绿色低碳能源之氢能

氢能作为一种可储、可电、可燃烧的清洁能源，质量能量密度高，使用过程环境友好，无碳排放，被称为21世纪理想能源，已被多个国家提升至国家战略高度。

氢能简介

氢能作为二次能源，从一次能源转换获得后，再运输至用能终端，最终转化为电力、热能或机械动力。氢能的产业链可概括为“氢气制取、氢气储运、氢气应用”三个环节。

氢气制取

按照制取过程碳排放强度，氢气被分为灰氢、蓝氢和绿氢。

灰氢指由化石燃料重整制得的氢气，碳排放强度高，技术成熟，适合大规模制氢，成本优势显著，约占目前全球市场氢源供应的96%。

蓝氢指加装碳捕集与封存（CCS）技术的化石能源制氢和工业副产氢，与灰氢相比碳排放量大幅降低。

绿氢指可再生能源制氢及核能制氢，制氢过程中几乎不产生碳排放，是未来氢气制取的主流方向。

中国氢气供给结构中约77.3%来自于化石能源重整制氢，21.2%来自于工业副产氢，1.5%由电解水制氢提供。

氢气储运

氢气是易燃易爆气体，燃点为574°C，爆炸极限广至4%~75%（天然气的爆炸极限范围在5%~15%）。因此氢气储运有一定难度。

目前，储氢主要有两种方式：一是物理储氢，如高压气态储氢、低温液态储氢；二是化学储氢如固态金属储氢、有机溶液储氢。几种典型储氢技术性能对比如表1所示。

表1典型储氢技术对比

氢气运输当前主流的方式为气管拖车、液氢槽车/船、氢气管网，其成本与运输距离相关。

（1）气管拖车，运输高压气体，灵活性高，但载氢量小，储氢密度低，存在高压危险。运输距离较小时，氢气长管拖车较液氢运输具有成本优势。

（2）液氢槽车，运输低温液体，其单次载氢量超过气管拖车的11倍，运输成本随运输距离变化基本维持稳定，适合远距离、中大体量运输。

（3）氢气管网，初始投资成本高，其输氢成本随运能的提升而降低，当运输体量达到一定规模方能凸显其经济性，且随着运输距离的增加输氢成本显著升高。因此，管网输氢适用于固定性的批量供氢线路。

氢气的应用

氢气不仅是高能量密度的能源载体，还是重要的化工原料和还原气体，因此被广泛应用于各个领域。

在非能源领域，氢气作为重要的化工原料和还原气体，被广泛应用于合成氨、合成甲醇、原油提炼过程、芯片和多晶硅生产过程、钢铁行业。

在能源领域，氢气主要应用于交通行业和电力行业。在交通行业，氢动力可实现长续航，在低温环境下有很好的适应力，在货用卡车、长途汽车应用中有着优势。氢动力叉车凭借其灵活性和快充性能已实现推广使用。氢动力飞机、船舶相关研究正在进行中，全球已有示范案例。氢动力避免了噪音和高温，是军事交通的优选动力来源。作为低温推进剂，液氢在航天领域已有多年应用历史。在电力行业，氢能发电，可用作备用电源、分布式电源为电网调峰。在建筑领域，由于技术和经济性的原因，氢气的利用还存在一定的挑战，目前还处于小规模示范研究阶段。

我国氢能发展趋势

根据国家发展改革委和国家能源局联合印发的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》：氢能是未来国家能源体系的组成部分，充分发挥氢能清洁低碳特点，推动交通、工业等用能终端和高耗能、高排放行业绿色低碳转型。同时，氢能是战略性新兴产业的重点方向之一，是构建绿色低碳产业体系、打造产业转型升级的新增长点。

到2025年，将初步建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系。燃料电池车辆保有量约5万辆，部署建设一批加氢站。可再生能源制氢量达到10万吨至20万吨/年，成为新增氢能消费的重要组成部分，实现二氧化碳减排100万吨至200万吨/年。

到2030年，形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系。

到2035年，形成氢能产业体系，构建涵盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态。

据中国氢能联盟预测，到2050年，中国氢能在整个能源结构中的占比也将达到10%，年需求量约6000万吨/年。

北京市氢能发展现状及规划

根据《北京市氢能产业发展实施方案（2021-2025年）》，北京市氢能技术研究在我国起步最早，在科技创新、产业基础、支撑要素和市场应用方面具有全国领先优势。2020年，北京氢能产业实现产值约30亿元，总体处于中试到产业化过渡阶段。

后续将依托产业先发优势，积极打造具有国际影响力的氢能产业城市与科技创新中心，以冬奥会和冬残奥会重大示范工程为依托，2023年前，培育5-8家具有国际影响力的氢能产业链龙头企业，京津冀区域累计实现产业链产业规模突破500亿元，减少碳排放100万吨，力争建成37座加氢站，推广燃料电池汽车3000辆，在京津冀区域开展氢能与可再生能源耦合示范项目；2025年前，培育10-15家具有国际影响力的产业链龙头企业，建成3-4家国际一流的产业研发创新平台，京津冀区域累计实现氢能产业链产业规模1000亿元以上，减少碳排放200万吨，力争完成新增37座加氢站建设，实现燃料电池汽车累计推广量突破1万辆，累计推广分布式发电系统装机规模10MW以上。

北部区域将以昌平“能源谷”建设为核心，向南融合海淀，向北辐射延庆、怀柔，打造氢能产业关键技术研发和科技创新示范区。南部区域将依托大兴国际氢能产业园，联合房山、经开区，构建氢能全产业链生态系统，打造氢能高端装备制造与应用示范区，承接北部地区科技创新成果的产业化，汇聚燃料电池、整车企业，开展氢能产业全场景应用示范。

临空区氢能发展情况

顺应发展趋势，临空区已在生命健康社区和国际航空社区，规划2座加氢站，并将近期推动国际航空社区加氢站建设。下一步，临空区将协同大兴氢能国际产业园，结合物流产业需求，适时探索氢能在物流运输业中的应用场景。

参考文献：

[1] 《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》.

[2] 《北京市氢能产业发展实施方案（2021-2025年）》.

[3] 徐硕，余碧莹. 中国氢能技术发展现状及未来展望[J]. 北京理工大学学报（社会科学版）, 2021, 23（6）:1~12.