HYDROGEN

ENERGY

清洁能源 保护环境

氢气（Hydrogen Gas）是由氢元素构成的双原子分子单质。它既是重要的化工原料，又是清洁环保的能源载体（氢能）。

氢气由最轻的元素——氢元素组成，具有很多特殊的物理特性（见表1）。

表1 　氢气物理特性

气态氢气密度较低，不到空气密度的1/14，这使得氢气在空气中具有很大的浮力和极快的扩散速度，不易聚集形成可燃性混合气体。

氢气的沸点为-252.9℃，是沸点第二低的气体，比氮气的沸点（-195.8℃）低57.1℃，这给液氢制备与储运技术带来很大挑战。

氢气无色、无味、无臭、无毒，对人体无害，摄入少量氢气可能有一定的医疗作用，但吸入过量氢气会有窒息的风险。

另外，氢气在常温下具有节流膨胀升温特性，在-78.15℃（195K）以下才具有节流膨胀降温特性，因此液氢制备需要先进行预冷处理，再进行节流膨胀。

在上述特性之外，高压氢气还可能使金属材料发生氢脆而失效，这要求临氢金属材料的选择和使用必须经过充分验证‌和测试，确保临氢材料的氢相容性符合服役要求。

氢能的核心特征

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能量密度高

氢气的低位热值高达120 MJ/kg，是天然气的2.6倍、汽油的2.8倍、标准煤的4.1倍，在能量密度要求高的领域（如客车、重卡、轮船、无人机、飞机等）有很大的应用潜力。

零碳排放

氢气与氧气发生反应生成纯净水，几乎没有副反应，不产生二氧化碳排放，是零碳清洁能源的典型代表。而且，氢气与空气可以在电催化剂的作用下，通过电化学反应将化学能直接转化为电能，以免高温燃烧反应产生NOx排放。

燃烧性能好

氢气燃烧特性（见表2）。氢气在空气中的燃烧极限为4-75%VOL（体积分数），燃烧浓度范围宽、燃烧稳定性好；另一方面，涉氢场所应严格控制空气中的氢气浓度，确保用氢安全。氢气火焰传播速度超过2.7m/s，是汽油的7倍以上，淬熄距离0.64mm，仅为汽油的1/3，燃烧速度快、燃烧充分；另一方面，氢内燃机容易出现异常燃烧现象，需要做针对性优化。

表2 　氢气燃烧特性

含能体能源

氢能属于含能体能源，可以通过电解水反应，将弃风、弃光等过剩新能源电力转化为氢气化学能，后续还可进一步转化为氨、甲醇、燃油等便于储运的氢气衍生物。

应用场景多样

氢电互补：氢气和氢气衍生物的用途十分广泛，可用于交通、化工、冶金、发电、建筑热电联供等多种应用场景。氢能与电能协同发展，共同构建终端能源消费主体，有助于可再生能源的充分利用，解决新能源电力供需时空错配问题。

氢能来源与分类

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氢能作为一种二次能源，需要通过化学反应利用其他能源制取。根据氢气的制取方式和碳排放强度，将氢气分为三类：

“灰氢”（Gray Hydrogen）

利用传统化石燃料（如煤炭、天然气）通过气化、重整等反应制取的氢气，制备过程排放大量二氧化碳，不属于绿色可再生能源。目前“灰氢”占全球氢气产量的95%，生产成本较低，但碳排放强度大。

“蓝氢”（Blue Hydrogen）

在“灰氢”生产工艺的基础上，应用碳捕集、利用与封存技术（Carbon Capture, Utilization and Storage）制取的氢气，可减少90%左右的碳排放。目前CCUS技术成熟度低、未经大规模示范验证，导致“蓝氢”生产成本远高于“灰氢”。“蓝氢”被看作是氢能行业绿色转型的中间方案。

“绿氢”（Green Hydrogen）

利用可再生能源（如风电、光伏、水电等）通过电解水反应制取的氢气，制备过程没有碳排放。目前“绿氢”生产成本较高，是煤制氢成本的2倍左右。但是，随着电力制氢技术的快速发展和新能源发电成本的不断下行，“绿氢”在未来有望成为氢能的主要来源。绿氢与绿电协同耦合，被视为实现碳中和目标的终极方案。

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氢能产业展望

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应用场景广泛

GREEN HYDROGEN

当前，我国正在积极布局氢能产业，已形成上游制氢、中游储运和下游应用的完整产业链体系。近年来，国产技术成熟度显著提升，在电解水制氢、高压氢气储运、液氢制备与储运、氢气管网、氢燃料电池车、家用氢能、柔性合成氨、氢基绿色燃料等诸多领域，广泛开展工程示范应用。截至2024年底，全国燃料电池汽车保有量超过28000辆，居全球第二，建成加氢站超过500座，居全球第一。

经测算，2030年我国绿氢供应成本有望快速下降至12-15元/kg，将具有显著的国际竞争优势。预计到2060年，氢能在我国终端能源消费占比将达到12-15%，能源消费规模仅次于电能，形成总产值超过5万亿元的氢能产业。

全产业链专业平台公司

氢能产业的发展与电力密不可分。作为我国能源电力和基础设施建设领域的国家队和排头兵，中国能建早在2011年就开始对氢能进行前瞻研究；2021年率先发布了《中国能建践行“30·60”战略目标行动方案（白皮书）》，明确提出要推动氢能等相关产业取得跨越式发展。

2022年，中能建氢能源有限公司注册成立，作为中国能建境内外氢能源相关产业投资和资本运营的实施主体，以及中国能建氢能业务投建营一体化平台、产业平台、技术研发平台和技术应用平台，在建的中能建松原氢能产业园（绿色氢氨醇一体化）项目是全球规模最大、技术创新程度最高的氢能示范工程。

中国能建充分发挥电力领域的传统优势，结合可再生能源制氢方面的良好基础，全力推进氢能业务发展，正成长为中国“氢能经济”的先锋力量。

中能建松原氢能产业园（80万吨绿色氢氨醇一体化）项目

WORLD　EARTH DAY

氢能作为清洁、高效的二次能源载体，是人类社会能源转型的战略支柱。蓬勃发展的氢能产业，正通过政策赋能、科技创新、装备升级和规模化应用等措施，系统破解绿氢生产成本高、储运技术瓶颈等难题。氢能将在实现“双碳”目标进程中发挥不可替代的关键作用。

（来源：中国能源研究会）