫以來(lái)，截至2024年5月30日，已安全平穩運行335天。項目滿(mǎn)負荷生產(chǎn)后，每年可減少二氧化碳排放量約48.5萬(wàn)噸。

　　新疆庫車(chē)綠氫示范項目位于新疆阿克蘇地區，采用光伏發(fā)電直接制氫，結合塔河煉化公司用氫需求，建設產(chǎn)、儲、輸、用氫一體化的綠氫煉化項目。項目電解水制氫能力2萬(wàn)噸/年、儲氫能力28萬(wàn)標立方。全球已投產(chǎn)的項目中，僅有新疆庫車(chē)綠氫項目電解槽規模達到260MW。