綠色低碳能源之氫能

氫能作為一種可儲、可電、可燃燒的清潔能源，質量能量密度高，使用過程環境友好，無碳排放，被稱為21世紀理想能源，已被多個國家提升至國家戰略高度。

氫能簡介

氫能作為二次能源，從一次能源轉換獲得后，再運輸至用能終端，最終轉化為電力、熱能或機械動力。氫能的產業鏈可概括為“氫氣制取、氫氣儲運、氫氣應用”三個環節。

氫氣制取

按照制取過程碳排放強度，氫氣被分為灰氫、藍氫和綠氫。

灰氫指由化石燃料重整制得的氫氣，碳排放強度高，技術成熟，適合大規模制氫，成本優勢顯著，約占目前全球市場氫源供應的96%。

藍氫指加裝碳捕集與封存（CCS）技術的化石能源制氫和工業副產氫，與灰氫相比碳排放量大幅降低。

綠氫指可再生能源制氫及核能制氫，制氫過程中幾乎不產生碳排放，是未來氫氣制取的主流方向。

中國氫氣供給結構中約77.3%來自于化石能源重整制氫，21.2%來自于工業副產氫，1.5%由電解水制氫提供。

氫氣儲運

氫氣是易燃易爆氣體，燃點為574°C，爆炸極限廣至4%~75%（天然氣的爆炸極限范圍在5%~15%）。因此氫氣儲運有一定難度。

目前，儲氫主要有兩種方式：一是物理儲氫，如高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫；二是化學儲氫如固態金屬儲氫、有機溶液儲氫。幾種典型儲氫技術性能對比如表1所示。

表1典型儲氫技術對比

氫氣運輸當前主流的方式為氣管拖車、液氫槽車/船、氫氣管網，其成本與運輸距離相關。

（1）氣管拖車，運輸高壓氣體，靈活性高，但載氫量小，儲氫密度低，存在高壓危險。運輸距離較小時，氫氣長管拖車較液氫運輸具有成本優勢。

（2）液氫槽車，運輸低溫液體，其單次載氫量超過氣管拖車的11倍，運輸成本隨運輸距離變化基本維持穩定，適合遠距離、中大體量運輸。

（3）氫氣管網，初始投資成本高，其輸氫成本隨運能的提升而降低，當運輸體量達到一定規模方能凸顯其經濟性，且隨著運輸距離的增加輸氫成本顯著升高。因此，管網輸氫適用于固定性的批量供氫線路。

氫氣的應用

氫氣不僅是高能量密度的能源載體，還是重要的化工原料和還原氣體，因此被廣泛應用于各個領域。

在非能源領域，氫氣作為重要的化工原料和還原氣體，被廣泛應用于合成氨、合成甲醇、原油提煉過程、芯片和多晶硅生產過程、鋼鐵行業。

在能源領域，氫氣主要應用于交通行業和電力行業。在交通行業，氫動力可實現長續航，在低溫環境下有很好的適應力，在貨用卡車、長途汽車應用中有著優勢。氫動力叉車憑借其靈活性和快充性能已實現推廣使用。氫動力飛機、船舶相關研究正在進行中，全球已有示范案例。氫動力避免了噪音和高溫，是軍事交通的優選動力來源。作為低溫推進劑，液氫在航天領域已有多年應用歷史。在電力行業，氫能發電，可用作備用電源、分布式電源為電網調峰。在建筑領域，由于技術和經濟性的原因，氫氣的利用還存在一定的挑戰，目前還處于小規模示范研究階段。

我國氫能發展趨勢

根據國家發展改革委和國家能源局聯合印發的《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》：氫能是未來國家能源體系的組成部分，充分發揮氫能清潔低碳特點，推動交通、工業等用能終端和高耗能、高排放行業綠色低碳轉型。同時，氫能是戰略性新興產業的重點方向之一，是構建綠色低碳產業體系、打造產業轉型升級的新增長點。

到2025年，將初步建立以工業副產氫和可再生能源制氫就近利用為主的氫能供應體系。燃料電池車輛保有量約5萬輛，部署建設一批加氫站。可再生能源制氫量達到10萬噸至20萬噸/年，成為新增氫能消費的重要組成部分，實現二氧化碳減排100萬噸至200萬噸/年。

到2030年，形成較為完備的氫能產業技術創新體系、清潔能源制氫及供應體系。

到2035年，形成氫能產業體系，構建涵蓋交通、儲能、工業等領域的多元氫能應用生態。

據中國氫能聯盟預測，到2050年，中國氫能在整個能源結構中的占比也將達到10%，年需求量約6000萬噸/年。

北京市氫能發展現狀及規劃

根據《北京市氫能產業發展實施方案（2021-2025年）》，北京市氫能技術研究在我國起步最早，在科技創新、產業基礎、支撐要素和市場應用方面具有全國領先優勢。2020年，北京氫能產業實現產值約30億元，總體處于中試到產業化過渡階段。

后續將依托產業先發優勢，積極打造具有國際影響力的氫能產業城市與科技創新中心，以冬奧會和冬殘奧會重大示范工程為依托，2023年前，培育5-8家具有國際影響力的氫能產業鏈龍頭企業，京津冀區域累計實現產業鏈產業規模突破500億元，減少碳排放100萬噸，力爭建成37座加氫站，推廣燃料電池汽車3000輛，在京津冀區域開展氫能與可再生能源耦合示范項目；2025年前，培育10-15家具有國際影響力的產業鏈龍頭企業，建成3-4家國際一流的產業研發創新平臺，京津冀區域累計實現氫能產業鏈產業規模1000億元以上，減少碳排放200萬噸，力爭完成新增37座加氫站建設，實現燃料電池汽車累計推廣量突破1萬輛，累計推廣分布式發電系統裝機規模10MW以上。

北部區域將以昌平“能源谷”建設為核心，向南融合海淀，向北輻射延慶、懷柔，打造氫能產業關鍵技術研發和科技創新示范區。南部區域將依托大興國際氫能產業園，聯合房山、經開區，構建氫能全產業鏈生態系統，打造氫能高端裝備制造與應用示范區，承接北部地區科技創新成果的產業化，匯聚燃料電池、整車企業，開展氫能產業全場景應用示范。

臨空區氫能發展情況

順應發展趨勢，臨空區已在生命健康社區和國際航空社區，規劃2座加氫站，并將近期推動國際航空社區加氫站建設。下一步，臨空區將協同大興氫能國際產業園，結合物流產業需求，適時探索氫能在物流運輸業中的應用場景。

參考文獻：

[1] 《氫能產業發展中長期規劃（2021-2035年）》.

[2] 《北京市氫能產業發展實施方案（2021-2025年）》.

[3] 徐碩，余碧瑩. 中國氫能技術發展現狀及未來展望[J]. 北京理工大學學報（社會科學版）, 2021, 23（6）:1~12.