氢气的应用场景有哪些？

应用场景包括交通、工业、电力和建筑四大领域。

1.交通：我国氢燃料电池汽车产业正处在商业化初期阶段

氢能源汽车发展前景广阔，氢燃料电池为核心部件。氢燃料电池指的是氢通过与氧的化 学反应而产生电能的装置。和电动车相比，氢燃料电池车续航足、加氢快；和传统燃油 车比，氢燃料电池车又具有节能减排的属性。因此，氢能源汽车被视为 21 世纪最具发展 潜力的清洁能源汽车，开发氢能已引起各国的高度重视。氢燃料电池汽车上游为汽车零 部件生产，主要包括氢燃料电池、电机、电控系统、仪表盘、车灯等。汽车厂商将各种零 部件组装成氢燃料电池汽车，下游为汽车保险、汽车金融、汽车售后维修、汽车养护、汽 车 IT 等。

氢燃料电池系统中关键零部件是电堆与空压机。氢燃料电池体系的核心电堆由双极板和 膜电极构成，膜电极由反应催化剂、质子交换膜、气体扩散层等组成。除电堆以外，氢燃 料电池系统还包括空气供应系统、氢气供给系统、水、热管理员系统、电气系统、控制系 统等。这些配套系统和电堆的有机结合、相互配合，共同完成了氢燃料电池系统的正常 运行，为负载输出所需要的能量。空压机对空气进行增压，为电池供给电压和流速快的 清洁空气，以满足氢电池对空气的要求。适用于氢燃料电池系统的空压机需要满足清洁、 低功耗、小尺寸、低噪音及少振动、动态反应快五大要求。

示范城市群计划 2025 年实现 3.3 万辆燃料电池汽车保有量，2025 年有望实现 10 万辆的 保有量目标。2020 年 9 月五部委(财政部、工业和信息化部、科技部、国家发展改革委、 国家能源局)联合发布了《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》(下简称通知)，启动 燃料电池汽车城市群示范应用推广。2021 年 8 月，京津冀、上海、广东三大城市群示范 区首批入选。2021 年 12 月，河北、河南城市群第二批入选。至此，燃料电池汽车城市群 示范应用推广形成“3+2”新格局。根据示范城市群的示范目标，2025 年合计为 3.3 万辆， 考虑其他非示范氢能规划持续落地，预计 2025 年中国氢燃料电池汽车 10 万辆的保有量 目标有望实现。“京津冀示范城市群” 2022 年累计推广燃料电池汽车数量为 1197 辆，完 成了 4 年示范期推广总任务 5300 辆的 22.58%，完成率居五大示范城市群之首。在京津 冀城市群内部，2022 年北京市累计推广了 887 辆燃料电池汽车，占据了该城市群 2022 年 推广总数量的 74.1%。

2.工业：氢能助力钢铁企业实现产业结构和能源结构双赢局面

目前我国钢铁企业面临碳减排压力过大 ，加快推进氢能的应用势在必行。钢铁是第一大 碳排放的工业行业，2019 年我国钢铁总产量 9.96 亿吨，占全世界总产量的 53.3%，而钢 铁产业 CO2 排放量为 22.27 亿吨，约占我国碳排放总量的 16%，是碳排放量最多的行业 之一。目前氢气在钢铁企业应用层面比较少，氢能除了具有能源燃料属性外，还是重要 的工业原料。氢气可代替焦炭和天然气作为还原剂，可以消除炼铁和炼钢过程中的绝大 部分碳排放。利用可再生能源电力电解水制氢，然后合成氨、甲醇等化工产品，有利于 化工领域大幅度降碳减排。 氢冶金具有工艺流程短、产品质量高、节能减排的优势。首先，碳冶金生产的铁水，含 S、P、Cu、Zn 等有害元素含量较高，而氢冶金生产的海绵铁，含 S、P、Cu、Zn 等有害 元素的含量相对较低，铁的质量明显提高。其次，与碳冶金相比，氢冶金短流程免除了 高污染、高能耗的烧结、焦化、高炉等工序，氢冶金 CO2、SO2排放量大幅减少。最后， 与传统碳冶金相比，氢冶金工艺流程短。

3.电力：氢储能有望成为电网的“稳定器”

氢储能可以同时提高可再生能源的消纳以及实现对电网的调峰调频、平滑电网的输出。 氢储能体系是“电—氢—电”的转换，是指将分布式可再生能源电力或电网中过剩的氢电力，通过电解水制氢转换成氢气的化学能，随后利用氢气发电技术将氢能再次转换为电 力并输送回电网，或运输至用户端进行分布式发电。相比其他储能方式，氢储能在“电— 氢—电”的转换过程中，可以同时提高可再生能源的消纳以及实现对电网的调峰调频、平 滑电网的输出，有助于构建以可再生电力为主的新型电力系统，保障我国能源安全。未 来随着可再生能源电力并网规模的增加，不稳定的风电、光伏发电必将对电网的稳定性 造成较大冲击，氢储能将对电网的稳定性发挥重要作用。

碱性电解水制氢下氢发电系统的度电成本为 0.75 元/kWh 左右。测算全生命周期度电成 本是目前储能常用的成本衡量指标，计算公式为：储能电站总成本/储能电站总处理电量。 全生命周期储能电站总成本分为安装成本和运行成本，安装成本主要包括储能系统成本 和土建成本等初始投资，运行成本则包括运维成本、人工成本、回收残值等。全生命周 期储能电站总处理电量主要指氢发电系统的发电总量。以我国正在建设的全球最大的氢 储能发电项目——张家口 200MW/800MWh 氢储能发电工程项目为例，其制氢技术为碱 性电解水制氢，采用固态储氢装置。假设设备折旧年限为 10 年，土地及房屋折旧年限为 40 年。从预计运行情况测算，该氢储能项目的度电成本预计在 0.75 元 /kWh 左右。

4.建筑：“天然气掺氢”+“热电联供”助力建筑供热领域碳减排

在建筑行业，一方面天然气掺氢用作家用燃料，可以降低燃气使用碳排放强度。另一方 面，氢驱动的燃料电池热电联供系统，为建筑物供电供热，综合能源利用效率超过 80%。 利用掺氢天然气供暖是实现建筑领域能源消费低碳转型最有潜力的发展方向。加拿大、 美国和西欧等主要供暖市场已有成功经验，将一定比例的氢气混合到天然气管网中，对 锅炉和煤气灶等最终使用设备几乎没有影响。2022 年 1 月，国家电投荆门绿动电厂成功 实现 15%掺氢燃烧改造和运行，成为全球首个在天然气商业机组中进行掺氢燃烧的联合 循环、热电联供示范项目。

欧美日韩在燃料电池热电联供领域的技术和应用都处于全球领先地位，我国燃料电池热 电联供市场正逐渐铺开。热电联供系统指在氢气发电过程中将供热和发电联合在一起， 将氢气发电过程中原本浪费的热能加以利用，为工业建筑或居民提供廉价的取暖用热， 从而提升能源利用效率。作为全球小型热电联供的最大市场，日本的家用燃料电池热电 联供 Ene-Farm 项目已部署了超过 40 万台套；东芝也推出 H2Rex 系列系统，用于零售店 和酒店等小型商业应用。美国和韩国专注于开发兆瓦级的大型燃料电池分布式发电站系 统，Bloom Energy、FuelCell Energy、LG、斗山等企业均有布局。而我国生物燃料电池热 电联供市场正处于发展初期，在各项政策推动下，小规模示范应用正在稳步铺开。