2020年，氫能首次被納入國家統(tǒng)計局能源統(tǒng)計范圍，其背景是氫能的開發(fā)和利用首次被寫入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃。這是將氫氣作為能源進行開發(fā)和利用的里程碑事件，將成為中國氫能利用領(lǐng)域發(fā)展的動力。
氫能的利用，已經(jīng)成為近年來全球能源革命的主題。在家用領(lǐng)域，氫氣將以新的面貌再次成為燃氣的新角色。在天然氣中加入氫氣獲得富氫天然氣，可用于替代天然氣，能夠妥善解決現(xiàn)有燃氣管網(wǎng)設(shè)施及家用燃氣具不適應(yīng)純氫氣的問題。氫氣是當(dāng)今最適宜作為可再生能源載體的物質(zhì)之一。它的合理利用，將進一步促進可再生能源利用領(lǐng)域的發(fā)展。利用氫氣作為燃氣，不僅可以有效減少天然氣使用過程中的污染物排放和碳排放，同時也有利于優(yōu)化中國的能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)，增強能源安全性。而且，氫氣作為能源利用，也是解決部分工業(yè)生產(chǎn)過程中副產(chǎn)品的充分利用和環(huán)境污染問題的措施。

氫氣重新進入住宅
2019年6月25日，在荷蘭羅曾堡（Rozenburg），英國喜德瑞集團制造的一臺氫能家用鍋爐正式投入運行。這是全球首個將純氫作為燃料的冷凝式采暖爐用于住宅集中供熱系統(tǒng)的實例。按計劃，喜德瑞集團在荷蘭首次試點投運之時，英國更大規(guī)模的實地試驗也在同步進行。未來的兩年中，喜德瑞還將安裝超過400臺純氫鍋爐，并將其在歐洲更多國家推廣和銷售。在日本，為原定于2020年舉辦的東京奧運會配套的奧運村，安裝了約4000套家用純氫燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)裝置，是日本首個大規(guī)模采用純氫燃料社區(qū)。按照原計劃，在奧運會結(jié)束后將作為普通住宅銷售。
氫氣不是家用燃氣領(lǐng)域的新角色，在規(guī)模化使用天然氣和液化石油氣之前的人工煤氣時代，家用燃氣中富含氫氣，其中焦?fàn)t煤氣中的氫氣含量高達60%。自20世紀70年代之后，天然氣和液化石油氣在家用燃氣領(lǐng)域幾乎取代了人工煤氣。然而，2000年之后，低碳發(fā)展趨勢使氫氣重新進入家用燃氣領(lǐng)域。
純氫氣進入現(xiàn)有燃氣管網(wǎng)存在一系列的技術(shù)問題，而且現(xiàn)有燃氣具也不適用于直接將純氫氣作為燃料，所以，將天然氣與氫氣按一定比例混合而獲得的代用氣體燃料，成為氫氣直接利用的過渡措施。這種富氫天然氣（HCNG或Hythan）的使用方式之一，就是直接代替天然氣作為家用燃氣具的燃料。研究表明，氫氣體積濃度為20%的富氫天然氣可以直接使用現(xiàn)有的輸運管道，管道無需任何改造，現(xiàn)有燃氣具使用這些混合燃料，所需的調(diào)整工作難度也不大。
2019年9月，國際可再生能源組織（IRENA）在第二屆氫能部長級會議期間發(fā)布了報告《氫能：可再生能源的前景》，指出天然氣基礎(chǔ)設(shè)施對可再生氫能的作用。該報告稱，輸送純氫氣的管道在技術(shù)上可行并且已經(jīng)在不同國家成功運行數(shù)十年，這些國家包括美國、德國、荷蘭、法國和比利時，但是這種管道系統(tǒng)無法滿足氫能利用領(lǐng)域快速發(fā)展的需求。不過，在許多國家和地區(qū)已建成大量的天然氣輸配基礎(chǔ)設(shè)施，這些設(shè)施可以用來輸送氫氣，同時作為大規(guī)模和低成本的儲存能力使用。根據(jù)研究結(jié)果和實踐經(jīng)驗，只要事先對基礎(chǔ)設(shè)施進行評估，對大多數(shù)部件來說，在含量較低時（氫氣體積濃度的上限為10%~20%），可以在不做重大技術(shù)調(diào)整的情況下，將氫氣摻混至天然氣中并利用這些天然氣輸配基礎(chǔ)設(shè)施輸送，不需要高額的技術(shù)改造投資。
歐洲地區(qū)及美國、澳大利亞等國已經(jīng)進行多年的研究試驗工作。IEA數(shù)據(jù)顯示，截止到2019年上半年，全球有37個示范項目正在研究向天然氣管網(wǎng)中摻氫。研究項目包括：通過天然氣配送管網(wǎng)摻氫為家庭和企業(yè)供熱的可行性、測試天然氣管網(wǎng)摻氫比例對天然氣輸配關(guān)鍵設(shè)備、材料、終端設(shè)備和燃氣具的影響、摻氫天然氣地下儲存的技術(shù)和監(jiān)測要求等。2019年9月，作為中國首個電解制氫摻入天然氣項目，國家電投集團公司朝陽可再生能源摻氫示范項目第一階段工程圓滿完工。該項目采用集裝箱式貨車運送高壓氫瓶，在使用單位通過摻混設(shè)施實現(xiàn)天然氣摻氫示范燃燒。

氫氣利用的意義
氫位于元素周期表之首，它的原子序數(shù)為1，在常溫常壓下為氣態(tài)。作為能源，氫有以下特點。
（l）所有元素中，氫重量最輕。在標(biāo)準狀態(tài)下，它的密度為0.0899g/L。
（2）所有氣體中，氫氣的導(dǎo)熱性最好，比大多數(shù)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)高出10倍，因此在能源工業(yè)中氫是很好的傳熱載體。
（3）氫是自然界存在的最普遍的元素。除空氣中含有氫氣外，它主要以化合物的形態(tài)貯存于水中，而水是地球上最廣泛的物質(zhì)。
（4）氫氣的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為142351kJ/kg，是汽油發(fā)熱值的3倍。
（5）氫燃燒性能好，快速點燃，與空氣混合時有廣泛的可燃范圍，而且燃點高，燃燒速度快。
（6）氫本身無毒，與其他燃料相比燃燒時最清潔，除生成水和少量氨氣外，不會產(chǎn)生諸如CO、CO2、碳氫化合物和固體顆粒物等對環(huán)境有害的污染物質(zhì)，少量的氨氣經(jīng)過適當(dāng)處理也不會污染環(huán)境，而且燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫，反復(fù)循環(huán)使用。
（7）氫能利用形式多，既可以在燃氣具中通過燃燒產(chǎn)生熱能，在熱力發(fā)動機中產(chǎn)生機械功，又可以作為能源材料用于燃料電池。
氫氣是一種易燃易爆的氣體，有一定的可燃范圍和爆炸范圍，無色無味。人們憑感官無法發(fā)覺氫氣的泄漏，所以安全性是氫能利用的重要課題。有氫能利用領(lǐng)域的專家指出，氫氣甚至比天然氣更安全。氫氣是世界上已知的密度最小的氣體，密度只有空氣的1/14。氫氣在空氣中的擴散速度快，向上擴散速度是氮氣的2倍、天然氣的6倍。因此，除非受到屋頂、通風(fēng)情況或充有其他上升氣體的場所限制，氫氣的特性會防止它聚集在泄漏處周圍。事實上，在家用燃氣領(lǐng)域，使用氫氣濃度達到60%的人工煤氣歷史悠久，已經(jīng)積累多年的經(jīng)驗，所以使用最高氫氣濃度為20%的富氫天然氣，安全問題不會成為障礙。
目前，氫的制取技術(shù)路線主要有三種，分別是電解水制氫、化石能源重整制氫和工業(yè)副產(chǎn)提純制氫。其他制氫技術(shù)路線，如核能熱化學(xué)制氫、生物質(zhì)直接制氫和太陽能光催化分解水制氫等仍處于研究和開發(fā)階段。
（1）電解水制氫
電解水制氫具有綠色環(huán)保、生產(chǎn)靈活、純度高以及副產(chǎn)高質(zhì)量氧氣等特點，但是由于單位能耗高，制取成本受電價影響大，電費約占總成本的70%。若使用火力發(fā)電提供的電力制氫，不僅價格高，而且碳排放水平大致為化石能源重整制氫方法的3~4倍。顯然，這種方式既沒有競爭力也不符合低碳環(huán)保的綠色發(fā)展要求。因此，電解水制氫的應(yīng)用主要是針對可再生能源發(fā)電的領(lǐng)域，一些地區(qū)由于種種原因存在風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電利用不足等出現(xiàn)的電力過?，F(xiàn)象，可以利用制氫過程進行電力消納。
（2）化石能源重整制氫
煤制氫歷史悠久，中國煤化工制氫的產(chǎn)量在全球最大。其原理是通過氣化技術(shù)將煤炭轉(zhuǎn)換為合成氣體，再經(jīng)水煤氣變換分離以提取高純度的氫氣。煤制氫技術(shù)路線成熟高效，可大規(guī)模穩(wěn)定制備，是當(dāng)前成本最低的制氫方式。天然氣制氫技術(shù)中，蒸汽重整制氫較為成熟，也是國外主流制氫方式。
（3）工業(yè)副產(chǎn)提純制氫
工業(yè)副產(chǎn)氫氣主要分布在鋼鐵、化工等行業(yè)，提純利用其中的氫氣，既能提高資源利用效率和經(jīng)濟效益，又可降低大氣污染，改善環(huán)境。中國是全球最大的焦炭生產(chǎn)國，焦?fàn)t煤氣中氫氣含量為54%~60%，利用提純工藝可以獲得高純度的氫氣。此外，燒堿、甲醇、合成氨等化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程也副產(chǎn)氫氣，都可以利用提純工藝獲得高純度的氫氣。
氫氣的合理利用可以替代化石能源。當(dāng)氫氣作為可再生能源的載體時，它的使用就具有低污染、零碳排放的特征。由于不少可再生能源利用過程的可控性問題比較突出，需要利用儲能措施解決，氫氣可以成為一種優(yōu)良的載體。風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電不穩(wěn)定，所以很多地方已經(jīng)建成的風(fēng)力發(fā)電站、光伏發(fā)電站獲得的電力沒有得到充分利用。另外，這些電力很難輸送到電網(wǎng)，目前中國每年有1000億度電因此不得不棄用。這一部分電能用于制氫，成本低廉且無環(huán)境影響，大概每年可以制取氫氣224億立方米。
煤制氫的規(guī)?；瘧?yīng)用是煤炭清潔利用的主要發(fā)展方向。這對于面臨“富煤貧油少氣”能源結(jié)構(gòu)問題的中國，無疑是實現(xiàn)能源安全和能源獨立的重要途徑。中國每年煤氣化制氫產(chǎn)量在1000萬噸以上，天然氣制氫在300萬噸以上，但是這些氫氣不是作為能源而是主要用作工業(yè)原料，如合成氨生產(chǎn)、燃油加氫等。利用工業(yè)副產(chǎn)重整制氫，既解決了環(huán)境污染控制問題，又實現(xiàn)了資源的有效利用。據(jù)統(tǒng)計，中國目前工業(yè)副產(chǎn)氫的規(guī)模約為1000萬噸/年。據(jù)國際氫能源委員會預(yù)測，2050年氫能源需求將是目前的10倍，占終端能源消費量的比例超過15%，對全球二氧化碳減排量的貢獻度達到20%。采用氫氣與天然氣混合使用的富氫天然氣方案，對現(xiàn)有的燃氣管網(wǎng)以及家用燃氣具影響小，易于實施。

氫氣的使用方式
近期，歐洲多國啟動的富氫天然氣應(yīng)用計劃，基本上是在以往20年研究試驗成果的基礎(chǔ)上開展的規(guī)?；瘧?yīng)用試驗。自2000年開始，歐洲地區(qū)已經(jīng)陸續(xù)啟動了一系列的研究驗證工作。其中，在荷蘭埃姆蘭島的富氫天然氣社區(qū)應(yīng)用試驗比較有代表性。該社區(qū)共有14戶居民，利用天然氣管道供應(yīng)富氫天然氣，氫氣濃度從5%逐步提高到20%，氫氣來源從簡單到復(fù)雜。2007年12月到2008年12月期間，富氫天然氣中的氫氣來自瓶裝氫氣；2008年12月之后，氫氣來自現(xiàn)場電解制氫裝置，制氫的電力來自島上的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。
試驗項目中使用的全部燃氣具，包括燃氣采暖熱水爐和燃氣灶具等，均為按使用天然氣制造的常規(guī)燃氣具，在投入運行前需通過氫氣濃度達到30%的富氫天然氣相容性檢測。經(jīng)過幾年的試驗，燃氣輸送管道和燃氣具均能夠正常使用，沒有出現(xiàn)使用壽命受到不良影響的情況。燃氣具基本的燃燒性能，如點火、回火、泄漏、火焰穩(wěn)定性等試驗全部通過標(biāo)準要求。檢查燃氣采暖熱水爐的控制系統(tǒng)的運行記錄，沒有使用富氫天然氣相關(guān)的故障，檢查包括燃燒器、點火裝置、火焰電離檢測器、熱交換器、氣閥、冷凝水排放、配件和密封件，也沒有發(fā)現(xiàn)與氫有關(guān)的缺陷或污染。由于天然氣中加入了氫氣，CO2、CO和NOx的排放量均有所下降。燃料變化造成的影響，包括燃氣采暖熱水爐中，用于燃燒狀態(tài)監(jiān)控的離子電流檢測裝置的參數(shù)相應(yīng)發(fā)生了變化，需要根據(jù)燃料變化進行修正。同時，由于氫氣的單位容積熱值較低，燃氣具運行的耗氣量相應(yīng)增加。
2017年，英國基爾大學(xué)啟動為期6年的Hydeploy項目，這是英國第一個向燃氣管網(wǎng)注入氫氣的示范項目，同時也是英國天然氣及電力市場辦公室（Ofgem）有史以來最大的天然氣創(chuàng)新項目，由基爾大學(xué)聯(lián)合當(dāng)?shù)靥烊粴膺\營商Cadent、NGN以及相關(guān)企業(yè)、機構(gòu)合作進行。Hydeploy項目包括3個單獨的試驗，將氫氣濃度為20%的富氫天然氣分別混合到基爾大學(xué)的專用管網(wǎng)，以及NGN、Cadent的天然氣管網(wǎng)中，目標(biāo)是到2023年，氫氣生產(chǎn)商能夠像現(xiàn)在的生物甲烷（沼氣）供應(yīng)商一樣向天然氣管網(wǎng)注入氫氣。經(jīng)過約18個月的前期工作，證明了當(dāng)前的燃氣管網(wǎng)和輸配送設(shè)施能夠在不進行大規(guī)模改造的情況下采用氫氣濃度為20%的富氫天然氣。2019年9月，基爾大學(xué)展開第一次試驗，將氫氣加入校內(nèi)天然氣管網(wǎng)中，向100個家庭和30個教學(xué)樓提供富氫天然氣。但是，作為金屬還原劑，氫氣具有強還原性，加入燃氣管網(wǎng)中時，部分老舊金屬管網(wǎng)需要被替換為塑料等新型材料。余下兩項試驗將分別于2020年、2021年在英國東北部的NGN管網(wǎng)及西北部的Cadent管網(wǎng)進行，每項試驗規(guī)模約為700戶家庭，屆時將同樣提供混合20%氫氣的富氫天然氣。
中國現(xiàn)行的城鎮(zhèn)燃氣標(biāo)準中，天然氣12T的回火界限氣中氫氣濃度為23%，所有使用天然氣12T的家用燃氣具在進入市場之前，均必須通過使用該試驗氣的測試。而且，相關(guān)要求與歐盟燃氣指令（GAR）是一致的。近年來，中國的大學(xué)、研究機構(gòu)、企業(yè)也陸續(xù)發(fā)布了在富氫天然氣應(yīng)用方面的研究成果。其中，國家燃氣用具質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心和中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司聯(lián)合發(fā)布的研究成果較有代表性。研究成果顯示：天然氣中加入氫氣后，由于熱值的降低，在12T燃氣具上使用時會出現(xiàn)熱工性能偏差的問題，但不會改變?nèi)細饩咴谀苄Х矫娴谋憩F(xiàn)，因此天然氣中加入氫氣在常規(guī)的天然氣類家用燃氣具上可以直接使用，不存在明顯改變?nèi)細饩甙踩?、能效和技術(shù)性能等既有狀況的現(xiàn)象；同時，不同氣源天然氣的華白數(shù)與熱值不同，考慮氣源的普適性，確定天然氣中摻入氫氣含量應(yīng)不大于20%。

氫能利用政策
國家統(tǒng)計局在2019年11月印發(fā)的《能源統(tǒng)計報表制度》中要求，氫氣和煤炭、天然氣、原油、電力、生物燃料等一起，納入2020年能源統(tǒng)計。這是國家首次將氫氣納入能源統(tǒng)計。按照國家統(tǒng)計局現(xiàn)行的制度標(biāo)準，氫氣參考的折標(biāo)系數(shù)為4.361噸標(biāo)準煤/萬立方米，也就是1萬立方米氫氣折合成4.361噸標(biāo)準煤。
2020年5月28日，第十三屆全國人民代表大會第三次會議批準了《關(guān)于2019年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃執(zhí)行情況與2020年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃草案的報告》，批準了2020年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃，在著力培育壯大新動能方面，將制定國家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，作為2020年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃的主要任務(wù)之一。這是氫能源首次被寫入國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃范圍。
歐盟委員會于2020年7月8日發(fā)布了《歐盟氫能戰(zhàn)略》和《歐盟能源系統(tǒng)整合策略》，其中《歐盟氫能戰(zhàn)略》是為了在一體化的能源系統(tǒng)中，更好地支持工業(yè)、交通、能源生產(chǎn)等領(lǐng)域的脫碳進程。這一戰(zhàn)略的重點是主要依靠風(fēng)能、太陽能生產(chǎn)可再生氫能。歐盟委員會稱，氫能開發(fā)分3個階段進行：第一階段（2020~2024年），在歐盟境內(nèi)建造一批單個功率達100兆瓦的可再生氫電解設(shè)備。2024年前，全歐的可再生氫制備總功率達到6千兆瓦，年產(chǎn)量超過100萬噸。第二階段（2025~2030年），在繼續(xù)加大可再生氫制備產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，建成多個名為“氫谷”（Hydrogen Valleys）的地區(qū)性制氫產(chǎn)業(yè)中心。通過規(guī)模效應(yīng)以較低廉的價格為人口聚集區(qū)供氫，這些氫谷也是未來“泛歐氫能管網(wǎng)”的骨架。第三階段（2030~2050年），重點是氫能在能源密集產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用，典型代表是鋼鐵和物流行業(yè)。為了實施氫能源戰(zhàn)略，歐盟委員會也在7月8日當(dāng)天宣布成立“歐洲清潔氫聯(lián)盟”。該聯(lián)盟由相關(guān)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者、民間機構(gòu)、國家及地區(qū)能源官員和歐洲投資銀行共同發(fā)起，旨在為氫能源的大量生產(chǎn)提供投資，滿足歐盟國家對清潔氫能的需求。
此前，歐洲多國已經(jīng)陸續(xù)發(fā)布了氫能發(fā)展計劃，其中英國的計劃規(guī)模較大。英國國家電網(wǎng)公司管網(wǎng)服務(wù)運營商（ESO）預(yù)計，到2050年，英國將有1100萬戶家庭使用氫氣取暖，而目前使用天然氣的家庭只有這個數(shù)字的一半。ESO在其年度《未來能源展望》中指出，利用氫能來為家庭供暖和為汽車提供動力，將在英國實現(xiàn)嚴格的氣候目標(biāo)的努力中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。為了將全球變暖限制在世界可接受的水平，氫能將在整個供熱、運輸和工業(yè)工程中被廣泛使用。家庭用能也需要變得更加高效，如采用適當(dāng)?shù)墓┡到y(tǒng)，包括電動和燃氣輔助式熱泵，以及節(jié)能住宅改造將使得使用的能源較目前減少26%。
富氫天然氣作為家用燃氣一種新的類別進入市場，雖然在技術(shù)層面沒有重大問題，但是一些具體的細節(jié)仍然需要妥善處理。在法規(guī)和標(biāo)準層面，已經(jīng)納入CCC監(jiān)管制度范圍的家用燃氣具，認證細則也需要進行相應(yīng)的修訂，燃氣技術(shù)標(biāo)準需要對富氫天然氣基本特性予以具體明確的規(guī)定，包括為該氣種規(guī)定一系列的試驗氣要求，燃氣具的燃氣安全、燃燒性能和能效測試條件等也需要進行修訂；對于燃氣具制造企業(yè)而言，需要對該氣種在燃氣具使用過程的各種細節(jié)進行全面深入的研究和開發(fā)工作。