氫作為燃料在現有能源設備中直接來“燒”是否可行？

這個問題的答案是肯定的。沒有什麼根本障礙使氫不能在燃氣輪機、加熱器、鍋爐或發電等其他能源應用中燃燒、氫與天然氣的混合燃燒，或作為純氫燃燒。

事實上，氫已經在意大利福西納氫電站（100%氫氣）、韓國大山石化廠（95%氫氣）、中國武漢鋼廠（60%氫氣）等多個發電廠作為燃料使用。目前還有一些計劃中的項目使用100%的氫氣作為燃料，例如荷蘭瓦滕法爾的Magnum工廠和猶他州的Vattenfall發電廠。

那麼，在現有的能源系統中，以氫氣為燃料有什麼約束條件？

雖然氫燃燒提供了一個很有前途的儲能和轉換途徑，但對于當今的天然氣能源轉換裝置來說，這并不是一種“随時可用”燃料。燃料處理系統、閥門和管道以及燃燒室硬件需要進行更改，以解決污染物排放、可操作性和成本等問題。

我們還需要解決污染物排放問題。氫燃燒不會排放任何微粒或一氧化碳，因為它不含碳原子，這是氫作為燃料的另一個主要好處。然而，氫燃燒會産生氮氧化物（NOx）排放。本質上，當空氣加熱到高溫時，空氣中的N2和O2開始相互反應時，就會産生NOx。因此，與使用氫氣有關的關鍵挑戰是低NOx燃燒系統。

還有可操作性問題，即設備在不停機、不損壞或性能不合格的情況下可靠運行的能力。氫從幾個方面影響可操作性，其中回火是将氫氣用于天然氣的系統中最嚴重問題，氫的火焰速度比天然氣高一個數量級，因為火焰會向上遊傳播并嚴重損壞硬件。

此外，氫燃料燃燒産物的傳熱系數高于天然氣。由于燃氣輪機中的峰值溫度是由到旋轉渦輪的熱傳遞控制的，這可能需要随着氫含量的增加而降低渦輪進口溫度。雖然高氫燃料可以提高循環效率，但這會被降低渦輪進口溫度來抵消。

總之，氫無疑是一種可接受的、非常清潔的燃料。目前存在氫氣水平50%，與天然氣共同使用的低NOx燃氣輪機；也已經開發出了用純氫操作的系統。未來的關鍵發展挑戰是低NOx、燃料柔性系統，該系統可以在純天然氣到從純氫氣之間等多種燃料成分下輕松操作。下圖概述了這些不同技術使用氫氣的成熟度、研發需求和NOx合規性。

為什麼說氫能發電廠将在能源轉型中扮演重要角色？

如果有可再生能源，将其轉化為氫氣并重新通電，能源效率不到40%。但是，當我們将氫氣用作長期儲存和對各種可再生能源的補償時，這才有意義。如果需要季節性儲能——冬天夏天使用太陽能，秋天到夏天使用風能——氫氣就可以完成這一過程。

大規模儲氫也将有助于減少大風/晴天期間風力和太陽能發電的減少。綠氫可以增加我們可再生能源的吸納，因為可以利用原本要被放棄的可再生能源制氫。因此，通過電解（利用電力将水分子分解成氫氣和氧氣），并将多餘的能量儲存為氫氣，可以真正讓電力系統大量擴展可再生能源。一旦能利用過剩的可再生能源電力，那麼就可以将可再生能源實際利用率翻一番甚至更高。

挪威石油巨頭Equinor和蘇格蘭公用事業公司SSE最近宣布了一項計劃，計劃在2030年前在英格蘭東北部的凱德比建造一座全新的1.8吉瓦氫氣發電站。該項目将可以由低碳的藍色氫氣提供動力，也可用于支持各種可再生能源，特别是是海上風電。

然而，在目前的條件下，使用清潔的氫氣發電在經濟上還是虧損的。目前綠色氫氣的成本估計在2.50-6美元/千克之間，藍色氫氣的成本在1.50-4美元/千克之間。如果清潔的氫氣在每千克2.35美元，以使其具有與化石氣競争的成本，需要對應二氧化碳價格為每噸200-250美元。我們距離這一碳價水平仍然很遙遠，目前歐盟的碳價格約為每噸50歐元。

雖然，清潔氫氣在2035年之前不會用于大規模電力生産，但會在運輸和重工業等其他部門發揮效益。預計，在2035-2040年之間各國必須對電力部門進行深度脫碳，屆時以氫能為基礎的電氣化将大規模發生。

說完了氫氣在能源利用中的作用，下面流程君将為大家簡單介紹一下氫能産業鍊和制氫的三種技術路線。

氫能産業鍊概述

氫能産業鍊長、産值大，上遊為制氫環節，中遊為氫氣的儲運，下遊為氫能的應用領域。

根據中國氫能聯盟的預計，2020年至2025年間，中國氫能産業産值将達1萬億元，2026年至2035年産值達到5萬億元。

制氫：三種主要技術路線

氫的制取産業主要有三種較為成熟的技術路線：一是以煤炭、天然氣為代表的化石能源重整制氫；二是以焦爐煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業副産氫，三是電解水制氫。

目前，中國氫氣供給結構中約近80%來源于煤制氫或焦爐煤氣副産氫，電解水等清潔氫源占比較低。

化石燃料制氫：技術最為成熟

當前化石燃料制氫技術最為成熟，制氫效率最高。但在各類制氫技術中，化石燃料制氫的二氧化碳排放量也更多。且所得氫氣中普遍含有硫、磷等危害燃料電池的雜質，對提純及碳捕獲有較高的要求。

工業副産氫：近期理想氫源

工業副産氫指在生産化工産品的同時得到的氫氣，主要有焦爐煤氣、氯堿化工、輕烴利用（丙烷脫氫、乙烷裂解）、合成氨、合成甲醇等工業的副産氫。

我國氯堿、煉焦以及化工等行業有大量工業副産氫資源，從工業副産氫的放空量上來看，供應潛力可達450萬噸/年，足以滿足近期和中期氫氣的增量需求。

但因渠道、價格、信息等原因，目前工業副産氫基本為各企業自産自用；且存在地域性分布差異的特點。

電解水制氫：最具發展潛力的綠氫供應方式

電解水制氫純度等級高，雜質氣體少，易與可再生能源結合，被認為是未來最具發展潛力的綠色氫能供應方式。

根據電解質系統的差别，可将電解水制氫分為堿性電解水(ALK)、質子交換膜(PEM)電解水和固體氧化物電解水(SOEC) 、陰離子交換膜電解水（AEM）4種。目前可以實際應用的電解水制氫技術主要有ALK和PEM，SOEC、 AEM仍處于實驗室開發階段。

儲氫：儲存是氫能經濟應用的關鍵環節

在氫能全産業鍊中，氫的儲運是制約我國氫能産業發展的難點，也是保證氫氣安全且經濟化應用的關鍵。

主要是因為氫氣特殊的物理、化學性能，使得它儲運難度大、成本高、安全性低。

氫的儲存方式根據其存在狀态可以分為三大類：氣态儲氫、液态儲氫和固态儲氫。

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