氫氣的應用場景有哪些？

應用場景包括交通、工業、電力和建筑四大領域。

1.交通：我國氫燃料電池汽車產業正處在商業化初期階段

氫能源汽車發展前景廣闊，氫燃料電池為核心部件。氫燃料電池指的是氫通過與氧的化 學反應而產生電能的裝置。和電動車相比，氫燃料電池車續航足、加氫快；和傳統燃油 車比，氫燃料電池車又具有節能減排的屬性。因此，氫能源汽車被視為 21 世紀最具發展 潛力的清潔能源汽車，開發氫能已引起各國的高度重視。氫燃料電池汽車上游為汽車零 部件生產，主要包括氫燃料電池、電機、電控系統、儀表盤、車燈等。汽車廠商將各種零 部件組裝成氫燃料電池汽車，下游為汽車保險、汽車金融、汽車售后維修、汽車養護、汽 車 IT 等。

氫燃料電池系統中關鍵零部件是電堆與空壓機。氫燃料電池體系的核心電堆由雙極板和 膜電極構成，膜電極由反應催化劑、質子交換膜、氣體擴散層等組成。除電堆以外，氫燃 料電池系統還包括空氣供應系統、氫氣供給系統、水、熱管理員系統、電氣系統、控制系 統等。這些配套系統和電堆的有機結合、相互配合，共同完成了氫燃料電池系統的正常 運行，為負載輸出所需要的能量。空壓機對空氣進行增壓，為電池供給電壓和流速快的 清潔空氣，以滿足氫電池對空氣的要求。適用于氫燃料電池系統的空壓機需要滿足清潔、 低功耗、小尺寸、低噪音及少振動、動態反應快五大要求。

示范城市群計劃 2025 年實現 3.3 萬輛燃料電池汽車保有量，2025 年有望實現 10 萬輛的 保有量目標。2020 年 9 月五部委(財政部、工業和信息化部、科技部、國家發展改革委、 國家能源局)聯合發布了《關于開展燃料電池汽車示范應用的通知》(下簡稱通知)，啟動 燃料電池汽車城市群示范應用推廣。2021 年 8 月，京津冀、上海、廣東三大城市群示范 區首批入選。2021 年 12 月，河北、河南城市群第二批入選。至此，燃料電池汽車城市群 示范應用推廣形成“3+2”新格局。根據示范城市群的示范目標，2025 年合計為 3.3 萬輛， 考慮其他非示范氫能規劃持續落地，預計 2025 年中國氫燃料電池汽車 10 萬輛的保有量 目標有望實現。“京津冀示范城市群” 2022 年累計推廣燃料電池汽車數量為 1197 輛，完 成了 4 年示范期推廣總任務 5300 輛的 22.58%，完成率居五大示范城市群之首。在京津 冀城市群內部，2022 年北京市累計推廣了 887 輛燃料電池汽車，占據了該城市群 2022 年 推廣總數量的 74.1%。

2.工業：氫能助力鋼鐵企業實現產業結構和能源結構雙贏局面

目前我國鋼鐵企業面臨碳減排壓力過大 ，加快推進氫能的應用勢在必行。鋼鐵是第一大 碳排放的工業行業，2019 年我國鋼鐵總產量 9.96 億噸，占全世界總產量的 53.3%，而鋼 鐵產業 CO2 排放量為 22.27 億噸，約占我國碳排放總量的 16%，是碳排放量最多的行業 之一。目前氫氣在鋼鐵企業應用層面比較少，氫能除了具有能源燃料屬性外，還是重要 的工業原料。氫氣可代替焦炭和天然氣作為還原劑，可以消除煉鐵和煉鋼過程中的絕大 部分碳排放。利用可再生能源電力電解水制氫，然后合成氨、甲醇等化工產品，有利于 化工領域大幅度降碳減排。 氫冶金具有工藝流程短、產品質量高、節能減排的優勢。首先，碳冶金生產的鐵水，含 S、P、Cu、Zn 等有害元素含量較高，而氫冶金生產的海綿鐵，含 S、P、Cu、Zn 等有害 元素的含量相對較低，鐵的質量明顯提高。其次，與碳冶金相比，氫冶金短流程免除了 高污染、高能耗的燒結、焦化、高爐等工序，氫冶金 CO2、SO2排放量大幅減少。最后， 與傳統碳冶金相比，氫冶金工藝流程短。

3.電力：氫儲能有望成為電網的“穩定器”

氫儲能可以同時提高可再生能源的消納以及實現對電網的調峰調頻、平滑電網的輸出。 氫儲能體系是“電—氫—電”的轉換，是指將分布式可再生能源電力或電網中過剩的氫電力，通過電解水制氫轉換成氫氣的化學能，隨后利用氫氣發電技術將氫能再次轉換為電 力并輸送回電網，或運輸至用戶端進行分布式發電。相比其他儲能方式，氫儲能在“電— 氫—電”的轉換過程中，可以同時提高可再生能源的消納以及實現對電網的調峰調頻、平 滑電網的輸出，有助于構建以可再生電力為主的新型電力系統，保障我國能源安全。未 來隨著可再生能源電力并網規模的增加，不穩定的風電、光伏發電必將對電網的穩定性 造成較大沖擊，氫儲能將對電網的穩定性發揮重要作用。

堿性電解水制氫下氫發電系統的度電成本為 0.75 元/kWh 左右。測算全生命周期度電成 本是目前儲能常用的成本衡量指標，計算公式為：儲能電站總成本/儲能電站總處理電量。 全生命周期儲能電站總成本分為安裝成本和運行成本，安裝成本主要包括儲能系統成本 和土建成本等初始投資，運行成本則包括運維成本、人工成本、回收殘值等。全生命周 期儲能電站總處理電量主要指氫發電系統的發電總量。以我國正在建設的全球最大的氫 儲能發電項目——張家口 200MW/800MWh 氫儲能發電工程項目為例，其制氫技術為堿 性電解水制氫，采用固態儲氫裝置。假設設備折舊年限為 10 年，土地及房屋折舊年限為 40 年。從預計運行情況測算，該氫儲能項目的度電成本預計在 0.75 元 /kWh 左右。

4.建筑：“天然氣摻氫”+“熱電聯供”助力建筑供熱領域碳減排

在建筑行業，一方面天然氣摻氫用作家用燃料，可以降低燃氣使用碳排放強度。另一方 面，氫驅動的燃料電池熱電聯供系統，為建筑物供電供熱，綜合能源利用效率超過 80%。 利用摻氫天然氣供暖是實現建筑領域能源消費低碳轉型最有潛力的發展方向。加拿大、 美國和西歐等主要供暖市場已有成功經驗，將一定比例的氫氣混合到天然氣管網中，對 鍋爐和煤氣灶等最終使用設備幾乎沒有影響。2022 年 1 月，國家電投荊門綠動電廠成功 實現 15%摻氫燃燒改造和運行，成為全球首個在天然氣商業機組中進行摻氫燃燒的聯合 循環、熱電聯供示范項目。

歐美日韓在燃料電池熱電聯供領域的技術和應用都處于全球領先地位，我國燃料電池熱 電聯供市場正逐漸鋪開。熱電聯供系統指在氫氣發電過程中將供熱和發電聯合在一起， 將氫氣發電過程中原本浪費的熱能加以利用，為工業建筑或居民提供廉價的取暖用熱， 從而提升能源利用效率。作為全球小型熱電聯供的最大市場，日本的家用燃料電池熱電 聯供 Ene-Farm 項目已部署了超過 40 萬臺套；東芝也推出 H2Rex 系列系統，用于零售店 和酒店等小型商業應用。美國和韓國專注于開發兆瓦級的大型燃料電池分布式發電站系 統，Bloom Energy、FuelCell Energy、LG、斗山等企業均有布局。而我國生物燃料電池熱 電聯供市場正處于發展初期，在各項政策推動下，小規模示范應用正在穩步鋪開。