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HYDROGEN

ENERGY

清潔能源 保護(hù)環(huán)境

氫氣（Hydrogen Gas）是由氫元素構(gòu)成的雙原子分子單質(zhì)。它既是重要的化工原料，又是清潔環(huán)保的能源載體（氫能）。

氫氣由最輕的元素——?dú)湓亟M成，具有很多特殊的物理特性（見表1）。

表1 　氫氣物理特性

氣態(tài)氫氣密度較低，不到空氣密度的1/14，這使得氫氣在空氣中具有很大的浮力和極快的擴(kuò)散速度，不易聚集形成可燃性混合氣體。

氫氣的沸點(diǎn)為-252.9℃，是沸點(diǎn)第二低的氣體，比氮?dú)獾姆悬c(diǎn)（-195.8℃）低57.1℃，這給液氫制備與儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)帶來很大挑戰(zhàn)。

氫氣無色、無味、無臭、無毒，對(duì)人體無害，攝入少量氫氣可能有一定的醫(yī)療作用，但吸入過量氫氣會(huì)有窒息的風(fēng)險(xiǎn)。

另外，氫氣在常溫下具有節(jié)流膨脹升溫特性，在-78.15℃（195K）以下才具有節(jié)流膨脹降溫特性，因此液氫制備需要先進(jìn)行預(yù)冷處理，再進(jìn)行節(jié)流膨脹。

在上述特性之外，高壓氫氣還可能使金屬材料發(fā)生氫脆而失效，這要求臨氫金屬材料的選擇和使用必須經(jīng)過充分驗(yàn)證?和測(cè)試，確保臨氫材料的氫相容性符合服役要求。

氫能的核心特征

HYDROGEN　　ENERGY

能量密度高

氫氣的低位熱值高達(dá)120 MJ/kg，是天然氣的2.6倍、汽油的2.8倍、標(biāo)準(zhǔn)煤的4.1倍，在能量密度要求高的領(lǐng)域（如客車、重卡、輪船、無人機(jī)、飛機(jī)等）有很大的應(yīng)用潛力。

零碳排放

氫氣與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成純凈水，幾乎沒有副反應(yīng)，不產(chǎn)生二氧化碳排放，是零碳清潔能源的典型代表。而且，氫氣與空氣可以在電催化劑的作用下，通過電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，以免高溫燃燒反應(yīng)產(chǎn)生NOx排放。

燃燒性能好

氫氣燃燒特性（見表2）。氫氣在空氣中的燃燒極限為4-75%VOL（體積分?jǐn)?shù)），燃燒濃度范圍寬、燃燒穩(wěn)定性好；另一方面，涉氫場(chǎng)所應(yīng)嚴(yán)格控制空氣中的氫氣濃度，確保用氫安全。氫氣火焰?zhèn)鞑ニ俣瘸^2.7m/s，是汽油的7倍以上，淬熄距離0.64mm，僅為汽油的1/3，燃燒速度快、燃燒充分；另一方面，氫內(nèi)燃機(jī)容易出現(xiàn)異常燃燒現(xiàn)象，需要做針對(duì)性優(yōu)化。

表2 　氫氣燃燒特性

含能體能源

氫能屬于含能體能源，可以通過電解水反應(yīng)，將棄風(fēng)、棄光等過剩新能源電力轉(zhuǎn)化為氫氣化學(xué)能，后續(xù)還可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氨、甲醇、燃油等便于儲(chǔ)運(yùn)的氫氣衍生物。

應(yīng)用場(chǎng)景多樣

氫電互補(bǔ)：氫氣和氫氣衍生物的用途十分廣泛，可用于交通、化工、冶金、發(fā)電、建筑熱電聯(lián)供等多種應(yīng)用場(chǎng)景。氫能與電能協(xié)同發(fā)展，共同構(gòu)建終端能源消費(fèi)主體，有助于可再生能源的充分利用，解決新能源電力供需時(shí)空錯(cuò)配問題。

氫能來源與分類

HYDROGEN 　ENERGY

氫能作為一種二次能源，需要通過化學(xué)反應(yīng)利用其他能源制取。根據(jù)氫氣的制取方式和碳排放強(qiáng)度，將氫氣分為三類：

“灰氫”（Gray Hydrogen）

利用傳統(tǒng)化石燃料（如煤炭、天然氣）通過氣化、重整等反應(yīng)制取的氫氣，制備過程排放大量二氧化碳，不屬于綠色可再生能源。目前“灰氫”占全球氫氣產(chǎn)量的95%，生產(chǎn)成本較低，但碳排放強(qiáng)度大。

“藍(lán)氫”（Blue Hydrogen）

在“灰氫”生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，應(yīng)用碳捕集、利用與封存技術(shù)（Carbon Capture, Utilization and Storage）制取的氫氣，可減少90%左右的碳排放。目前CCUS技術(shù)成熟度低、未經(jīng)大規(guī)模示范驗(yàn)證，導(dǎo)致“藍(lán)氫”生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于“灰氫”。“藍(lán)氫”被看作是氫能行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的中間方案。

“綠氫”（Green Hydrogen）

利用可再生能源（如風(fēng)電、光伏、水電等）通過電解水反應(yīng)制取的氫氣，制備過程沒有碳排放。目前“綠氫”生產(chǎn)成本較高，是煤制氫成本的2倍左右。但是，隨著電力制氫技術(shù)的快速發(fā)展和新能源發(fā)電成本的不斷下行，“綠氫”在未來有望成為氫能的主要來源。綠氫與綠電協(xié)同耦合，被視為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的終極方案。

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氫能產(chǎn)業(yè)展望

HYDROGEN 　ENERGY

應(yīng)用場(chǎng)景廣泛

GREEN HYDROGEN

當(dāng)前，我國(guó)正在積極布局氫能產(chǎn)業(yè)，已形成上游制氫、中游儲(chǔ)運(yùn)和下游應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈體系。近年來，國(guó)產(chǎn)技術(shù)成熟度顯著提升，在電解水制氫、高壓氫氣儲(chǔ)運(yùn)、液氫制備與儲(chǔ)運(yùn)、氫氣管網(wǎng)、氫燃料電池車、家用氫能、柔性合成氨、氫基綠色燃料等諸多領(lǐng)域，廣泛開展工程示范應(yīng)用。截至2024年底，全國(guó)燃料電池汽車保有量超過28000輛，居全球第二，建成加氫站超過500座，居全球第一。

經(jīng)測(cè)算，2030年我國(guó)綠氫供應(yīng)成本有望快速下降至12-15元/kg，將具有顯著的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。預(yù)計(jì)到2060年，氫能在我國(guó)終端能源消費(fèi)占比將達(dá)到12-15%，能源消費(fèi)規(guī)模僅次于電能，形成總產(chǎn)值超過5萬億元的氫能產(chǎn)業(yè)。

全產(chǎn)業(yè)鏈專業(yè)平臺(tái)公司

氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與電力密不可分。作為我國(guó)能源電力和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的國(guó)家隊(duì)和排頭兵，中國(guó)能建早在2011年就開始對(duì)氫能進(jìn)行前瞻研究；2021年率先發(fā)布了《中國(guó)能建踐行“30·60”戰(zhàn)略目標(biāo)行動(dòng)方案（白皮書）》，明確提出要推動(dòng)氫能等相關(guān)產(chǎn)業(yè)取得跨越式發(fā)展。

2022年，中能建氫能源有限公司注冊(cè)成立，作為中國(guó)能建境內(nèi)外氫能源相關(guān)產(chǎn)業(yè)投資和資本運(yùn)營(yíng)的實(shí)施主體，以及中國(guó)能建氫能業(yè)務(wù)投建營(yíng)一體化平臺(tái)、產(chǎn)業(yè)平臺(tái)、技術(shù)研發(fā)平臺(tái)和技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)，在建的中能建松原氫能產(chǎn)業(yè)園（綠色氫氨醇一體化）項(xiàng)目是全球規(guī)模最大、技術(shù)創(chuàng)新程度最高的氫能示范工程。

中國(guó)能建充分發(fā)揮電力領(lǐng)域的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合可再生能源制氫方面的良好基礎(chǔ)，全力推進(jìn)氫能業(yè)務(wù)發(fā)展，正成長(zhǎng)為中國(guó)“氫能經(jīng)濟(jì)”的先鋒力量。

中能建松原氫能產(chǎn)業(yè)園（80萬噸綠色氫氨醇一體化）項(xiàng)目

WORLD　EARTH DAY

氫能作為清潔、高效的二次能源載體，是人類社會(huì)能源轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略支柱。蓬勃發(fā)展的氫能產(chǎn)業(yè)，正通過政策賦能、科技創(chuàng)新、裝備升級(jí)和規(guī)?；瘧?yīng)用等措施，系統(tǒng)破解綠氫生產(chǎn)成本高、儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)瓶頸等難題。氫能將在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)進(jìn)程中發(fā)揮不可替代的關(guān)鍵作用。

（來源：中國(guó)能源研究會(huì)）