谈到对氢能的利用，或许很多人第一印象是氢燃料电池大巴车，因为它已经成为冬奥会交通运输的标配。但事实上除了在汽车领域的应用，人们对氢能的利用方式有很多种是你意想不到的。当宇通、吉利、东风等公司的氢燃料电池车在路上竞速行驶的时候，有很多人正骑着永安行的氢能自行车，操控着未来氢能亦或是氢航科技的无人机，拍摄着宝武集团或者河钢集团利用氢能大炼钢铁的场景。当人们打开燃气开关，用着中石油掺了氢气的天然气烧了一壶水，准备签收利用氢燃料电池货船送来的外国代购商品的时候……你会不知不觉地发现，生活的一切似乎都变得“氢”风徐来！目前氢能应用场景日渐丰富，在我国氢能应用比例最大的是交通领域，预计到2050年，交通运输领域氢能消耗量在全球氢能消费结构中占比接近40%。交通运输领域不仅氢燃料电池车在汽车领域占据一定空间，氢燃料电池船舶及氢燃料电池飞机也将迅猛发展。与纯电动汽车相比,氢燃料电池汽车的燃料加注时间短、续航里程长,随着绿色氢能技术的进步和产业规模化发展带来的成本的下降,绿氢将在交通运输领域有更广泛的应用。氢燃料电池汽车是氢能高效利用的最有效途径，当前全球多个国家都在积极布局氢燃料电池汽车产业链。联合国开发计划署驻华代表白雅婷在8日举行的“2021联合国开发计划署氢能产业大会”上说，过去五年里，氢能燃料电池汽车在中国各地城市开展了示范运营，中国氢能燃料电池汽车产量已有近8000辆之多，并已建成100多个加氢站，中国交通领域正走在氢能应用的前沿。在国家“双碳”目标下，我国氢能产业发展正步入快车道，氢燃料电池重卡正成为新的发展趋势，国内外企业都已开始布局。长续航、大载重的重卡领域，被普遍认为是氢燃料电池非常重要的应用场景。今年11月30日上午9时20分，一辆辆氢燃料电池重卡汽车从内江国际会展中心驶出，标志着西部首条氢燃料电池重卡示范线在内江正式运营。当天，四川省和重庆市在成都、九龙坡区和内江三地同时举行“成渝氢走廊”启动暨氢燃料电池物流车首发仪式。京东物流于2018年6月首次推出氢物流卡车，以弥补其"618"促销活动期间不断增长的运输需求。这些卡车能够在三分钟内补充氢燃料，行程超过350公里。其他电子商务和物流公司也紧随其后，但仅限于区域内运输。最近，自行车成了氢能应用热点！在攀业在佛山大会上公布获取南海区政府1000辆两轮车订单后，天能股份与雅迪在氢燃料电动自行车方面达成战略合作。9月28日永安行科技股份有限公司研发的氢能自行车正式入驻该公园的未来智谷。作为当前中国共享交通领域的“黑科技”代表，这款氢能自行车受到了现场不少嘉宾和市民的青睐。因燃料电池恒功率输出和充氢气时间短的特点，可以显著提高叉车的工作效率，并且具有更长的使用寿命，使其氢能在叉车上的应用也逐渐备受重视。10月8日，在燕山石化氢能叉车场景应用启动仪式上，天津港保税区临港氢能产业示范区企业——天津新氢动力科技有限公司正式交付燕山石化37台氢燃料电池叉车。氢燃料电车叉车将主要用于燕山石化储运厂高压、低压粉料、PIA包装库房及物质装备中心化学品库区等场景，实现对原有内燃机叉车的替换，开启石化行业工业车辆“氢新时代”，更标志着氢燃料电池叉车实现国内首次批量化商业应用。氢动智能无人运输车、应急救援车、平衡车、观光车等也在被逐步研发，具有续航里程长、加注时间短、动力充足等优点，相信以后也会逐步进入大众的视野。随着铁路交通领域的发展，我们国家的高铁已成为一张靓丽的名片，大家见到的高铁列车多为电力机车牵引。然而，除主要干线架设电网使用电力机车外，其他线路多使用内燃机车。在电网遇到电力供应不足时，也使用内燃机车作为主要动力。内燃机车输入能源为柴油，会产生大量二氧化碳、甲烷等温室气体，而氢能机车的出现，将有望改善这种现状。氢燃料电池实际上是将氢气与氧气反应的化学能直接转换成电能的发电装置，是氢能利用环节的核心设备。10月29日，全国首台氢燃料电池混合动力机车从国家电投锦州—白音华铁路（简称锦白铁路）大板东站成功驶出，标志着我国轨道交通装备在新能源领域实现由产品开发到实践应用的重大跨越，开创国内氢能机车上线试运行的先例。由于没有任何污染物的排放，也不用重新架设取电网，相较传统燃油和电力机车，氢燃料电池混合动力机车在相对密闭的地铁、隧道、矿山等环境下使用优势更加明显，应用和维护成本也更低。航空业的快速增长使其成为未来交通运输领域温室气体排放的主要来源之一，对气候和环境的影响越来越显著。航空业使用氢能源不但可以实现二氧化碳零排放，同时还能有效减少其他污染物的排放量，具有非常明显的优势。氢的高能量也引起了飞机制造商的关注。在英国，2020年看到了六座氢乘用飞机的飞行，而空中客车公司公布了全球首款零排放民用飞机的三种概念机型，并计划于2035年投入使用。他们认为氢动力飞机的维护成本要比电池飞机低，因为电池的使用寿命有限。氢燃料电池在无人机飞行器领域的研发具有开拓性的意义和广阔的应用前景。氢动力无人机产品广泛应用于天然气泄漏检测、海事搜索与巡查、大面积林草防火巡查、大范围地理信息采集、照明无人机的应急搜救等复杂作业类型。
氢能航空被认为是航空业未来实现污染物零排放和可持续发展的关键。虽然氢能具有绿色环保、能量密度高等优点，但发展氢能航空还需要突破氢燃烧、氢燃料加注和储存等一系列关键技术瓶颈。海运业是温室气体主要排放源之一，船舶领域减碳脱碳工作也已是当务之急。近年来，研究清洁、高效、可持续发展的新能源动力推进技术已经成为绿色船舶的重要发展方向，而将零排放的氢燃料电池技术应用于船舶，则被普遍视为一种有效的解决方案。全球范围内，不少国家和企业将推动船舶业的脱碳进程作为实现气候目标的重要手段。2021年1月，大连海事大学新能源船舶动力技术研究院牵头建造的中国第一艘燃料电池游艇“蠡湖”号通过试航，标志着我国燃料电池在船舶动力上的实船应用迈出关键一步。2021年5月，广东省南海区成功举行“仙湖1号”氢能游船下水，该船由广东中氢博创产业发展有限公司研发，也标志着南海区正式跨入氢能船舶时代。尽管“氢能上船”呼声渐起，但是氢能船舶的投用仍需克服成本、技术、法规、安全、监管和管理方面存在的各种困难。同时，作为一项新的能源技术，氢能船舶的推广应用还面临许多问题。随着国家碳达峰、碳中和“顶层设计”的落地，氢能产业不断获得国家政策的“加持”。其中，氢在多个难以脱碳领域的“不可替代性”正备受关注。近日，工信部印发的《“十四五”工业绿色发展规划》提出，提升清洁能源消费比重，鼓励氢能等替代能源在钢铁、水泥、化工等行业的应用。中能建氢能源有限公司董事长李京光表示，传统的冶金、水泥、化工等难以脱碳的领域，正面临着越来越大的压力，一方面，国家的碳达峰、碳中和目标使其减排压力越来越大；另一方面，欧美发达国家设置的绿色能源和绿色产品壁垒，已经影响到这些行业企业的出口和销售，而这类传统工业领域要达到减碳的目的，用氢替代传统化石能源是唯一的选择。氢能冶金是金属冶炼行业碳减排的一种重要途径，目前的研发应用主要集中在钢铁领域。钢铁是世界上最大的碳排放源之一，炼钢过程中会产生很多的二氧化碳。在全球应对气候变化形势下，主要国家或经济体制定了碳减排目标，钢铁企业纷纷进行减碳技术研究，以应对已经到来的碳减排挑战。2019年11月，德国蒂森克虏伯钢铁集团正式注入杜伊斯堡9号高炉；奥地利林茨奥钢联钢厂6MW电解制氢装置投产，开启了氢能冶金时代。中国宝武钢铁、鞍钢、酒钢等均开始可再生能源制氢-氢能冶金立项，探寻循环经济的可行性。在炼油过程中,需要使用氢气对油品进行加氢裂化、加氢精制等处理出去杂质,提高中间馏分油的精收效率，以获得更多高附加值产品。氢能可以促进传统化石能源的转型升级，由燃料向原料彻底转变，杜绝了将煤炭作为原料使用时中间过程排放的二氧化碳，从而实现煤炭作为原料利用过程二氧化碳零排放。用绿氢耦合煤化工产业，可实现压煤减碳、节能降耗的目标。用于合成氨、甲醇，合成甲烷等工业原料和燃料。水泥是世界上使用最广泛的制造材料，但水泥厂通常都规模小、分散且资金不足，要敦促它们为人类的福祉服务十分困难。在印度和非洲等地，水泥（与水和骨料混合以生产混凝土）的需求势必飙升。这意味着还将生成巨量二氧化碳。氢能作为燃料，替代化石能源，实现二氧化碳减排，可以用于水泥煅烧。建陶产业一直都是能源消耗大户，加快能源结构调整是转型升级中的重要一环。在“双碳”的战略目标之下，氢能无疑为陶企的脱碳之路开辟了一条新道路。目前，包括蒙娜丽莎、科达、萨克米、SITI B&T、Porcelanosa(宝路莎)等国内外多家头部陶企已启用氢能的相关应用和研发，国内几大窑炉公司也将氢能等非化石燃料作为窑炉能源替代的研究方向。将风/光能转化的部分电能用于电解水制氢，并将氢气以一定比例掺入天然气，形成掺氢天然气，再利用新建管网或在役天然气管网输送至用户终端、加气站和储气库等，可起到储能和电力负荷削峰填谷的作用，同时避免了新建输氢管道所需的高昂建造成本。当前，在一些重点工业领域，氢能应用已存在一定基础。据李庆勋介绍，2020年，中国钢研科技集团有限公司、河钢集团等企业已启动氢冶金项目。今年，宝丰能源宁东化工基地太阳能电解水制氢正式投产，氢气产能达2万标方/小时；中国石油玉门油田清洁能源制氢纳入甘肃省“十四五”规划，并被确立为该省氢能源产业链链主企业。“一系列利好政策的密集发布，将对氢能产业可持续高质量发展发挥引领作用。”中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院氢能研究所副所长李庆勋表示，未来，氢能在工业领域推广应用将持续加快，其中，冶金、水泥、化工、建筑和发电等行业将成为产业发展的“突破口”。在技术、成本、政策等推动下，氢能作为电力介质和纽带成为可能，在高渗透率可再生能源电力系统中扮演着越来越重要的角色。氢能可以通过一定的途径转化为电能，氢能燃料也正逐步应用于发电机和燃料电池。通过氢能发电机和燃料电池两种技术手段，均可以实现由氢能向电能的转化。氢能发电机特指以氢气为原料的发电机，原理类似传统内燃机，经过吸气、压缩、爆炸、排气过程，带动电机产生电流输出。氢能发电机是一种环保型的发电设备，具有无噪音、零排放和移动性强的特点。PEMFC燃料电池是当前在氢能应用领域的研发重点之一。其工作原理为氢气与氧气（或空气）发生电化学反应生成水并释放出电能，即电解水的逆反应。PEMFC燃料电池的结构与工作原理如下图，当阳极和阴极分别供给氢气和氧气(或空气)时，在催化剂的作用下，氢气在阳极上被氧化离解成电子和氢原子。氧气在阳极上被还原接受电子反应生成水。与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，向外部释放电能。分布式燃料电池发电站可作为主电网的补充。2016年，AkzoNobel、MTSA和NedStack在辽宁省营口市交付了一座容量为2兆瓦的氢燃料电池电站，年发电量为16兆瓦时。紧急备用电池也被应用于电信行业，其容量和规模相对较小。
氢能发电可以用来解决电网削峰填谷、新能源稳定并网问题，还可以提高可再生能源所发电力并网的稳定性和电力系统安全性、灵活性，大幅降低碳排放。目前，通过氢能发电在部分发达国家已经陆续进入了建设试点的阶段。但对中国电力行业而言，目前仍以火力发电为主，氢能技术的应用较少。氢能应用场景多点开花，成长空间广阔。建筑领域氢能作为清洁能源解决建筑用能，氢能为建筑发电的同时，产生余热用于供暖、洗浴热水。在住宅建筑领域，75%的传统能源用于空间供暖、热水和烹饪。氢可与天然气混合（氢气掺混比例为0~20%），通过基于燃气轮机或燃料电池的CHP技术，利用现有建筑和能源网络基础设施提供灵活性和连续性的热能、电力供应，从而取代化石燃料CHP。2021年7月22日，由上海国际汽车城、同济大学联合打造的全球首个离网氢能应用展示馆（以下简称“展示馆”）在上海国际汽车城落地。展示馆集成了多项领先的氢能技术和产品，填补了国内氢能源应用在建筑领域的空白。上海国际汽车城（集团）有限公司党委委员、工会主席管清平在致辞中表示，汽车城高度关注氢能产业和燃料电池产业发展，积极响应国家发展可再生能源战略部署，将氢能的应用终端从交通领域扩展到建筑领域，推动能源结构转型调整，用更清洁、更高效的绿色能源支撑社会经济高质量发展。继氢能汽车后，被称为储能领域“后浪”的“氢储能”又成为最新的新能源热词。氢储能将会在储能领域占据一席之地。目前在储能领域，抽水蓄能系统占据绝对主导，电化学储能、氢能储能、飞轮储能等新的储能技术也在不断发展。氢能能量密度高，运行维护成本低，可同时适用于极短或极长时间供电的能量储备，是少有的能够储存上百GWh以上的储能形式，被认为是极具潜力的新型大规模储能技术。相对而言，电池只是一个短周期、高频率、分布式的储能装置。在碳中和战略大背景下，氢能的应用进一步延伸，从交通运输到工业部门，再到建筑、电力等领域，行业空间大幅打开，战略重要性显著提升，行业内发展动力也将随之打开。实际上氢能在医疗领域也有应用。对此，国内著名呼吸病学者钟南山院士指出：“长期在室外作业的交警，环卫工人，通过氢气吸入能够对雾霾清除氧化自由基的清除有促进作用，即使吸入污染空气也会产生氧化应激作用，目前正在进行试验。”“由于氢气的独特性质，使得氢气在肺部疾病治疗中潜在的积极作用备受关注，用氢气治疗疾病的研究在国际上已经逐渐成为一个热点，氢气选择性抗氧化是目前公认的氢气治疗疾病的主要机制，可以说，中国在氢分子医学研究领域发展前景广阔。”上述氢能终端应用到底有哪些主流企业在做？氢能汇（h2-2005）记者盘点了一些氢能应用端的企业，以飨读者。
尽管如此，但当前氢能应用规模还十分有限是业内共识。以目前氢能的主要应用场景氢燃料电池汽车为例，相关统计显示，虽然我国燃料电池公司已有2000多家，但氢燃料电池汽车却仅有6000多辆。规模过小严重制约氢能产业发展。
对此，国家电投集团氢能科技发展有限公司总经理张银广认为，经过近几年的发展，我国在氢能技术上形成了一定积累，在自主技术上具备了一定基础。但缺乏应用场景、应用规模，导致我国氢能技术不能快速升级成熟、改进迭代，这是当前氢能产业面临的主要瓶颈。氢能产业只靠政府买单很难做大，需要创新商业化运营模式，让氢能产业可以规模化发展，把资本引进来、成本降下去。
“十四五”初年，在“双碳目标”背景下，为助力能源转型，促进企业创新、产业变革与社会可持续发展，国际能源网凭借16年蓄积之力，继续构筑产业重磅年度盛会。
“2021第六届中国光伏产业论坛”将在12月2-3日（延期）北京举办。论坛以“能源转型 光伏先行”为主题，将深入解读新时代能源高质量发展形势与政策，探讨新型电力系统下光储充一体化的发展机遇，宣扬业内新技术、新产品与创新理念，探索光伏产业发展新目标，并对光伏产业各先进企业进行表彰，凝心聚力为实现碳达峰、碳中和献计献策！
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