氫能在交通、工業(yè)、建筑和電力等諸多領(lǐng)域均有廣闊應(yīng)用前景。
在交通領(lǐng)域，公路長途運輸、鐵路、航空及航運將氫能視為減少碳排放的重要燃料之一?，F(xiàn)階段我國以氫燃料電池客車和重卡為主，數(shù)量超過6000輛。在相應(yīng)配套基礎(chǔ)設(shè)施方面，我國已累計建成加氫站超過250座，約占全球數(shù)量的40%，居世界第一。
目前我國氫能應(yīng)用占比最大的領(lǐng)域是工業(yè)領(lǐng)域。氫能除了具有能源燃料屬性外，還是重要的工業(yè)原料。氫氣可代替焦炭和天然氣作為還原劑，可以消除煉鐵和煉鋼過程中的絕大部分碳排放。利用可再生能源電力電解水制氫，然后合成氨、甲醇等化工產(chǎn)品，有利于化工領(lǐng)域大幅度降碳減排。
建筑領(lǐng)域需要消耗大量的電能和熱能，已與交通領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域并列為我國三大“耗能大戶”。利用氫燃料電池純發(fā)電效率僅約為50%，而通過熱電聯(lián)產(chǎn)方式的綜合效率可達(dá)85%——氫燃料電池在為建筑發(fā)電的同時，余熱可回收用于供暖和熱水。在氫氣運輸至建筑終端方面，可借助較為完善的家庭天然氣管網(wǎng)，以小于20%的比例將氫氣摻入天然氣，并運輸至千家萬戶。據(jù)估計，2050年全球10%的建筑供熱和8%的建筑供能將由氫氣提供，每年可減排7億噸二氧化碳。
在電力領(lǐng)域，因可再生能源具有不穩(wěn)定性，通過電—氫—電的轉(zhuǎn)化方式，氫能可成為一種新型的儲能形式。在用電低谷期，利用富余的可再生能源電力電解水制取氫氣，并以高壓氣態(tài)、低溫液態(tài)、有機(jī)液態(tài)或固態(tài)材料等形式儲存下來;在用電高峰期，再將儲存的氫通過燃料電池或氫氣透平裝置進(jìn)行發(fā)電，并入公共電網(wǎng)。而氫儲能的存儲規(guī)模更大，存儲時間更長，可根據(jù)太陽能、風(fēng)能、水資源等產(chǎn)出差異實現(xiàn)季節(jié)性存儲。同時，電氫耦合，也將在我國構(gòu)建現(xiàn)代能源體系中發(fā)揮重要作用。
從清潔低碳角度看，大規(guī)模電氣化是我國多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)降碳的有力抓手，例如交通領(lǐng)域的電動汽車替代燃油汽車，建筑領(lǐng)域的電采暖取代傳統(tǒng)鍋爐采暖等。然而，仍有部分行業(yè)是難以通過直接電氣化實現(xiàn)降碳的，最為困難的行業(yè)包括鋼鐵、化工、公路運輸、航運和航空等。氫能具有能源燃料和工業(yè)原料雙重屬性，可以在上述難以深度脫碳的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
從安全高效角度看，首先，氫能可以促進(jìn)更高份額的可再生能源發(fā)展;其次，氫能可以進(jìn)行化學(xué)儲能和運輸，實現(xiàn)能源的時空轉(zhuǎn)移，促進(jìn)我國能源供應(yīng)和消費的區(qū)域平衡;此外，隨著可再生能源電力成本的降低，綠色電能和綠色氫能的經(jīng)濟(jì)性將得到提升;氫能與電能作為能源樞紐，更容易耦合熱能、冷能、燃料等多種能源，共同建立互聯(lián)互通的現(xiàn)代能源網(wǎng)絡(luò)，形成極具韌性的能源供應(yīng)體系。
作者系華北電力大學(xué)校長、教授
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