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我國(guó)已明確提出了2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，但想實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)并非易事。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前年二氧化碳排放量在100億噸左右，已達(dá)到全球年排放總量的25%左右。目前，在我國(guó)所有碳排放量中，發(fā)電（供熱）的占比為45%，工業(yè)占比39%，交通占比10%。而發(fā)電（供熱）的主要終端消費(fèi)者為工業(yè)(64.6%)和建筑(28%)。根據(jù)碳排放交易網(wǎng)，二氧化碳的主要排放源為工業(yè)（68.1%左右）、建筑（17.6%左右）與交通（10.2%左右）。

氫能是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要工具。減少CO2的排放，其中一個(gè)重要的途徑就是從源頭上減少CO2的排放。氫能在工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域均有大規(guī)模取代傳統(tǒng)能源的潛力，在工業(yè)領(lǐng)域，氫能可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃料參與煉鋼，可參與化工行業(yè)的多個(gè)環(huán)節(jié)；在建筑領(lǐng)域，氫能可摻雜進(jìn)天然氣中作為日常能源來源，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃料進(jìn)行供暖；在交通領(lǐng)域，氫能可作為燃料電池的燃料，用于氫燃料電池乘用車、公交車，氫燃料電池叉車，氫燃料電池飛機(jī)以及氫燃料電池船只等多種交通工具。氫能可以從多個(gè)領(lǐng)域極大地減少CO2排放，具有優(yōu)良性能，特別是在某些難以利用清潔電力深度脫碳的領(lǐng)域，例如鋰電池替代能力較差的重載交通領(lǐng)域、利用灰氫的傳統(tǒng)煉化、合成、煉鋼等領(lǐng)域的深度脫碳。

在交通領(lǐng)域，氫能主要應(yīng)用于氫能源汽車、重型機(jī)械、飛機(jī)船舶等方面。氫動(dòng)力汽車是氫能主要利用方式之一，氫的熱能高，每千克氫能產(chǎn)生33.6kW/h能量，是汽油的2.8倍，且氫的燃點(diǎn)很低，火焰的傳播速度較快，比汽油汽車具有更高的燃料利用率，也不會(huì)排出污染氣體、溫室氣體。我國(guó)的氫能應(yīng)用遵循氫燃料電池商用車先于乘用車發(fā)展的特點(diǎn)，在產(chǎn)業(yè)補(bǔ)貼和國(guó)家政策支持下，中國(guó)氫燃料電池客車、物流車等商用車的應(yīng)用領(lǐng)先于其他氫燃料電池車型。

氫燃料電池汽車將掀起新能源變革浪潮。氫燃料電池汽車作為氫能重要的下游應(yīng)用領(lǐng)域，已進(jìn)入示范導(dǎo)入期。隨著加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)日益完善，制氫、儲(chǔ)氫等環(huán)節(jié)技術(shù)的不斷突破，燃料電池汽車低排放、加氫時(shí)間短、續(xù)航里程長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)將逐漸顯現(xiàn)，產(chǎn)銷量將呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。氫燃料電池汽車將以客車和城市物流車為切入領(lǐng)域，向乘用車拓展，再向其他交通領(lǐng)域布局。逐步建立完備的燃料電池材料、部件、系統(tǒng)制備與生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)鏈。據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》預(yù)測(cè)，到2035年，我國(guó)燃料電池汽車保有量將達(dá)到100萬輛左右。2050年燃料電池汽車保有量將達(dá)到1000萬輛。

氫燃料電池是氫能應(yīng)用于交通領(lǐng)域的重要技術(shù)路線，其中氫能源商用車和氫能源重型工程機(jī)械是中國(guó)現(xiàn)階段氫能交通領(lǐng)域應(yīng)用的主要形式。氫燃料電池汽車目前造價(jià)成本較高，加氫站覆蓋率低，且市場(chǎng)氫能教育水平不足，民眾購(gòu)買氫燃料電池乘用車意愿較低。但氫燃料電池汽車具備續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、充電便捷、耐低溫等優(yōu)勢(shì)，相較于鋰電池汽車，其性能屬性更加貼合商用車場(chǎng)景需求。商用車雖使用數(shù)量較乘用車少，但其每日運(yùn)營(yíng)里程遠(yuǎn)超乘用車，政府通過制定補(bǔ)貼和比例政策，推動(dòng)市政和企業(yè)購(gòu)買意愿向氫燃料電池商用車傾斜，從而帶動(dòng)氫能源汽車的發(fā)展。2025年中國(guó)氫能源燃料電池汽車保有量有望增長(zhǎng)至10萬輛，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)800億元。

據(jù)《中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)2050 年氫能在中國(guó)終端能源體系中占比至少達(dá)到10%，氫氣需求量接近6000 萬噸，其中交通運(yùn)輸領(lǐng)域用氫2458 萬噸，約占該領(lǐng)域用能比例19%，燃料電池車產(chǎn)量達(dá)到520 萬輛/年。

氫能利用是工業(yè)領(lǐng)域深度脫碳的重要實(shí)現(xiàn)路徑。隨著國(guó)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(guó)家政策的加持，氫在多個(gè)難以脫碳領(lǐng)域的“不可替代性”正備受關(guān)注，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(lì)氫能等替代能源在鋼鐵、水泥、化工等行業(yè)的應(yīng)用。傳統(tǒng)的冶金、水泥、化工等難以脫碳的領(lǐng)域，除來自國(guó)家碳減排政策越來越大的壓力外，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家設(shè)置的綠色能源和綠色產(chǎn)品壁壘也已影響到這些行業(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，用氫能、綠電等替代傳統(tǒng)化石能源是唯一的選擇。

工業(yè)部門用氫需求大，因此能夠以規(guī)模效益來降低氫能供應(yīng)鏈成本；同時(shí)，工業(yè)企業(yè)決策相對(duì)集中，可在基礎(chǔ)設(shè)施等方面率先行動(dòng)，并帶動(dòng)全社會(huì)氫能發(fā)展。未來氫能在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣泛，氫能煉鋼、綠氫化工和天然氣摻氫將成為主要應(yīng)用場(chǎng)景。

在工業(yè)領(lǐng)域，氫能將廣泛應(yīng)用于鋼鐵、化工、石化等行業(yè)，替代煤炭、石油等化石能源, 預(yù)計(jì)2050年工業(yè)領(lǐng)域氫能需求將超過3500萬噸，其中氫冶金用氫可望達(dá)到1000多萬噸。在環(huán)保政策趨嚴(yán)的背景下，氫冶金技術(shù)可助力實(shí)現(xiàn)不同程度的減排，成為鋼鐵綠色發(fā)展的重點(diǎn)之一。氫冶金主要包括高爐富氫還原煉鐵和氫基豎爐直接還原兩類。其中，前者用氫氣代替部分焦炭作為還原劑，可實(shí)現(xiàn)10%以上的碳減排幅度；后者采用氫氣作為還原劑，將鐵礦石轉(zhuǎn)化為直接還原鐵(DRI)，再通過電爐冶煉，可實(shí)現(xiàn)50%以上的碳減排。

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(huì)產(chǎn)生很多的二氧化碳。在全球應(yīng)對(duì)氣候變化形勢(shì)下，主要國(guó)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(duì)已經(jīng)到來的碳減排挑戰(zhàn)。

氫冶金工藝目前主要有富氫還原高爐與氣基直接還原豎爐兩類工藝。富氫還原高爐工藝是對(duì)現(xiàn)有長(zhǎng)流程工藝的改進(jìn)，減碳幅度為10%-20%，減排潛力有限；氣基直接還原豎爐工藝是直接還原技術(shù)，不需要煉焦、燒結(jié)、煉鐵等環(huán)節(jié)，能夠從源頭控制碳排放，相較于高爐富氫還原減 碳幅度可達(dá)50%以上，減排潛力較大，是迅速擴(kuò)大直接還原鐵生產(chǎn)的有效途徑。但氣基豎爐存在吸熱效應(yīng)強(qiáng)、入爐 H2氣量增大、生產(chǎn)成本升高、H2還原速率下降、產(chǎn)品活性高和難以鈍化運(yùn)輸?shù)戎T多問題。歐洲、日本、韓國(guó)等國(guó)家和地區(qū)的鋼鐵企業(yè)均制定了包括氫能冶金在內(nèi)的低碳冶 金技術(shù)路線圖，加快研發(fā)、試驗(yàn)和應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)尋求工藝技術(shù)突破。目前國(guó)內(nèi)部分鋼鐵企業(yè)已發(fā)布?xì)湟苯鹨?guī)劃，建成示范工程并投產(chǎn)，取得一定的創(chuàng)新突破，但示范工程尚處于工業(yè)性試驗(yàn)階段，還存在基礎(chǔ)設(shè)施不完善、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)空白、成本較高、安全用氫等問題，而且現(xiàn)階段考慮氣源、制備、儲(chǔ)運(yùn)、成本等因素所用氫氣多數(shù)仍為“灰氫”，距離實(shí)現(xiàn)“綠氫冶金”還有很長(zhǎng)的路要走。未來還需深入研究分布式綠色能源利用、氫氣制備與存儲(chǔ)、氫冶金、CO脫除等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，形成以氫能為核心的新型鋼鐵冶金生產(chǎn)工藝。

煉油加氫。在煉油過程中,需要使用氫氣對(duì)油品進(jìn)行加氫裂化、加氫精制等處理除去雜質(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。

氫化工。氫能可以促進(jìn)傳統(tǒng)化石能源的轉(zhuǎn)型升級(jí)，由燃料向原料徹底轉(zhuǎn)變，杜絕了將煤炭作為原料使用時(shí)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。

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(shì)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。

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(jí)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、Porcelanosa（寶路莎）等國(guó)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(guó)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。

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(chǔ)氣庫(kù)等，可起到儲(chǔ)能和電力負(fù)荷削峰填谷的作用，同時(shí)避免了新建輸氫管道所需的高昂建造成本。

氫儲(chǔ)能是極具發(fā)展?jié)摿Φ囊?guī)?；瘍?chǔ)能技術(shù)，可用于可再生能源消納、電網(wǎng)削峰填谷、用戶冷熱電氣聯(lián)供、微電網(wǎng)等場(chǎng)景等諸多場(chǎng)景。例如具備快速響應(yīng)及啟停能力的電解制氫系統(tǒng)，在用電高峰時(shí)可用于調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)；電解制氫+儲(chǔ)氫+氫燃料電池發(fā)電用于構(gòu)建微電網(wǎng)系統(tǒng)，進(jìn)行氫、熱、電聯(lián)供，實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)可靠供能。

國(guó)內(nèi)氫儲(chǔ)能技術(shù)目前還處于示范應(yīng)用階段。國(guó)內(nèi)首個(gè)兆瓦級(jí)氫儲(chǔ)能項(xiàng)目2022年7月6號(hào)在安徽六安投運(yùn)，工程采用單槽250千瓦四槽并聯(lián)控制技術(shù)，應(yīng)用國(guó)內(nèi)首個(gè)兆瓦級(jí)質(zhì)子交換膜(PEM)純水電解制氫系統(tǒng)，額定制氫功率下產(chǎn)氫量220標(biāo)方/小時(shí)，系統(tǒng)制氫能效達(dá)到85%。

張家口200MW/800MWh 氫儲(chǔ)能發(fā)電工程2021年11月13日通過專家評(píng)審。其中整個(gè)發(fā)電區(qū)是由80套大型電解水制氫裝置、96套吸放氫金屬固態(tài)儲(chǔ)氫裝置、384臺(tái)640kW燃料電池模塊、以及逆變、升壓電氣設(shè)備組成的大型制氫儲(chǔ)氫、發(fā)電系統(tǒng)。該項(xiàng)目計(jì)劃2023年建成投運(yùn)，標(biāo)志著我國(guó)氫能在大規(guī)模儲(chǔ)能調(diào)峰應(yīng)用場(chǎng)景邁出實(shí)質(zhì)性一步。

氫儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈：氫儲(chǔ)能上游主要是氫電解槽和質(zhì)子交換膜，氫電解槽主要生產(chǎn)企業(yè)有考克利爾競(jìng)立、中國(guó)船舶集團(tuán)第七一八研究所等，質(zhì)子交換膜主要企業(yè)有科恒股份、南都電源等；中游建設(shè)承包方面主要有國(guó)家電網(wǎng)、中國(guó)能建負(fù)責(zé)，制氫儲(chǔ)氫方面國(guó)家電網(wǎng)也負(fù)責(zé)氫儲(chǔ)能電站的運(yùn)行，同時(shí)安泰科技、巨化集團(tuán)等在制氫儲(chǔ)氫方面具有知識(shí)儲(chǔ)備；下游發(fā)電側(cè)包括國(guó)家電網(wǎng)、東方電氣、南都電源等企業(yè)，主要用于氫燃料電池發(fā)電；電網(wǎng)側(cè)氫儲(chǔ)能作為清潔綠色的能源可以進(jìn)行氫、熱、電聯(lián)供，實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)可靠供能。氫儲(chǔ)能整體產(chǎn)業(yè)鏈重疊度較高，例如國(guó)家電網(wǎng)、南都能源等企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈多處均有參與。下游用戶側(cè)主要是參與微電網(wǎng)調(diào)節(jié)功能，主要參與企業(yè)是安思卓新能源。

氫能可以用于建筑的供暖和熱水。傳統(tǒng)的供暖方式主要依靠燃煤、燃?xì)獾然茉?，這些能源的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳和其他有害氣體，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。而氫能的燃燒只會(huì)產(chǎn)生水和少量氧氣，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此，將氫能應(yīng)用于建筑的供暖和熱水，不僅可以減少環(huán)境污染，還可以提高建筑的能源利用效率。

氫能可用于建筑的電力供應(yīng)。目前，許多建筑都采用太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電，但這些能源的不穩(wěn)定性和不可控性限制了其應(yīng)用范圍。而氫能可以通過電解水制備氫氣，再將氫氣與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電能，這種方式可以實(shí)現(xiàn)可控、可靠的電力供應(yīng)。此外，氫能還可以與燃料電池結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高效、低碳的電力供應(yīng)。

氫能可用于建筑的儲(chǔ)能。建筑的能源需求存在時(shí)段性和季節(jié)性變化，因此需要一種可靠的儲(chǔ)能方式來平衡能源供需。氫能可以通過電解水制備氫氣，再將氫氣儲(chǔ)存起來，需要時(shí)再將氫氣與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電能。這種方式可以實(shí)現(xiàn)高效、可靠的能源儲(chǔ)存和利用。