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

當前對于氫能的輿論理解，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，實則在于儲能和節(jié)能。當前我國發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)勢在必行，但一大問題就是儲能，特別是長時儲能、跨月跨季節(jié)儲能。

通過“垃圾電”電解氫進行儲能

一是能解決“垃圾電”并網(wǎng)利用的問題；

二是能作為長時儲能的簡單方式；

三是作為長距離能源輸送的新途徑。

據(jù)國際氫能委員的報告顯示，今年 2 月以來，全球范圍內(nèi)啟動了 131 個大型氫能開發(fā)項目；預(yù)計到 2030 年，全球氫能領(lǐng)域的投資總額將達到 5000 億美元。另據(jù)世界能源理事會預(yù)計，到 2050 年氫能在全球終端能源消費量中的占比可高達25%。

目前全球約有9000萬噸的氫產(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點。而我國作為制造業(yè)大國目前氫產(chǎn)量也居全球首位，2021 年制氫產(chǎn)量約3300萬噸，同比增長32%。從生產(chǎn)結(jié)構(gòu)來看，2020年我國主要是煤制氫、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；同時還有密度小、易燃的物理化學特性。故而進入工業(yè)化時代以來對其應(yīng)用其實也開始較早；但從歷史來看，氫的應(yīng)用之所以不溫不火，主要是受其化學性質(zhì)影響、始終存在安全隱患。

20世紀初，隨著飛機的發(fā)明，人類對航空業(yè)的實際需求不斷增加；而飛艇成本低、續(xù)航力好、舒適性佳，是當時較為重要的一種航空工具。當時主流的充氣技術(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。

▲興登堡號事件現(xiàn)場

如同當今處于新舊能源的轉(zhuǎn)換變革時代；當時作為航空業(yè)、飛艇制造業(yè)興起的時代，人類對于氫的應(yīng)用做了大量工程技術(shù)研究后，開始“自信”地認為氫的安全問題已得到較好解決，一批能跨洲際飛行的客運飛艇建造并投入商業(yè)運營。但1937年5月6日，從德國直飛美國的巨型飛艇“興登堡”號在新澤西州準備著陸時，因靜電或火花引燃氫氣而在短短32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、計算機、衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)等諸多當前較普及的民用項目最早也起源于軍事用途。對于氫能源汽車、氫燃料電池的民用場景盡管還相對較少，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)動機、閉式循環(huán)柴油機、閉式循環(huán)汽輪機和（氫）燃料電池。

▲氫燃料電池應(yīng)用——德國212A級AIP潛艇

德國AIP潛艇對于氫燃料電池的應(yīng)用相對較為成熟，但目前來看氫燃料電池路線只是少數(shù)，并未被大多數(shù)建造AIP潛艇的國家采用（我國為斯特林發(fā)動機路線）；除了成本和壽命，主要的問題就是安全性問題。

對于技術(shù)更為先進、性能要求更高，同時級別更大（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，如何解決安全性問題，可能是今后氫能源汽車、氫燃料電池等直接面向個人消費端的應(yīng)用場景需要重點關(guān)注的領(lǐng)域。

氫能要想直接應(yīng)用于個人消費端，并有助于碳中和、碳達峰目標的實現(xiàn)，一個是安全性問題；一個是目前的制氫模式需要改變，通過煤制氫、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，可能是通過光伏、風能、水電等產(chǎn)生的、原本利用率較低、利用較為困難的“垃圾電”來進行電解氫，然后以常溫高壓或低溫常壓等形式通過儲氫來進行儲能。一是能解決“垃圾電”并網(wǎng)利用的問題，二是儲氫能作為長時儲能的簡單方式，能夠較好解決當前的長時儲能瓶頸。

故而，站在國家能源安全的戰(zhàn)略高度來看，廢棄可再生能源制氫很可能成為我國制氫的主要發(fā)展方向。《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(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)展重點放在可再生能源制氫，并提出嚴格控制化石能源制氫。以儲氫為媒介，可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)負荷和儲能，明顯提高光伏、風能和水電等的利用效率。

故而國內(nèi)的可再生能源制氫項目正如火如荼地建設(shè)中。據(jù)《2022 中國電解水制氫產(chǎn)業(yè)藍皮書》，我國已有超過百個在建和規(guī)劃中的電解水制氫項目，涵蓋了石油、化工、鋼鐵和交通等多個領(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，雙碳目標的提出極大推動了電解水制氫項目在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。近兩年以來，中國能建、國家電網(wǎng)、三峽集團、北京能源、深圳能源等央企/國企紛紛布局綠氫項目。

說到底，一是可提高“垃圾電”的利用效能，二是提供了長時儲能的解決辦法，三則是提供了長距離能源輸送的新途徑，有助于改善我國能源生產(chǎn)和消費地域不匹配的問題。

眾所周知，我國的能源消費更多地集中在長三角、珠三角等東南沿海地區(qū)，而光伏、風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)濟性改善后，可在中西部地區(qū)通過儲氫的形式，如同油、煤等長距離運輸至東南沿海地區(qū)，改善地區(qū)錯配問題。同時這種模式，主要在工業(yè)領(lǐng)域而非直面?zhèn)€人消費端，對于安全問題的把控應(yīng)也相對較好。

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，而國際能源署、麥肯錫等機構(gòu)都認為后續(xù)氫能將有助于實現(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，該工藝使用化學性質(zhì)比鐵元素更為活潑的氫元素作為還原劑、通過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的能耗及二氧化碳排放。我國作為全球第一鋼鐵生產(chǎn)國，2021年粗鋼產(chǎn)量達10.33億噸，故而后續(xù)節(jié)能減排具有較好的應(yīng)用前景。

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