大規(guī)模利用可再生能源富余電力制氫，即電轉(zhuǎn)氣（P2G）技術(shù)已為市場(chǎng)普遍看好。風(fēng)電、光伏出力受限時(shí)，利用富余的可再生能源進(jìn)行制氫，并作為備用能源儲(chǔ)存下來(lái)；在負(fù)荷高峰期發(fā)電并網(wǎng)，提高新能源的消納能力，減少棄風(fēng)、棄光，增強(qiáng)電網(wǎng)可調(diào)度能力并確保電網(wǎng)安全。未來(lái)隨著規(guī)模化的氫儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用，可利用儲(chǔ)氫實(shí)現(xiàn)跨季調(diào)峰等應(yīng)用。
利用燃料電池開(kāi)展分布式發(fā)電，被視為電網(wǎng)削峰填谷的一種解決方案，具備4大優(yōu)點(diǎn)：一是穩(wěn)定性好：不受天氣、時(shí)間和區(qū)域影響；二是發(fā)電效率高，理論成本低；三是天然氣屬于低碳清潔能源；四是與現(xiàn)有加氣站等基礎(chǔ)設(shè)施相匹配。
氫燃料電池在大型數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域輔助供能方面有較大的應(yīng)用前景。眾多知名數(shù)據(jù)中心開(kāi)始追求100%可再生能源供電目標(biāo)，光伏等新能源加上儲(chǔ)能系統(tǒng)供電成為數(shù)據(jù)中心的新型解決方案，氫燃料電池與UPS系統(tǒng)結(jié)合，可以幫助數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)節(jié)能管理。
相比天然氣發(fā)電，利用氫燃料發(fā)電是替代火力發(fā)電的一種更佳的低碳化方案。在技術(shù)上，首先可以從氫燃料與天然氣混燃發(fā)電開(kāi)始突破，開(kāi)發(fā)利用余熱進(jìn)行甲基環(huán)己烷（MCH）、氨等氫載體的脫氫反應(yīng)技術(shù)，高效脫氫工藝可進(jìn)一步降低成本，與此同時(shí)加快脫硝燃燒器和非噴淋脫硝技術(shù)的開(kāi)發(fā)。2020年小型純氫燃料熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)電效率已提高到27%，到2030年有望全面實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。
利用氫燃料電池也可以實(shí)現(xiàn)冷熱電聯(lián)供。近期，由東方氫能、東方鍋爐與華電集團(tuán)四川分公司三方聯(lián)手打造的100kW級(jí)商用氫燃料電池冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)已正式交付，它打通了制氫、氫氣發(fā)電、供熱制冷等環(huán)節(jié)，進(jìn)一步拓寬氫能示范應(yīng)用領(lǐng)域，開(kāi)辟可再生能源制氫及氫能綜合利用的新路徑。
氫燃料電池汽車是氫能高效利用的最有效途徑，當(dāng)前全球多個(gè)國(guó)家都在積極布局氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈。截至2020年底，我國(guó)累計(jì)接入燃料電池車超6000量，TOP10企業(yè)累計(jì)接入5300輛，占比達(dá)88.3%。從技術(shù)發(fā)展看，近年來(lái)氫燃料電池汽車功率逐年提升，2018年大多為30KW，2019年集中在40KW-50KW，2020年大多為60-80KW，2021年將以80KW為主。
氫燃料電池整車市場(chǎng)，以客車、重卡為主的商用車成主流市場(chǎng)。在氫能客車滲透率不斷提高的同時(shí)，重卡成為新的市場(chǎng)重點(diǎn)。一方面，在當(dāng)前補(bǔ)貼條件下，燃料電池重卡已經(jīng)進(jìn)入平價(jià)區(qū)域，另一方面，燃料電池因高能量密度、長(zhǎng)續(xù)航歷程，運(yùn)營(yíng)階段零排放的特點(diǎn)，成重載領(lǐng)域電動(dòng)化的最優(yōu)方案。
國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車市場(chǎng)需求旺盛，預(yù)計(jì)未來(lái)主體需求逐步從商用車向乘用車轉(zhuǎn)化。由于不同地區(qū)能源結(jié)構(gòu)差異和氫能特性，燃料電池和純電動(dòng)車將進(jìn)入長(zhǎng)期共存、互為補(bǔ)充的應(yīng)用局面。根據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)，2050年中國(guó)氫燃料電池產(chǎn)量達(dá)到520萬(wàn)輛/年。
近期，中國(guó)工信部研究推動(dòng)將氫氣內(nèi)燃機(jī)納入氫能發(fā)展戰(zhàn)略，氫氣內(nèi)燃機(jī)有望成為新賽道。氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)使用從汽油發(fā)動(dòng)機(jī)使用的燃料供應(yīng)和噴射系統(tǒng)改進(jìn)而來(lái)的氫氣噴射系統(tǒng)產(chǎn)生動(dòng)力。氫燃料內(nèi)燃機(jī)可以在傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，適應(yīng)性強(qiáng)，更適用于重載、非道路、建筑和專用商用車。
上世紀(jì)70年代后，德國(guó)、日本、美國(guó)、中國(guó)都有氫內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)投入。2007年，寶馬推出迄今為止氫內(nèi)燃機(jī)汽車最接近量產(chǎn)的產(chǎn)品Hydrogen 7。近年來(lái)，福特、豐田等汽車公司也積極推動(dòng)氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)。英國(guó)工程機(jī)械制造巨頭JCB發(fā)布了一款氫燃料活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，在成本、重量上都比傳動(dòng)的電機(jī)、電池或燃料電池更有優(yōu)勢(shì)。
從技術(shù)層面看，氫燃料電池在船舶領(lǐng)域應(yīng)用具有三大優(yōu)勢(shì)，相較傳統(tǒng)燃油船舶與動(dòng)力電池船舶均有占優(yōu)。氫燃料電池船舶基礎(chǔ)技術(shù)成熟但成本高昂，船舶用氫燃料電池模組實(shí)現(xiàn)從200kw擴(kuò)展至兆瓦級(jí)，電能效率突破55%。
目前氫能船舶領(lǐng)域還沒(méi)有成熟的商用船只，技術(shù)研發(fā)正積極實(shí)現(xiàn)降低成本和全環(huán)節(jié)技術(shù)鏈條整合，推動(dòng)形成圍繞氫燃料電池船舶的完整產(chǎn)業(yè)鏈。自2018年以來(lái)，中國(guó)相繼出臺(tái)多項(xiàng)政策，從技術(shù)研發(fā)、落地推廣等角度推動(dòng)氫燃料電池船舶發(fā)展，預(yù)計(jì)2025年氫燃料電池系統(tǒng)改造船數(shù)量和新建氫燃料電池船舶數(shù)量將分別達(dá)到400艘和200艘。
日本《綠色增長(zhǎng)戰(zhàn)略》提出，到2050年將現(xiàn)有傳統(tǒng)燃料船舶全部轉(zhuǎn)化為氫、氨、液化天然氣（LNG）等低碳燃料動(dòng)力船舶，促進(jìn)面向近距離、小型船只使用的氫燃料電池系統(tǒng)和電推進(jìn)系統(tǒng)的研發(fā)和普及；推進(jìn)面向遠(yuǎn)距離、大型船只使用的氫、氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)以及附帶的燃料罐、燃料供給系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和實(shí)用化進(jìn)程。
全球船用發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)導(dǎo)者瓦錫蘭預(yù)計(jì)，將在2021年內(nèi)推出氨混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，于2023年推出純氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，并將于2025年推出純氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。中國(guó)船舶等企業(yè)也在積極研發(fā)氫氨發(fā)動(dòng)機(jī)、氫燃料燃?xì)廨啓C(jī)。
空客已制定氫能源飛機(jī)技術(shù)路線圖：2021年進(jìn)行地面演示；2023年氫燃料技術(shù)驗(yàn)證機(jī)首飛；2024年確定氫燃料飛機(jī)選型；2025年氫燃料驗(yàn)證機(jī)首飛；2035年氫燃料飛機(jī)交付；將氫燃料推廣應(yīng)用到空客全系產(chǎn)品，包括直升機(jī)產(chǎn)品；在大型客機(jī)上采用氫能源。
目前，國(guó)內(nèi)多個(gè)大型鋼企在推進(jìn)氫煉鋼生產(chǎn)線改造和建設(shè)，就已有高爐富氫工藝對(duì)現(xiàn)有高爐進(jìn)行改造，或者建設(shè)氣基還原工廠，進(jìn)行氫能煉鋼，在為下游提供鋼鐵產(chǎn)品的同時(shí)實(shí)現(xiàn)碳減排。預(yù)計(jì)2060年，氫冶金粗鋼產(chǎn)量將達(dá)4.36億噸，其中采用富氫高爐工藝粗鋼產(chǎn)量為2.26億噸，氣基豎爐工藝粗鋼產(chǎn)量為2.1億噸；生鐵產(chǎn)量將達(dá)3.44億噸，其中富氫高爐生鐵產(chǎn)量為1.97億噸，氣基豎爐工藝生鐵產(chǎn)量為1.47億噸。
我國(guó)天然氣摻氫尚處于研發(fā)試驗(yàn)階段，主要由資金實(shí)力雄厚的國(guó)有企業(yè)開(kāi)展實(shí)施，實(shí)際投產(chǎn)運(yùn)行天然氣摻氫示范項(xiàng)目的企業(yè)很少，部分企業(yè)發(fā)明了相關(guān)的研究專利，但未落實(shí)到具體的項(xiàng)目實(shí)踐中。
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