21領(lǐng)域！工業(yè)、發(fā)電、建筑...氫能應(yīng)用行業(yè)居然這么多！
發(fā)布時間：2021-12-17 10:17:24
談到對氫能的利用，或許很多人第一印象是氫燃料電池大巴車，因?yàn)樗呀?jīng)成為冬奧會交通運(yùn)輸?shù)臉?biāo)配。但事實(shí)上除了在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，人們對氫能的利用方式有很多種是你意想不到的。
當(dāng)宇通、吉利、東風(fēng)等公司的氫燃料電池車在路上競速行駛的時候，有很多人正騎著永安行的氫能自行車，操控著未來氫能亦或是氫航科技的無人機(jī)，拍攝著寶武集團(tuán)或者河鋼集團(tuán)利用氫能大煉鋼鐵的場景。
當(dāng)人們打開燃?xì)忾_關(guān)，用著中石油摻了氫氣的天然氣燒了一壺水，準(zhǔn)備簽收利用氫燃料電池貨船送來的外國代購商品的時候……你會不知不覺地發(fā)現(xiàn)，生活的一切似乎都變得“氫”風(fēng)徐來！
一、交通運(yùn)輸部門
目前氫能應(yīng)用場景日漸豐富，在我國氫能應(yīng)用比例最大的是交通領(lǐng)域，預(yù)計(jì)到2050年，交通運(yùn)輸領(lǐng)域氫能消耗量在全球氫能消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比接近40%。交通運(yùn)輸領(lǐng)域不僅氫燃料電池車在汽車領(lǐng)域占據(jù)一定空間，氫燃料電池船舶及氫燃料電池飛機(jī)也將迅猛發(fā)展。
01氫燃料電池車
與純電動汽車相比,氫燃料電池汽車的燃料加注時間短、續(xù)航里程長,隨著綠色氫能技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展帶來的成本的下降,綠氫將在交通運(yùn)輸領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用。
（1）氫燃料電池乘用車
氫燃料電池汽車是氫能高效利用的最有效途徑，當(dāng)前全球多個國家都在積極布局氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈。聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署駐華代表白雅婷在8日舉行的“2021聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署氫能產(chǎn)業(yè)大會”上說，過去五年里，氫能燃料電池汽車在中國各地城市開展了示范運(yùn)營，中國氫能燃料電池汽車產(chǎn)量已有近8000輛之多，并已建成100多個加氫站，中國交通領(lǐng)域正走在氫能應(yīng)用的前沿。
（2）氫燃料電池重卡
在國家“雙碳”目標(biāo)下，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展正步入快車道，氫燃料電池重卡正成為新的發(fā)展趨勢，國內(nèi)外企業(yè)都已開始布局。長續(xù)航、大載重的重卡領(lǐng)域，被普遍認(rèn)為是氫燃料電池非常重要的應(yīng)用場景。
今年11月30日上午9時20分，一輛輛氫燃料電池重卡汽車從內(nèi)江國際會展中心駛出，標(biāo)志著西部首條氫燃料電池重卡示范線在內(nèi)江正式運(yùn)營。當(dāng)天，四川省和重慶市在成都、九龍坡區(qū)和內(nèi)江三地同時舉行“成渝氫走廊”啟動暨氫燃料電池物流車首發(fā)儀式。
（3）氫物流卡車
京東物流于2018年6月首次推出氫物流卡車，以彌補(bǔ)其"618"促銷活動期間不斷增長的運(yùn)輸需求。這些卡車能夠在三分鐘內(nèi)補(bǔ)充氫燃料，行程超過350公里。其他電子商務(wù)和物流公司也緊隨其后，但僅限于區(qū)域內(nèi)運(yùn)輸。
（4）自行車
最近，自行車成了氫能應(yīng)用熱點(diǎn)！在攀業(yè)在佛山大會上公布獲取南海區(qū)政府1000輛兩輪車訂單后，天能股份與雅迪在氫燃料電動自行車方面達(dá)成戰(zhàn)略合作。9月28日永安行科技股份有限公司研發(fā)的氫能自行車正式入駐該公園的未來智谷。作為當(dāng)前中國共享交通領(lǐng)域的“黑科技”代表，這款氫能自行車受到了現(xiàn)場不少嘉賓和市民的青睞。
（5）叉車
因燃料電池恒功率輸出和充氫氣時間短的特點(diǎn)，可以顯著提高叉車的工作效率，并且具有更長的使用壽命，使其氫能在叉車上的應(yīng)用也逐漸備受重視。
10月8日，在燕山石化氫能叉車場景應(yīng)用啟動儀式上，天津港保稅區(qū)臨港氫能產(chǎn)業(yè)示范區(qū)企業(yè)——天津新氫動力科技有限公司正式交付燕山石化37臺氫燃料電池叉車。氫燃料電車叉車將主要用于燕山石化儲運(yùn)廠高壓、低壓粉料、PIA包裝庫房及物質(zhì)裝備中心化學(xué)品庫區(qū)等場景，實(shí)現(xiàn)對原有內(nèi)燃機(jī)叉車的替換，開啟石化行業(yè)工業(yè)車輛“氫新時代”，更標(biāo)志著氫燃料電池叉車實(shí)現(xiàn)國內(nèi)首次批量化商業(yè)應(yīng)用。
（6）其他
氫動智能無人運(yùn)輸車、應(yīng)急救援車、平衡車、觀光車等也在被逐步研發(fā)，具有續(xù)航里程長、加注時間短、動力充足等優(yōu)點(diǎn)，相信以后也會逐步進(jìn)入大眾的視野。
02鐵路（氫能機(jī)車）
隨著鐵路交通領(lǐng)域的發(fā)展，我們國家的高鐵已成為一張靚麗的名片，大家見到的高鐵列車多為電力機(jī)車牽引。然而，除主要干線架設(shè)電網(wǎng)使用電力機(jī)車外，其他線路多使用內(nèi)燃機(jī)車。在電網(wǎng)遇到電力供應(yīng)不足時，也使用內(nèi)燃機(jī)車作為主要動力。內(nèi)燃機(jī)車輸入能源為柴油，會產(chǎn)生大量二氧化碳、甲烷等溫室氣體，而氫能機(jī)車的出現(xiàn)，將有望改善這種現(xiàn)狀。氫燃料電池實(shí)際上是將氫氣與氧氣反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置，是氫能利用環(huán)節(jié)的核心設(shè)備。
10月29日，全國首臺氫燃料電池混合動力機(jī)車從國家電投錦州—白音華鐵路（簡稱錦白鐵路）大板東站成功駛出，標(biāo)志著我國軌道交通裝備在新能源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)由產(chǎn)品開發(fā)到實(shí)踐應(yīng)用的重大跨越，開創(chuàng)國內(nèi)氫能機(jī)車上線試運(yùn)行的先例。
由于沒有任何污染物的排放，也不用重新架設(shè)取電網(wǎng)，相較傳統(tǒng)燃油和電力機(jī)車，氫燃料電池混合動力機(jī)車在相對密閉的地鐵、隧道、礦山等環(huán)境下使用優(yōu)勢更加明顯，應(yīng)用和維護(hù)成本也更低。
03航空
航空業(yè)的快速增長使其成為未來交通運(yùn)輸領(lǐng)域溫室氣體排放的主要來源之一，對氣候和環(huán)境的影響越來越顯著。航空業(yè)使用氫能源不但可以實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放，同時還能有效減少其他污染物的排放量，具有非常明顯的優(yōu)勢。
氫的高能量也引起了飛機(jī)制造商的關(guān)注。在英國，2020年看到了六座氫乘用飛機(jī)的飛行，而空中客車公司公布了全球首款零排放民用飛機(jī)的三種概念機(jī)型，并計(jì)劃于2035年投入使用。他們認(rèn)為氫動力飛機(jī)的維護(hù)成本要比電池飛機(jī)低，因?yàn)殡姵氐氖褂脡勖邢蕖?/span>
氫燃料電池在無人機(jī)飛行器領(lǐng)域的研發(fā)具有開拓性的意義和廣闊的應(yīng)用前景。氫動力無人機(jī)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于天然氣泄漏檢測、海事搜索與巡查、大面積林草防火巡查、大范圍地理信息采集、照明無人機(jī)的應(yīng)急搜救等復(fù)雜作業(yè)類型。
氫能航空被認(rèn)為是航空業(yè)未來實(shí)現(xiàn)污染物零排放和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。雖然氫能具有綠色環(huán)保、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，但發(fā)展氫能航空還需要突破氫燃燒、氫燃料加注和儲存等一系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
04海事行業(yè)
海運(yùn)業(yè)是溫室氣體主要排放源之一，船舶領(lǐng)域減碳脫碳工作也已是當(dāng)務(wù)之急。近年來，研究清潔、高效、可持續(xù)發(fā)展的新能源動力推進(jìn)技術(shù)已經(jīng)成為綠色船舶的重要發(fā)展方向，而將零排放的氫燃料電池技術(shù)應(yīng)用于船舶，則被普遍視為一種有效的解決方案。全球范圍內(nèi)，不少國家和企業(yè)將推動船舶業(yè)的脫碳進(jìn)程作為實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)的重要手段。
2021年1月，大連海事大學(xué)新能源船舶動力技術(shù)研究院牽頭建造的中國第一艘燃料電池游艇“蠡湖”號通過試航，標(biāo)志著我國燃料電池在船舶動力上的實(shí)船應(yīng)用邁出關(guān)鍵一步。
2021年5月，廣東省南海區(qū)成功舉行“仙湖1號”氫能游船下水，該船由廣東中氫博創(chuàng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司研發(fā)，也標(biāo)志著南海區(qū)正式跨入氫能船舶時代。
盡管“氫能上船”呼聲漸起，但是氫能船舶的投用仍需克服成本、技術(shù)、法規(guī)、安全、監(jiān)管和管理方面存在的各種困難。同時，作為一項(xiàng)新的能源技術(shù)，氫能船舶的推廣應(yīng)用還面臨許多問題。
二、工業(yè)領(lǐng)域
隨著國家碳達(dá)峰、碳中和“頂層設(shè)計(jì)”的落地，氫能產(chǎn)業(yè)不斷獲得國家政策的“加持”。其中，氫在多個難以脫碳領(lǐng)域的“不可替代性”正備受關(guān)注。近日，工信部印發(fā)的《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》提出，提升清潔能源消費(fèi)比重，鼓勵氫能等替代能源在鋼鐵、水泥、化工等行業(yè)的應(yīng)用。
中能建氫能源有限公司董事長李京光表示，傳統(tǒng)的冶金、水泥、化工等難以脫碳的領(lǐng)域，正面臨著越來越大的壓力，一方面，國家的碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)使其減排壓力越來越大；另一方面，歐美發(fā)達(dá)國家設(shè)置的綠色能源和綠色產(chǎn)品壁壘，已經(jīng)影響到這些行業(yè)企業(yè)的出口和銷售，而這類傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域要達(dá)到減碳的目的，用氫替代傳統(tǒng)化石能源是唯一的選擇。
01氫能冶金
氫能冶金是金屬冶煉行業(yè)碳減排的一種重要途徑，目前的研發(fā)應(yīng)用主要集中在鋼鐵領(lǐng)域。鋼鐵是世界上最大的碳排放源之一，煉鋼過程中會產(chǎn)生很多的二氧化碳。在全球應(yīng)對氣候變化形勢下，主要國家或經(jīng)濟(jì)體制定了碳減排目標(biāo)，鋼鐵企業(yè)紛紛進(jìn)行減碳技術(shù)研究，以應(yīng)對已經(jīng)到來的碳減排挑戰(zhàn)。
2019年11月，德國蒂森克虜伯鋼鐵集團(tuán)正式注入杜伊斯堡9號高爐；奧地利林茨奧鋼聯(lián)鋼廠6MW電解制氫裝置投產(chǎn)，開啟了氫能冶金時代。中國寶武鋼鐵、鞍鋼、酒鋼等均開始可再生能源制氫-氫能冶金立項(xiàng)，探尋循環(huán)經(jīng)濟(jì)的可行性。
02煉油加氫
在煉油過程中,需要使用氫氣對油品進(jìn)行加氫裂化、加氫精制等處理出去雜質(zhì),提高中間餾分油的精收效率，以獲得更多高附加值產(chǎn)品。
03氫化工
氫能可以促進(jìn)傳統(tǒng)化石能源的轉(zhuǎn)型升級，由燃料向原料徹底轉(zhuǎn)變，杜絕了將煤炭作為原料使用時中間過程排放的二氧化碳，從而實(shí)現(xiàn)煤炭作為原料利用過程二氧化碳零排放。
用綠氫耦合煤化工產(chǎn)業(yè)，可實(shí)現(xiàn)壓煤減碳、節(jié)能降耗的目標(biāo)。用于合成氨、甲醇，合成甲烷等工業(yè)原料和燃料。
04水泥煅燒
水泥是世界上使用最廣泛的制造材料，但水泥廠通常都規(guī)模小、分散且資金不足，要敦促它們?yōu)槿祟惖母ｌ矸?wù)十分困難。在印度和非洲等地，水泥（與水和骨料混合以生產(chǎn)混凝土）的需求勢必飆升。這意味著還將生成巨量二氧化碳。氫能作為燃料，替代化石能源，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排，可以用于水泥煅燒。
05陶瓷產(chǎn)業(yè)
建陶產(chǎn)業(yè)一直都是能源消耗大戶，加快能源結(jié)構(gòu)調(diào)整是轉(zhuǎn)型升級中的重要一環(huán)。在“雙碳”的戰(zhàn)略目標(biāo)之下，氫能無疑為陶企的脫碳之路開辟了一條新道路。
目前，包括蒙娜麗莎、科達(dá)、薩克米、SITI B&T、Porcelanosa(寶路莎)等國內(nèi)外多家頭部陶企已啟用氫能的相關(guān)應(yīng)用和研發(fā)，國內(nèi)幾大窯爐公司也將氫能等非化石燃料作為窯爐能源替代的研究方向。
06天然氣摻氫
將風(fēng)/光能轉(zhuǎn)化的部分電能用于電解水制氫，并將氫氣以一定比例摻入天然氣，形成摻氫天然氣，再利用新建管網(wǎng)或在役天然氣管網(wǎng)輸送至用戶終端、加氣站和儲氣庫等，可起到儲能和電力負(fù)荷削峰填谷的作用，同時避免了新建輸氫管道所需的高昂建造成本。
當(dāng)前，在一些重點(diǎn)工業(yè)領(lǐng)域，氫能應(yīng)用已存在一定基礎(chǔ)。據(jù)李慶勛介紹，2020年，中國鋼研科技集團(tuán)有限公司、河鋼集團(tuán)等企業(yè)已啟動氫冶金項(xiàng)目。今年，寶豐能源寧東化工基地太陽能電解水制氫正式投產(chǎn)，氫氣產(chǎn)能達(dá)2萬標(biāo)方/小時；中國石油玉門油田清潔能源制氫納入甘肅省“十四五”規(guī)劃，并被確立為該省氫能源產(chǎn)業(yè)鏈鏈主企業(yè)。
“一系列利好政策的密集發(fā)布，將對氫能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展發(fā)揮引領(lǐng)作用。”中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院氫能研究所副所長李慶勛表示，未來，氫能在工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用將持續(xù)加快，其中，冶金、水泥、化工、建筑和發(fā)電等行業(yè)將成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“突破口”。
三、電力
在技術(shù)、成本、政策等推動下，氫能作為電力介質(zhì)和紐帶成為可能，在高滲透率可再生能源電力系統(tǒng)中扮演著越來越重要的角色。氫能可以通過一定的途徑轉(zhuǎn)化為電能，氫能燃料也正逐步應(yīng)用于發(fā)電機(jī)和燃料電池。通過氫能發(fā)電機(jī)和燃料電池兩種技術(shù)手段，均可以實(shí)現(xiàn)由氫能向電能的轉(zhuǎn)化。
01氫能發(fā)電機(jī)
氫能發(fā)電機(jī)特指以氫氣為原料的發(fā)電機(jī)，原理類似傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，經(jīng)過吸氣、壓縮、爆炸、排氣過程，帶動電機(jī)產(chǎn)生電流輸出。氫能發(fā)電機(jī)是一種環(huán)保型的發(fā)電設(shè)備，具有無噪音、零排放和移動性強(qiáng)的特點(diǎn)。
02PEMFC燃料電池
PEMFC燃料電池是當(dāng)前在氫能應(yīng)用領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)之一。其工作原理為氫氣與氧氣（或空氣）發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成水并釋放出電能，即電解水的逆反應(yīng)。PEMFC燃料電池的結(jié)構(gòu)與工作原理如下圖，當(dāng)陽極和陰極分別供給氫氣和氧氣(或空氣)時，在催化劑的作用下，氫氣在陽極上被氧化離解成電子和氫原子。氧氣在陽極上被還原接受電子反應(yīng)生成水。與此同時，電子在外電路的連接下形成電流，向外部釋放電能。
03熱電
分布式燃料電池發(fā)電站可作為主電網(wǎng)的補(bǔ)充。2016年，AkzoNobel、MTSA和NedStack在遼寧省營口市交付了一座容量為2兆瓦的氫燃料電池電站，年發(fā)電量為16兆瓦時。緊急備用電池也被應(yīng)用于電信行業(yè)，其容量和規(guī)模相對較小。
氫能發(fā)電可以用來解決電網(wǎng)削峰填谷、新能源穩(wěn)定并網(wǎng)問題，還可以提高可再生能源所發(fā)電力并網(wǎng)的穩(wěn)定性和電力系統(tǒng)安全性、靈活性，大幅降低碳排放。目前，通過氫能發(fā)電在部分發(fā)達(dá)國家已經(jīng)陸續(xù)進(jìn)入了建設(shè)試點(diǎn)的階段。但對中國電力行業(yè)而言，目前仍以火力發(fā)電為主，氫能技術(shù)的應(yīng)用較少。
四、建筑熱電聯(lián)供
氫能應(yīng)用場景多點(diǎn)開花，成長空間廣闊。建筑領(lǐng)域氫能作為清潔能源解決建筑用能，氫能為建筑發(fā)電的同時，產(chǎn)生余熱用于供暖、洗浴熱水。
在住宅建筑領(lǐng)域，75%的傳統(tǒng)能源用于空間供暖、熱水和烹飪。氫可與天然氣混合（氫氣摻混比例為0~20%），通過基于燃?xì)廨啓C(jī)或燃料電池的CHP技術(shù)，利用現(xiàn)有建筑和能源網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供靈活性和連續(xù)性的熱能、電力供應(yīng)，從而取代化石燃料CHP。
2021年7月22日，由上海國際汽車城、同濟(jì)大學(xué)聯(lián)合打造的全球首個離網(wǎng)氫能應(yīng)用展示館（以下簡稱“展示館”）在上海國際汽車城落地。展示館集成了多項(xiàng)領(lǐng)先的氫能技術(shù)和產(chǎn)品，填補(bǔ)了國內(nèi)氫能源應(yīng)用在建筑領(lǐng)域的空白。
上海國際汽車城（集團(tuán)）有限公司黨委委員、工會主席管清平在致辭中表示，汽車城高度關(guān)注氫能產(chǎn)業(yè)和燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，積極響應(yīng)國家發(fā)展可再生能源戰(zhàn)略部署，將氫能的應(yīng)用終端從交通領(lǐng)域擴(kuò)展到建筑領(lǐng)域，推動能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型調(diào)整，用更清潔、更高效的綠色能源支撐社會經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。
五、氫儲能
繼氫能汽車后，被稱為儲能領(lǐng)域“后浪”的“氫儲能”又成為最新的新能源熱詞。氫儲能將會在儲能領(lǐng)域占據(jù)一席之地。
目前在儲能領(lǐng)域，抽水蓄能系統(tǒng)占據(jù)絕對主導(dǎo)，電化學(xué)儲能、氫能儲能、飛輪儲能等新的儲能技術(shù)也在不斷發(fā)展。氫能能量密度高，運(yùn)行維護(hù)成本低，可同時適用于極短或極長時間供電的能量儲備，是少有的能夠儲存上百GWh以上的儲能形式，被認(rèn)為是極具潛力的新型大規(guī)模儲能技術(shù)。相對而言，電池只是一個短周期、高頻率、分布式的儲能裝置。
在碳中和戰(zhàn)略大背景下，氫能的應(yīng)用進(jìn)一步延伸，從交通運(yùn)輸?shù)焦I(yè)部門，再到建筑、電力等領(lǐng)域，行業(yè)空間大幅打開，戰(zhàn)略重要性顯著提升，行業(yè)內(nèi)發(fā)展動力也將隨之打開。
六、氫醫(yī)療
實(shí)際上氫能在醫(yī)療領(lǐng)域也有應(yīng)用。對此，國內(nèi)著名呼吸病學(xué)者鐘南山院士指出：“長期在室外作業(yè)的交警，環(huán)衛(wèi)工人，通過氫氣吸入能夠?qū)F霾清除氧化自由基的清除有促進(jìn)作用，即使吸入污染空氣也會產(chǎn)生氧化應(yīng)激作用，目前正在進(jìn)行試驗(yàn)。”
“由于氫氣的獨(dú)特性質(zhì)，使得氫氣在肺部疾病治療中潛在的積極作用備受關(guān)注，用氫氣治療疾病的研究在國際上已經(jīng)逐漸成為一個熱點(diǎn)，氫氣選擇性抗氧化是目前公認(rèn)的氫氣治療疾病的主要機(jī)制，可以說，中國在氫分子醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)展前景廣闊。”
上述氫能終端應(yīng)用到底有哪些主流企業(yè)在做？氫能匯（h2-2005）記者盤點(diǎn)了一些氫能應(yīng)用端的企業(yè)，以饗讀者。
盡管如此，但當(dāng)前氫能應(yīng)用規(guī)模還十分有限是業(yè)內(nèi)共識。以目前氫能的主要應(yīng)用場景氫燃料電池汽車為例，相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，雖然我國燃料電池公司已有2000多家，但氫燃料電池汽車卻僅有6000多輛。規(guī)模過小嚴(yán)重制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
對此，國家電投集團(tuán)氫能科技發(fā)展有限公司總經(jīng)理張銀廣認(rèn)為，經(jīng)過近幾年的發(fā)展，我國在氫能技術(shù)上形成了一定積累，在自主技術(shù)上具備了一定基礎(chǔ)。但缺乏應(yīng)用場景、應(yīng)用規(guī)模，導(dǎo)致我國氫能技術(shù)不能快速升級成熟、改進(jìn)迭代，這是當(dāng)前氫能產(chǎn)業(yè)面臨的主要瓶頸。氫能產(chǎn)業(yè)只靠政府買單很難做大，需要創(chuàng)新商業(yè)化運(yùn)營模式，讓氫能產(chǎn)業(yè)可以規(guī)?；l(fā)展，把資本引進(jìn)來、成本降下去。
當(dāng)宇通、吉利、東風(fēng)等公司的氫燃料電池車在路上競速行駛的時候，有很多人正騎著永安行的氫能自行車，操控著未來氫能亦或是氫航科技的無人機(jī)，拍攝著寶武集團(tuán)或者河鋼集團(tuán)利用氫能大煉鋼鐵的場景。
當(dāng)人們打開燃?xì)忾_關(guān)，用著中石油摻了氫氣的天然氣燒了一壺水，準(zhǔn)備簽收利用氫燃料電池貨船送來的外國代購商品的時候……你會不知不覺地發(fā)現(xiàn)，生活的一切似乎都變得“氫”風(fēng)徐來！
一、交通運(yùn)輸部門
目前氫能應(yīng)用場景日漸豐富，在我國氫能應(yīng)用比例最大的是交通領(lǐng)域，預(yù)計(jì)到2050年，交通運(yùn)輸領(lǐng)域氫能消耗量在全球氫能消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比接近40%。交通運(yùn)輸領(lǐng)域不僅氫燃料電池車在汽車領(lǐng)域占據(jù)一定空間，氫燃料電池船舶及氫燃料電池飛機(jī)也將迅猛發(fā)展。
01氫燃料電池車
與純電動汽車相比,氫燃料電池汽車的燃料加注時間短、續(xù)航里程長,隨著綠色氫能技術(shù)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展帶來的成本的下降,綠氫將在交通運(yùn)輸領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用。
（1）氫燃料電池乘用車
氫燃料電池汽車是氫能高效利用的最有效途徑，當(dāng)前全球多個國家都在積極布局氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈。聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署駐華代表白雅婷在8日舉行的“2021聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署氫能產(chǎn)業(yè)大會”上說，過去五年里，氫能燃料電池汽車在中國各地城市開展了示范運(yùn)營，中國氫能燃料電池汽車產(chǎn)量已有近8000輛之多，并已建成100多個加氫站，中國交通領(lǐng)域正走在氫能應(yīng)用的前沿。
（2）氫燃料電池重卡
在國家“雙碳”目標(biāo)下，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展正步入快車道，氫燃料電池重卡正成為新的發(fā)展趨勢，國內(nèi)外企業(yè)都已開始布局。長續(xù)航、大載重的重卡領(lǐng)域，被普遍認(rèn)為是氫燃料電池非常重要的應(yīng)用場景。
今年11月30日上午9時20分，一輛輛氫燃料電池重卡汽車從內(nèi)江國際會展中心駛出，標(biāo)志著西部首條氫燃料電池重卡示范線在內(nèi)江正式運(yùn)營。當(dāng)天，四川省和重慶市在成都、九龍坡區(qū)和內(nèi)江三地同時舉行“成渝氫走廊”啟動暨氫燃料電池物流車首發(fā)儀式。
（3）氫物流卡車
京東物流于2018年6月首次推出氫物流卡車，以彌補(bǔ)其"618"促銷活動期間不斷增長的運(yùn)輸需求。這些卡車能夠在三分鐘內(nèi)補(bǔ)充氫燃料，行程超過350公里。其他電子商務(wù)和物流公司也緊隨其后，但僅限于區(qū)域內(nèi)運(yùn)輸。
（4）自行車
最近，自行車成了氫能應(yīng)用熱點(diǎn)！在攀業(yè)在佛山大會上公布獲取南海區(qū)政府1000輛兩輪車訂單后，天能股份與雅迪在氫燃料電動自行車方面達(dá)成戰(zhàn)略合作。9月28日永安行科技股份有限公司研發(fā)的氫能自行車正式入駐該公園的未來智谷。作為當(dāng)前中國共享交通領(lǐng)域的“黑科技”代表，這款氫能自行車受到了現(xiàn)場不少嘉賓和市民的青睞。
（5）叉車
因燃料電池恒功率輸出和充氫氣時間短的特點(diǎn)，可以顯著提高叉車的工作效率，并且具有更長的使用壽命，使其氫能在叉車上的應(yīng)用也逐漸備受重視。
10月8日，在燕山石化氫能叉車場景應(yīng)用啟動儀式上，天津港保稅區(qū)臨港氫能產(chǎn)業(yè)示范區(qū)企業(yè)——天津新氫動力科技有限公司正式交付燕山石化37臺氫燃料電池叉車。氫燃料電車叉車將主要用于燕山石化儲運(yùn)廠高壓、低壓粉料、PIA包裝庫房及物質(zhì)裝備中心化學(xué)品庫區(qū)等場景，實(shí)現(xiàn)對原有內(nèi)燃機(jī)叉車的替換，開啟石化行業(yè)工業(yè)車輛“氫新時代”，更標(biāo)志著氫燃料電池叉車實(shí)現(xiàn)國內(nèi)首次批量化商業(yè)應(yīng)用。
（6）其他
氫動智能無人運(yùn)輸車、應(yīng)急救援車、平衡車、觀光車等也在被逐步研發(fā)，具有續(xù)航里程長、加注時間短、動力充足等優(yōu)點(diǎn)，相信以后也會逐步進(jìn)入大眾的視野。
02鐵路（氫能機(jī)車）
隨著鐵路交通領(lǐng)域的發(fā)展，我們國家的高鐵已成為一張靚麗的名片，大家見到的高鐵列車多為電力機(jī)車牽引。然而，除主要干線架設(shè)電網(wǎng)使用電力機(jī)車外，其他線路多使用內(nèi)燃機(jī)車。在電網(wǎng)遇到電力供應(yīng)不足時，也使用內(nèi)燃機(jī)車作為主要動力。內(nèi)燃機(jī)車輸入能源為柴油，會產(chǎn)生大量二氧化碳、甲烷等溫室氣體，而氫能機(jī)車的出現(xiàn)，將有望改善這種現(xiàn)狀。氫燃料電池實(shí)際上是將氫氣與氧氣反應(yīng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置，是氫能利用環(huán)節(jié)的核心設(shè)備。
10月29日，全國首臺氫燃料電池混合動力機(jī)車從國家電投錦州—白音華鐵路（簡稱錦白鐵路）大板東站成功駛出，標(biāo)志著我國軌道交通裝備在新能源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)由產(chǎn)品開發(fā)到實(shí)踐應(yīng)用的重大跨越，開創(chuàng)國內(nèi)氫能機(jī)車上線試運(yùn)行的先例。
由于沒有任何污染物的排放，也不用重新架設(shè)取電網(wǎng)，相較傳統(tǒng)燃油和電力機(jī)車，氫燃料電池混合動力機(jī)車在相對密閉的地鐵、隧道、礦山等環(huán)境下使用優(yōu)勢更加明顯，應(yīng)用和維護(hù)成本也更低。
03航空
航空業(yè)的快速增長使其成為未來交通運(yùn)輸領(lǐng)域溫室氣體排放的主要來源之一，對氣候和環(huán)境的影響越來越顯著。航空業(yè)使用氫能源不但可以實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放，同時還能有效減少其他污染物的排放量，具有非常明顯的優(yōu)勢。
氫的高能量也引起了飛機(jī)制造商的關(guān)注。在英國，2020年看到了六座氫乘用飛機(jī)的飛行，而空中客車公司公布了全球首款零排放民用飛機(jī)的三種概念機(jī)型，并計(jì)劃于2035年投入使用。他們認(rèn)為氫動力飛機(jī)的維護(hù)成本要比電池飛機(jī)低，因?yàn)殡姵氐氖褂脡勖邢蕖?/span>
氫燃料電池在無人機(jī)飛行器領(lǐng)域的研發(fā)具有開拓性的意義和廣闊的應(yīng)用前景。氫動力無人機(jī)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于天然氣泄漏檢測、海事搜索與巡查、大面積林草防火巡查、大范圍地理信息采集、照明無人機(jī)的應(yīng)急搜救等復(fù)雜作業(yè)類型。
氫能航空被認(rèn)為是航空業(yè)未來實(shí)現(xiàn)污染物零排放和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。雖然氫能具有綠色環(huán)保、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，但發(fā)展氫能航空還需要突破氫燃燒、氫燃料加注和儲存等一系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。
04海事行業(yè)
海運(yùn)業(yè)是溫室氣體主要排放源之一，船舶領(lǐng)域減碳脫碳工作也已是當(dāng)務(wù)之急。近年來，研究清潔、高效、可持續(xù)發(fā)展的新能源動力推進(jìn)技術(shù)已經(jīng)成為綠色船舶的重要發(fā)展方向，而將零排放的氫燃料電池技術(shù)應(yīng)用于船舶，則被普遍視為一種有效的解決方案。全球范圍內(nèi)，不少國家和企業(yè)將推動船舶業(yè)的脫碳進(jìn)程作為實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)的重要手段。
2021年1月，大連海事大學(xué)新能源船舶動力技術(shù)研究院牽頭建造的中國第一艘燃料電池游艇“蠡湖”號通過試航，標(biāo)志著我國燃料電池在船舶動力上的實(shí)船應(yīng)用邁出關(guān)鍵一步。
2021年5月，廣東省南海區(qū)成功舉行“仙湖1號”氫能游船下水，該船由廣東中氫博創(chuàng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司研發(fā)，也標(biāo)志著南海區(qū)正式跨入氫能船舶時代。
盡管“氫能上船”呼聲漸起，但是氫能船舶的投用仍需克服成本、技術(shù)、法規(guī)、安全、監(jiān)管和管理方面存在的各種困難。同時，作為一項(xiàng)新的能源技術(shù)，氫能船舶的推廣應(yīng)用還面臨許多問題。
二、工業(yè)領(lǐng)域
隨著國家碳達(dá)峰、碳中和“頂層設(shè)計(jì)”的落地，氫能產(chǎn)業(yè)不斷獲得國家政策的“加持”。其中，氫在多個難以脫碳領(lǐng)域的“不可替代性”正備受關(guān)注。近日，工信部印發(fā)的《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》提出，提升清潔能源消費(fèi)比重，鼓勵氫能等替代能源在鋼鐵、水泥、化工等行業(yè)的應(yīng)用。
中能建氫能源有限公司董事長李京光表示，傳統(tǒng)的冶金、水泥、化工等難以脫碳的領(lǐng)域，正面臨著越來越大的壓力，一方面，國家的碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)使其減排壓力越來越大；另一方面，歐美發(fā)達(dá)國家設(shè)置的綠色能源和綠色產(chǎn)品壁壘，已經(jīng)影響到這些行業(yè)企業(yè)的出口和銷售，而這類傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域要達(dá)到減碳的目的，用氫替代傳統(tǒng)化石能源是唯一的選擇。
01氫能冶金
氫能冶金是金屬冶煉行業(yè)碳減排的一種重要途徑，目前的研發(fā)應(yīng)用主要集中在鋼鐵領(lǐng)域。鋼鐵是世界上最大的碳排放源之一，煉鋼過程中會產(chǎn)生很多的二氧化碳。在全球應(yīng)對氣候變化形勢下，主要國家或經(jīng)濟(jì)體制定了碳減排目標(biāo)，鋼鐵企業(yè)紛紛進(jìn)行減碳技術(shù)研究，以應(yīng)對已經(jīng)到來的碳減排挑戰(zhàn)。
2019年11月，德國蒂森克虜伯鋼鐵集團(tuán)正式注入杜伊斯堡9號高爐；奧地利林茨奧鋼聯(lián)鋼廠6MW電解制氫裝置投產(chǎn)，開啟了氫能冶金時代。中國寶武鋼鐵、鞍鋼、酒鋼等均開始可再生能源制氫-氫能冶金立項(xiàng)，探尋循環(huán)經(jīng)濟(jì)的可行性。
02煉油加氫
在煉油過程中,需要使用氫氣對油品進(jìn)行加氫裂化、加氫精制等處理出去雜質(zhì),提高中間餾分油的精收效率，以獲得更多高附加值產(chǎn)品。
03氫化工
氫能可以促進(jìn)傳統(tǒng)化石能源的轉(zhuǎn)型升級，由燃料向原料徹底轉(zhuǎn)變，杜絕了將煤炭作為原料使用時中間過程排放的二氧化碳，從而實(shí)現(xiàn)煤炭作為原料利用過程二氧化碳零排放。
用綠氫耦合煤化工產(chǎn)業(yè)，可實(shí)現(xiàn)壓煤減碳、節(jié)能降耗的目標(biāo)。用于合成氨、甲醇，合成甲烷等工業(yè)原料和燃料。
04水泥煅燒
水泥是世界上使用最廣泛的制造材料，但水泥廠通常都規(guī)模小、分散且資金不足，要敦促它們?yōu)槿祟惖母ｌ矸?wù)十分困難。在印度和非洲等地，水泥（與水和骨料混合以生產(chǎn)混凝土）的需求勢必飆升。這意味著還將生成巨量二氧化碳。氫能作為燃料，替代化石能源，實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排，可以用于水泥煅燒。
05陶瓷產(chǎn)業(yè)
建陶產(chǎn)業(yè)一直都是能源消耗大戶，加快能源結(jié)構(gòu)調(diào)整是轉(zhuǎn)型升級中的重要一環(huán)。在“雙碳”的戰(zhàn)略目標(biāo)之下，氫能無疑為陶企的脫碳之路開辟了一條新道路。
目前，包括蒙娜麗莎、科達(dá)、薩克米、SITI B&T、Porcelanosa(寶路莎)等國內(nèi)外多家頭部陶企已啟用氫能的相關(guān)應(yīng)用和研發(fā)，國內(nèi)幾大窯爐公司也將氫能等非化石燃料作為窯爐能源替代的研究方向。
06天然氣摻氫
將風(fēng)/光能轉(zhuǎn)化的部分電能用于電解水制氫，并將氫氣以一定比例摻入天然氣，形成摻氫天然氣，再利用新建管網(wǎng)或在役天然氣管網(wǎng)輸送至用戶終端、加氣站和儲氣庫等，可起到儲能和電力負(fù)荷削峰填谷的作用，同時避免了新建輸氫管道所需的高昂建造成本。
當(dāng)前，在一些重點(diǎn)工業(yè)領(lǐng)域，氫能應(yīng)用已存在一定基礎(chǔ)。據(jù)李慶勛介紹，2020年，中國鋼研科技集團(tuán)有限公司、河鋼集團(tuán)等企業(yè)已啟動氫冶金項(xiàng)目。今年，寶豐能源寧東化工基地太陽能電解水制氫正式投產(chǎn)，氫氣產(chǎn)能達(dá)2萬標(biāo)方/小時；中國石油玉門油田清潔能源制氫納入甘肅省“十四五”規(guī)劃，并被確立為該省氫能源產(chǎn)業(yè)鏈鏈主企業(yè)。
“一系列利好政策的密集發(fā)布，將對氫能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展發(fā)揮引領(lǐng)作用。”中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院氫能研究所副所長李慶勛表示，未來，氫能在工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用將持續(xù)加快，其中，冶金、水泥、化工、建筑和發(fā)電等行業(yè)將成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“突破口”。
三、電力
在技術(shù)、成本、政策等推動下，氫能作為電力介質(zhì)和紐帶成為可能，在高滲透率可再生能源電力系統(tǒng)中扮演著越來越重要的角色。氫能可以通過一定的途徑轉(zhuǎn)化為電能，氫能燃料也正逐步應(yīng)用于發(fā)電機(jī)和燃料電池。通過氫能發(fā)電機(jī)和燃料電池兩種技術(shù)手段，均可以實(shí)現(xiàn)由氫能向電能的轉(zhuǎn)化。
01氫能發(fā)電機(jī)
氫能發(fā)電機(jī)特指以氫氣為原料的發(fā)電機(jī)，原理類似傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，經(jīng)過吸氣、壓縮、爆炸、排氣過程，帶動電機(jī)產(chǎn)生電流輸出。氫能發(fā)電機(jī)是一種環(huán)保型的發(fā)電設(shè)備，具有無噪音、零排放和移動性強(qiáng)的特點(diǎn)。
02PEMFC燃料電池
PEMFC燃料電池是當(dāng)前在氫能應(yīng)用領(lǐng)域的研發(fā)重點(diǎn)之一。其工作原理為氫氣與氧氣（或空氣）發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成水并釋放出電能，即電解水的逆反應(yīng)。PEMFC燃料電池的結(jié)構(gòu)與工作原理如下圖，當(dāng)陽極和陰極分別供給氫氣和氧氣(或空氣)時，在催化劑的作用下，氫氣在陽極上被氧化離解成電子和氫原子。氧氣在陽極上被還原接受電子反應(yīng)生成水。與此同時，電子在外電路的連接下形成電流，向外部釋放電能。
03熱電
分布式燃料電池發(fā)電站可作為主電網(wǎng)的補(bǔ)充。2016年，AkzoNobel、MTSA和NedStack在遼寧省營口市交付了一座容量為2兆瓦的氫燃料電池電站，年發(fā)電量為16兆瓦時。緊急備用電池也被應(yīng)用于電信行業(yè)，其容量和規(guī)模相對較小。
氫能發(fā)電可以用來解決電網(wǎng)削峰填谷、新能源穩(wěn)定并網(wǎng)問題，還可以提高可再生能源所發(fā)電力并網(wǎng)的穩(wěn)定性和電力系統(tǒng)安全性、靈活性，大幅降低碳排放。目前，通過氫能發(fā)電在部分發(fā)達(dá)國家已經(jīng)陸續(xù)進(jìn)入了建設(shè)試點(diǎn)的階段。但對中國電力行業(yè)而言，目前仍以火力發(fā)電為主，氫能技術(shù)的應(yīng)用較少。
四、建筑熱電聯(lián)供
氫能應(yīng)用場景多點(diǎn)開花，成長空間廣闊。建筑領(lǐng)域氫能作為清潔能源解決建筑用能，氫能為建筑發(fā)電的同時，產(chǎn)生余熱用于供暖、洗浴熱水。
在住宅建筑領(lǐng)域，75%的傳統(tǒng)能源用于空間供暖、熱水和烹飪。氫可與天然氣混合（氫氣摻混比例為0~20%），通過基于燃?xì)廨啓C(jī)或燃料電池的CHP技術(shù)，利用現(xiàn)有建筑和能源網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供靈活性和連續(xù)性的熱能、電力供應(yīng)，從而取代化石燃料CHP。
2021年7月22日，由上海國際汽車城、同濟(jì)大學(xué)聯(lián)合打造的全球首個離網(wǎng)氫能應(yīng)用展示館（以下簡稱“展示館”）在上海國際汽車城落地。展示館集成了多項(xiàng)領(lǐng)先的氫能技術(shù)和產(chǎn)品，填補(bǔ)了國內(nèi)氫能源應(yīng)用在建筑領(lǐng)域的空白。
上海國際汽車城（集團(tuán)）有限公司黨委委員、工會主席管清平在致辭中表示，汽車城高度關(guān)注氫能產(chǎn)業(yè)和燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，積極響應(yīng)國家發(fā)展可再生能源戰(zhàn)略部署，將氫能的應(yīng)用終端從交通領(lǐng)域擴(kuò)展到建筑領(lǐng)域，推動能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型調(diào)整，用更清潔、更高效的綠色能源支撐社會經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。
五、氫儲能
繼氫能汽車后，被稱為儲能領(lǐng)域“后浪”的“氫儲能”又成為最新的新能源熱詞。氫儲能將會在儲能領(lǐng)域占據(jù)一席之地。
目前在儲能領(lǐng)域，抽水蓄能系統(tǒng)占據(jù)絕對主導(dǎo)，電化學(xué)儲能、氫能儲能、飛輪儲能等新的儲能技術(shù)也在不斷發(fā)展。氫能能量密度高，運(yùn)行維護(hù)成本低，可同時適用于極短或極長時間供電的能量儲備，是少有的能夠儲存上百GWh以上的儲能形式，被認(rèn)為是極具潛力的新型大規(guī)模儲能技術(shù)。相對而言，電池只是一個短周期、高頻率、分布式的儲能裝置。
在碳中和戰(zhàn)略大背景下，氫能的應(yīng)用進(jìn)一步延伸，從交通運(yùn)輸?shù)焦I(yè)部門，再到建筑、電力等領(lǐng)域，行業(yè)空間大幅打開，戰(zhàn)略重要性顯著提升，行業(yè)內(nèi)發(fā)展動力也將隨之打開。
六、氫醫(yī)療
實(shí)際上氫能在醫(yī)療領(lǐng)域也有應(yīng)用。對此，國內(nèi)著名呼吸病學(xué)者鐘南山院士指出：“長期在室外作業(yè)的交警，環(huán)衛(wèi)工人，通過氫氣吸入能夠?qū)F霾清除氧化自由基的清除有促進(jìn)作用，即使吸入污染空氣也會產(chǎn)生氧化應(yīng)激作用，目前正在進(jìn)行試驗(yàn)。”
“由于氫氣的獨(dú)特性質(zhì)，使得氫氣在肺部疾病治療中潛在的積極作用備受關(guān)注，用氫氣治療疾病的研究在國際上已經(jīng)逐漸成為一個熱點(diǎn)，氫氣選擇性抗氧化是目前公認(rèn)的氫氣治療疾病的主要機(jī)制，可以說，中國在氫分子醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)展前景廣闊。”
上述氫能終端應(yīng)用到底有哪些主流企業(yè)在做？氫能匯（h2-2005）記者盤點(diǎn)了一些氫能應(yīng)用端的企業(yè)，以饗讀者。
盡管如此，但當(dāng)前氫能應(yīng)用規(guī)模還十分有限是業(yè)內(nèi)共識。以目前氫能的主要應(yīng)用場景氫燃料電池汽車為例，相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，雖然我國燃料電池公司已有2000多家，但氫燃料電池汽車卻僅有6000多輛。規(guī)模過小嚴(yán)重制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
對此，國家電投集團(tuán)氫能科技發(fā)展有限公司總經(jīng)理張銀廣認(rèn)為，經(jīng)過近幾年的發(fā)展，我國在氫能技術(shù)上形成了一定積累，在自主技術(shù)上具備了一定基礎(chǔ)。但缺乏應(yīng)用場景、應(yīng)用規(guī)模，導(dǎo)致我國氫能技術(shù)不能快速升級成熟、改進(jìn)迭代，這是當(dāng)前氫能產(chǎn)業(yè)面臨的主要瓶頸。氫能產(chǎn)業(yè)只靠政府買單很難做大，需要創(chuàng)新商業(yè)化運(yùn)營模式，讓氫能產(chǎn)業(yè)可以規(guī)?；l(fā)展，把資本引進(jìn)來、成本降下去。
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