氢能的主要应用领域及市场前景
大规模利用可再生能源富余电力制氢，即电转气（P2G）技术已为市场普遍看好。风电、光伏出力受限时，利用富余的可再生能源进行制氢，并作为备用能源储存下来；在负荷高峰期发电并网，提高新能源的消纳能力，减少弃风、弃光，增强电网可调度能力并确保电网安全。未来随着规模化的氢储能系统的应用，可利用储氢实现跨季调峰等应用。
1、分布式发电
利用燃料电池开展分布式发电，被视为电网削峰填谷的一种解决方案，具备4大优点：一是稳定性好：不受天气、时间和区域影响；二是发电效率高，理论成本低；三是天然气属于低碳清洁能源；四是与现有加气站等基础设施相匹配。
氢燃料电池在大型数据中心等领域辅助供能方面有较大的应用前景。众多知名数据中心开始追求100%可再生能源供电目标，光伏等新能源加上储能系统供电成为数据中心的新型解决方案，氢燃料电池与UPS系统结合，可以帮助数据中心实现节能管理。
2、冷热电联供
相比天然气发电，利用氢燃料发电是替代火力发电的一种更佳的低碳化方案。在技术上，首先可以从氢燃料与天然气混燃发电开始突破，开发利用余热进行甲基环己烷（MCH）、氨等氢载体的脱氢反应技术，高效脱氢工艺可进一步降低成本，与此同时加快脱硝燃烧器和非喷淋脱硝技术的开发。2020年小型纯氢燃料热电联产的发电效率已提高到27%，到2030年有望全面实现商业化应用。
利用氢燃料电池也可以实现冷热电联供。近期，由东方氢能、东方锅炉与华电集团四川分公司三方联手打造的100kW级商用氢燃料电池冷热电联供系统已正式交付，它打通了制氢、氢气发电、供热制冷等环节，进一步拓宽氢能示范应用领域，开辟可再生能源制氢及氢能综合利用的新路径。
1、氢燃料电池汽车
氢燃料电池汽车是氢能高效利用的最有效途径，当前全球多个国家都在积极布局氢燃料电池汽车产业链。截至2020年底，我国累计接入燃料电池车超6000量，TOP10企业累计接入5300辆，占比达88.3%。从技术发展看，近年来氢燃料电池汽车功率逐年提升，2018年大多为30KW，2019年集中在40KW-50KW，2020年大多为60-80KW，2021年将以80KW为主。
氢燃料电池整车市场，以客车、重卡为主的商用车成主流市场。在氢能客车渗透率不断提高的同时，重卡成为新的市场重点。一方面，在当前补贴条件下，燃料电池重卡已经进入平价区域，另一方面，燃料电池因高能量密度、长续航历程，运营阶段零排放的特点，成重载领域电动化的最优方案。
国内氢燃料电池汽车市场需求旺盛，预计未来主体需求逐步从商用车向乘用车转化。由于不同地区能源结构差异和氢能特性，燃料电池和纯电动车将进入长期共存、互为补充的应用局面。根据中国氢能联盟预计，2050年中国氢燃料电池产量达到520万辆/年。
2、氢燃料发动机
近期，中国工信部研究推动将氢气内燃机纳入氢能发展战略，氢气内燃机有望成为新赛道。氢燃料发动机通过使用从汽油发动机使用的燃料供应和喷射系统改进而来的氢气喷射系统产生动力。氢燃料内燃机可以在传统发动机的基础上进行改造，适应性强，更适用于重载、非道路、建筑和专用商用车。
上世纪70年代后，德国、日本、美国、中国都有氢内燃机的技术投入。2007年，宝马推出迄今为止氢内燃机汽车最接近量产的产品Hydrogen 7。近年来，福特、丰田等汽车公司也积极推动氢燃料发动机研发。英国工程机械制造巨头JCB发布了一款氢燃料活塞发动机，在成本、重量上都比传动的电机、电池或燃料电池更有优势。
1、氢燃料电池船舶
从技术层面看，氢燃料电池在船舶领域应用具有三大优势，相较传统燃油船舶与动力电池船舶均有占优。氢燃料电池船舶基础技术成熟但成本高昂，船舶用氢燃料电池模组实现从200kw扩展至兆瓦级，电能效率突破55%。
目前氢能船舶领域还没有成熟的商用船只，技术研发正积极实现降低成本和全环节技术链条整合，推动形成围绕氢燃料电池船舶的完整产业链。自2018年以来，中国相继出台多项政策，从技术研发、落地推广等角度推动氢燃料电池船舶发展，预计2025年氢燃料电池系统改造船数量和新建氢燃料电池船舶数量将分别达到400艘和200艘。
2、氢燃料发动机船舶
日本《绿色增长战略》提出，到2050年将现有传统燃料船舶全部转化为氢、氨、液化天然气（LNG）等低碳燃料动力船舶，促进面向近距离、小型船只使用的氢燃料电池系统和电推进系统的研发和普及；推进面向远距离、大型船只使用的氢、氨燃料发动机以及附带的燃料罐、燃料供给系统的开发和实用化进程。
全球船用发动机领导者瓦锡兰预计，将在2021年内推出氨混合燃料发动机，于2023年推出纯氨燃料发动机，并将于2025年推出纯氢燃料发动机。中国船舶等企业也在积极研发氢氨发动机、氢燃料燃气轮机。
空客已制定氢能源飞机技术路线图：2021年进行地面演示；2023年氢燃料技术验证机首飞；2024年确定氢燃料飞机选型；2025年氢燃料验证机首飞；2035年氢燃料飞机交付；将氢燃料推广应用到空客全系产品，包括直升机产品；在大型客机上采用氢能源。
目前，国内多个大型钢企在推进氢炼钢生产线改造和建设，就已有高炉富氢工艺对现有高炉进行改造，或者建设气基还原工厂，进行氢能炼钢，在为下游提供钢铁产品的同时实现碳减排。预计2060年，氢冶金粗钢产量将达4.36亿吨，其中采用富氢高炉工艺粗钢产量为2.26亿吨，气基竖炉工艺粗钢产量为2.1亿吨；生铁产量将达3.44亿吨，其中富氢高炉生铁产量为1.97亿吨，气基竖炉工艺生铁产量为1.47亿吨。
我国天然气掺氢尚处于研发试验阶段，主要由资金实力雄厚的国有企业开展实施，实际投产运行天然气掺氢示范项目的企业很少，部分企业发明了相关的研究专利，但未落实到具体的项目实践中。
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