隨著雙碳和綠色理念的興起，近年來(lái)新能源汽車、光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能等相關(guān)行業(yè)得到了市場(chǎng)和社會(huì)輿論的廣泛關(guān)注。盡管對(duì)于氫能的應(yīng)用還方興未艾，盡管氫能暫不如新能源汽車、光伏、風(fēng)電等亮眼，但也在快速發(fā)展之中。

當(dāng)前對(duì)于氫能的輿論理解，可能更多還在于氫能源汽車、氫燃料電池等應(yīng)用場(chǎng)景；但經(jīng)邏輯分析可以發(fā)現(xiàn)，氫能更重要的應(yīng)用前景，實(shí)則在于儲(chǔ)能和節(jié)能。當(dāng)前我國(guó)發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)勢(shì)在必行，但一大問(wèn)題就是儲(chǔ)能，特別是長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能、跨月跨季節(jié)儲(chǔ)能。

通過(guò)“垃圾電”電解氫進(jìn)行儲(chǔ)能

一是能解決“垃圾電”并網(wǎng)利用的問(wèn)題；

二是能作為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的簡(jiǎn)單方式；

三是作為長(zhǎng)距離能源輸送的新途徑。

據(jù)國(guó)際氫能委員的報(bào)告顯示，今年 2 月以來(lái)，全球范圍內(nèi)啟動(dòng)了 131 個(gè)大型氫能開發(fā)項(xiàng)目；預(yù)計(jì)到 2030 年，全球氫能領(lǐng)域的投資總額將達(dá)到 5000 億美元。另?yè)?jù)世界能源理事會(huì)預(yù)計(jì)，到 2050 年氫能在全球終端能源消費(fèi)量中的占比可高達(dá)25%。

目前全球約有9000萬(wàn)噸的氫產(chǎn)量，幾乎全部用于從精煉產(chǎn)品中脫硫和煉油廠的重油改制等化工而非能源用途，但后續(xù)作為能源需求將是重要的增長(zhǎng)點(diǎn)。而我國(guó)作為制造業(yè)大國(guó)目前氫產(chǎn)量也居全球首位，2021 年制氫產(chǎn)量約3300萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)32%。從生產(chǎn)結(jié)構(gòu)來(lái)看，2020年我國(guó)主要是煤制氫、天然氣制氫等化石原料轉(zhuǎn)制占比81%左右，工業(yè)副產(chǎn)制氫僅為18%左右， 電解水制氫僅占1%左右。

氫元素是地球上最為常見的元素，也是較容易制取的元素；同時(shí)還有密度小、易燃的物理化學(xué)特性。故而進(jìn)入工業(yè)化時(shí)代以來(lái)對(duì)其應(yīng)用其實(shí)也開始較早；但從歷史來(lái)看，氫的應(yīng)用之所以不溫不火，主要是受其化學(xué)性質(zhì)影響、始終存在安全隱患。

20世紀(jì)初，隨著飛機(jī)的發(fā)明，人類對(duì)航空業(yè)的實(shí)際需求不斷增加；而飛艇成本低、續(xù)航力好、舒適性佳，是當(dāng)時(shí)較為重要的一種航空工具。當(dāng)時(shí)主流的充氣技術(shù)路徑主要是氦氣和氫氣。氦氣作為一種惰性氣體，安全性好，但其制取成本較高；而氫氣雖然容易制取，但易燃易爆，存在安全隱患。

▲興登堡號(hào)事件現(xiàn)場(chǎng)

如同當(dāng)今處于新舊能源的轉(zhuǎn)換變革時(shí)代；當(dāng)時(shí)作為航空業(yè)、飛艇制造業(yè)興起的時(shí)代，人類對(duì)于氫的應(yīng)用做了大量工程技術(shù)研究后，開始“自信”地認(rèn)為氫的安全問(wèn)題已得到較好解決，一批能跨洲際飛行的客運(yùn)飛艇建造并投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。但1937年5月6日，從德國(guó)直飛美國(guó)的巨型飛艇“興登堡”號(hào)在新澤西州準(zhǔn)備著陸時(shí)，因靜電或火花引燃?xì)錃舛诙潭?2秒內(nèi)在空中焚毀。該事件后，氫的航空應(yīng)用告一段落。

軍工領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用往往較為超前，包括核能、計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)等諸多當(dāng)前較普及的民用項(xiàng)目最早也起源于軍事用途。對(duì)于氫能源汽車、氫燃料電池的民用場(chǎng)景盡管還相對(duì)較少，但在軍事領(lǐng)域已有多年應(yīng)用。主要是常規(guī)潛艇的不依賴空氣動(dòng)力系統(tǒng)（AIP系統(tǒng)），該系統(tǒng)也有多種技術(shù)路線，包括斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)、閉式循環(huán)柴油機(jī)、閉式循環(huán)汽輪機(jī)和（氫）燃料電池。

▲氫燃料電池應(yīng)用——德國(guó)212A級(jí)AIP潛艇

德國(guó)AIP潛艇對(duì)于氫燃料電池的應(yīng)用相對(duì)較為成熟，但目前來(lái)看氫燃料電池路線只是少數(shù)，并未被大多數(shù)建造AIP潛艇的國(guó)家采用（我國(guó)為斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)路線）；除了成本和壽命，主要的問(wèn)題就是安全性問(wèn)題。

對(duì)于技術(shù)更為先進(jìn)、性能要求更高，同時(shí)級(jí)別更大（更有條件和空間完善安全措施）的AIP潛艇，氫燃料電池的應(yīng)用尚不完全成熟。故而在民用領(lǐng)域，如何解決安全性問(wèn)題，可能是今后氫能源汽車、氫燃料電池等直接面向個(gè)人消費(fèi)端的應(yīng)用場(chǎng)景需要重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域。

氫能要想直接應(yīng)用于個(gè)人消費(fèi)端，并有助于碳中和、碳達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，一個(gè)是安全性問(wèn)題；一個(gè)是目前的制氫模式需要改變，通過(guò)煤制氫、天然氣制氫等化石原料轉(zhuǎn)制，節(jié)能減排效果相對(duì)有限。

思路上，考慮到成本因素，氫能利用的較好模式，可能是通過(guò)光伏、風(fēng)能、水電等產(chǎn)生的、原本利用率較低、利用較為困難的“垃圾電”來(lái)進(jìn)行電解氫，然后以常溫高壓或低溫常壓等形式通過(guò)儲(chǔ)氫來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)能。一是能解決“垃圾電”并網(wǎng)利用的問(wèn)題，二是儲(chǔ)氫能作為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的簡(jiǎn)單方式，能夠較好解決當(dāng)前的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能瓶頸。

故而，站在國(guó)家能源安全的戰(zhàn)略高度來(lái)看，廢棄可再生能源制氫很可能成為我國(guó)制氫的主要發(fā)展方向?！稓淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃 （2021-2035 年）》將清潔低碳作為氫能發(fā)展的基本原則，提出構(gòu)建清潔化、低碳化、低成本的多元制氫體系，將發(fā)展重點(diǎn)放在可再生能源制氫，并提出嚴(yán)格控制化石能源制氫。以儲(chǔ)氫為媒介，可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷和儲(chǔ)能，明顯提高光伏、風(fēng)能和水電等的利用效率。

故而國(guó)內(nèi)的可再生能源制氫項(xiàng)目正如火如荼地建設(shè)中。據(jù)《2022 中國(guó)電解水制氫產(chǎn)業(yè)藍(lán)皮書》，我國(guó)已有超過(guò)百個(gè)在建和規(guī)劃中的電解水制氫項(xiàng)目，涵蓋了石油、化工、鋼鐵和交通等多個(gè)領(lǐng)域。

在 2020 年之前，大型電解水制氫設(shè)備在大工業(yè)領(lǐng)域幾乎沒有涉及。2020 年以后，雙碳目標(biāo)的提出極大推動(dòng)了電解水制氫項(xiàng)目在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。近兩年以來(lái)，中國(guó)能建、國(guó)家電網(wǎng)、三峽集團(tuán)、北京能源、深圳能源等央企/國(guó)企紛紛布局綠氫項(xiàng)目。

說(shuō)到底，一是可提高“垃圾電”的利用效能，二是提供了長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的解決辦法，三則是提供了長(zhǎng)距離能源輸送的新途徑，有助于改善我國(guó)能源生產(chǎn)和消費(fèi)地域不匹配的問(wèn)題。

眾所周知，我國(guó)的能源消費(fèi)更多地集中在長(zhǎng)三角、珠三角等東南沿海地區(qū)，而光伏、風(fēng)能和水電等清潔可再生能源資源則大多數(shù)分布在中西部地區(qū)，故而后續(xù)隨著技術(shù)迭代、經(jīng)濟(jì)性改善后，可在中西部地區(qū)通過(guò)儲(chǔ)氫的形式，如同油、煤等長(zhǎng)距離運(yùn)輸至東南沿海地區(qū)，改善地區(qū)錯(cuò)配問(wèn)題。同時(shí)這種模式，主要在工業(yè)領(lǐng)域而非直面?zhèn)€人消費(fèi)端，對(duì)于安全問(wèn)題的把控應(yīng)也相對(duì)較好。

氫能的另一應(yīng)用領(lǐng)域就是節(jié)能、主要是工業(yè)節(jié)能。目前制氫幾乎全部用于從精煉產(chǎn)品中脫硫和煉油廠的重油改制等化工領(lǐng)域，而國(guó)際能源署、麥肯錫等機(jī)構(gòu)都認(rèn)為后續(xù)氫能將有助于實(shí)現(xiàn)工業(yè)部門的深度脫碳，主要方式為應(yīng)用氫能革新型工藝。

氫氣直接還原鐵是氫能革新型工藝的典型代表，鐵礦石一般是含鐵氧化物，該工藝使用化學(xué)性質(zhì)比鐵元素更為活潑的氫元素作為還原劑、通過(guò)和含鐵氧化物中的氧結(jié)合生成水，將鐵礦石直接還原為海綿鐵，之后進(jìn)入電爐煉鋼，從而節(jié)省了焦炭的使用、減少了因冶煉而帶來(lái)的能耗及二氧化碳排放。我國(guó)作為全球第一鋼鐵生產(chǎn)國(guó)，2021年粗鋼產(chǎn)量達(dá)10.33億噸，故而后續(xù)節(jié)能減排具有較好的應(yīng)用前景。

故而通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，盡管氫能的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)還方興未艾，但潛力是較為明顯的。氫能提供了一種儲(chǔ)能和節(jié)能的新思路，既經(jīng)得起邏輯的推敲，目前來(lái)看也具有實(shí)際可行性。