氢可以在现有能源设备中作为燃料来烧吗（氢可以在现有能源设备中作为燃料来烧吗）

氢作为燃料在现有能源设备中直接来“烧”是否可行？

这个问题的答案是肯定的。没有什么根本障碍使氢不能在燃气轮机、加热器、锅炉或发电等其他能源应用中燃烧、氢与天然气的混合燃烧，或作为纯氢燃烧。

事实上，氢已经在意大利福西纳氢电站（100%氢气）、韩国大山石化厂（95%氢气）、中国武汉钢厂（60%氢气）等多个发电厂作为燃料使用。目前还有一些计划中的项目使用100%的氢气作为燃料，例如荷兰瓦滕法尔的Magnum工厂和犹他州的Vattenfall发电厂。

那么，在现有的能源系统中，以氢气为燃料有什么约束条件？

虽然氢燃烧提供了一个很有前途的储能和转换途径，但对于当今的天然气能源转换装置来说，这并不是一种“随时可用”燃料。燃料处理系统、阀门和管道以及燃烧室硬件需要进行更改，以解决污染物排放、可操作性和成本等问题。

我们还需要解决污染物排放问题。氢燃烧不会排放任何微粒或一氧化碳，因为它不含碳原子，这是氢作为燃料的另一个主要好处。然而，氢燃烧会产生氮氧化物（NOx）排放。本质上，当空气加热到高温时，空气中的N2和O2开始相互反应时，就会产生NOx。因此，与使用氢气有关的关键挑战是低NOx燃烧系统。

还有可操作性问题，即设备在不停机、不损坏或性能不合格的情况下可靠运行的能力。氢从几个方面影响可操作性，其中回火是将氢气用于天然气的系统中最严重问题，氢的火焰速度比天然气高一个数量级，因为火焰会向上游传播并严重损坏硬件。

此外，氢燃料燃烧产物的传热系数高于天然气。由于燃气轮机中的峰值温度是由到旋转涡轮的热传递控制的，这可能需要随着氢含量的增加而降低涡轮进口温度。虽然高氢燃料可以提高循环效率，但这会被降低涡轮进口温度来抵消。

总之，氢无疑是一种可接受的、非常清洁的燃料。目前存在氢气水平50%，与天然气共同使用的低NOx燃气轮机；也已经开发出了用纯氢操作的系统。未来的关键发展挑战是低NOx、燃料柔性系统，该系统可以在纯天然气到从纯氢气之间等多种燃料成分下轻松操作。下图概述了这些不同技术使用氢气的成熟度、研发需求和NOx合规性。

为什么说氢能发电厂将在能源转型中扮演重要角色？

如果有可再生能源，将其转化为氢气并重新通电，能源效率不到40%。但是，当我们将氢气用作长期储存和对各种可再生能源的补偿时，这才有意义。如果需要季节性储能——冬天夏天使用太阳能，秋天到夏天使用风能——氢气就可以完成这一过程。

大规模储氢也将有助于减少大风/晴天期间风力和太阳能发电的减少。绿氢可以增加我们可再生能源的吸纳，因为可以利用原本要被放弃的可再生能源制氢。因此，通过电解（利用电力将水分子分解成氢气和氧气），并将多余的能量储存为氢气，可以真正让电力系统大量扩展可再生能源。一旦能利用过剩的可再生能源电力，那么就可以将可再生能源实际利用率翻一番甚至更高。

挪威石油巨头Equinor和苏格兰公用事业公司SSE最近宣布了一项计划，计划在2030年前在英格兰东北部的凯德比建造一座全新的1.8吉瓦氢气发电站。该项目将可以由低碳的蓝色氢气提供动力，也可用于支持各种可再生能源，特别是是海上风电。

然而，在目前的条件下，使用清洁的氢气发电在经济上还是亏损的。目前绿色氢气的成本估计在2.50-6美元/千克之间，蓝色氢气的成本在1.50-4美元/千克之间。如果清洁的氢气在每千克2.35美元，以使其具有与化石气竞争的成本，需要对应二氧化碳价格为每吨200-250美元。我们距离这一碳价水平仍然很遥远，目前欧盟的碳价格约为每吨50欧元。

虽然，清洁氢气在2035年之前不会用于大规模电力生产，但会在运输和重工业等其他部门发挥效益。预计，在2035-2040年之间各国必须对电力部门进行深度脱碳，届时以氢能为基础的电气化将大规模发生。

说完了氢气在能源利用中的作用，下面流程君将为大家简单介绍一下氢能产业链和制氢的三种技术路线。

氢能产业链概述

氢能产业链长、产值大，上游为制氢环节，中游为氢气的储运，下游为氢能的应用领域。

根据中国氢能联盟的预计，2020年至2025年间，中国氢能产业产值将达1万亿元，2026年至2035年产值达到5万亿元。

制氢：三种主要技术路线

氢的制取产业主要有三种较为成熟的技术路线：一是以煤炭、天然气为代表的化石能源重整制氢；二是以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产氢，三是电解水制氢。

目前，中国氢气供给结构中约近80%来源于煤制氢或焦炉煤气副产氢，电解水等清洁氢源占比较低。

化石燃料制氢：技术最为成熟

当前化石燃料制氢技术最为成熟，制氢效率最高。但在各类制氢技术中，化石燃料制氢的二氧化碳排放量也更多。且所得氢气中普遍含有硫、磷等危害燃料电池的杂质，对提纯及碳捕获有较高的要求。

工业副产氢：近期理想氢源

工业副产氢指在生产化工产品的同时得到的氢气，主要有焦炉煤气、氯碱化工、轻烃利用（丙烷脱氢、乙烷裂解）、合成氨、合成甲醇等工业的副产氢。

我国氯碱、炼焦以及化工等行业有大量工业副产氢资源，从工业副产氢的放空量上来看，供应潜力可达450万吨/年，足以满足近期和中期氢气的增量需求。

但因渠道、价格、信息等原因，目前工业副产氢基本为各企业自产自用；且存在地域性分布差异的特点。

电解水制氢：最具发展潜力的绿氢供应方式

电解水制氢纯度等级高，杂质气体少，易与可再生能源结合，被认为是未来最具发展潜力的绿色氢能供应方式。

根据电解质系统的差别，可将电解水制氢分为碱性电解水(ALK)、质子交换膜(PEM)电解水和固体氧化物电解水(SOEC) 、阴离子交换膜电解水（AEM）4种。目前可以实际应用的电解水制氢技术主要有ALK和PEM，SOEC、 AEM仍处于实验室开发阶段。

储氢：储存是氢能经济应用的关键环节

在氢能全产业链中，氢的储运是制约我国氢能产业发展的难点，也是保证氢气安全且经济化应用的关键。

主要是因为氢气特殊的物理、化学性能，使得它储运难度大、成本高、安全性低。

氢的储存方式根据其存在状态可以分为三大类：气态储氢、液态储氢和固态储氢。