电解水氢能用于供热和热电联产吗？

理论上，任何形式获取的电力都可以用于电解水制氢，当然也包括水力发电。现实中水电用于电解水制氢的情况还不多，一个原因可能是中国目前大水电具备较为完善的配套输电线路，稳定传输，水电有一定的发电议价能力，能以合理的价格售出，整体上水电大多能被充分利用，就地消纳的需求较少。

同时我们也看到，近年来一些小型水电或电量相对充裕的水电站在尝试利用水电制氢，进行可再生能源的深度利用，并取得了一些不错的效果。当然，有些水电站还面临着地势等不利的客观条件，从而影响电解制氢后的储运环节，电力最终的利用形式也需要因地制宜来考虑。

目前，电解水制氢采用的电力多为风电、光伏等波动性强，电网利用率低，分布更为分散，配网设施不完善的可再生能源。

其实回答哪种电可以用来电解水制氢的时候，我们需要想一想为什么发展氢能？

化石燃料燃烧所产生的二氧化碳等温室气体加剧了全球气候变暖。为了应对全球性的环境问题，人们希望通过使用清洁、低碳的可再生能源来降低碳排放。

在电力行业，过去几年可再生能源发展迅猛，已经对现有能源体系产生了颠覆性的影响：首先是可再生能源发电装机量増速明显，全球风电装机量在2007到2016年的十年间增加了20%，光伏发电装机量增长了47%；第二是电力系统能源利用结构的转变正在实现，可再生能源占比已经达到了22%；第三是全球对可再生能源的消费需求不断提升。以中国为例，传统化石能源在一次能源消费中所占的比例不断降低，而非化石能源消费占比在2010年后增速提升，至2035年预计将达到20%。

虽然风能和太阳能等可再生能源的装机量大幅增加，但全球碳排放量却并未随之减少。来自国际能源署的一份统计数据显示，从2007年到2015年间，全球碳排放量增长了6.1%。其中，电力领域对全球碳排放量的贡献率为40%，而工业、交通和楼宇等领域对碳排放量的贡献却超过55%。在应对温室气体排放问题上，仅仅将目光锁定在电力行业是不够的。要完成以清洁绿色为特征的能源转型，需寻找一种能使可再生能源应用于各个领域的方式。氢能就这样走上了时代的舞台。

首先，氢气的生产和使用都十分清洁，氢气的燃烧产物是水，不会排放二氧化碳和氮氧化物。此外，氢气能以多种形式应用于众多领域的能源系统中。例如，氢气既可以直接作为燃料，单独或与天然气混合用于发电领域，又可以充入公交车等车辆的燃料电池中。在工业领域，氢气还可以与二氧化碳结合形成甲烷和甲醇，在吸收二氧化碳的同时，为工厂提供清洁且便于运输的液体燃料和化工原料。

电解水制氢可以实现商业化吗？

早在十年前，西门子就已经开始了对氢能的研究与应用。西门子Power-to-X解决方案可以覆盖整条氢能产业链的核心业务。在上游，西门子可以提供适合光伏和风能等可再生能源的发电和输配电设备及解决方案。在中游，西门子掌握了高效电解水制氢的核心技术。在下游，西门子则可以提供适用于工业等领域的氢能应用设备，如可以使用氢气或氢气—天然气混合燃料的燃气轮机等。

在核心的氢气制取环节，西门子采用先进的PEM电解水制氢技术，即在质子交换膜两侧连接电极，通电时，电极两侧会分别产生氢气与氧气。与碱液法相比，PEM法具有能量密度高、电解效率高、产出气体纯度高、安全性高和占地面积小等优势。此外，在光伏和风能等可再生能源的发电量波动时，PEM法也具有更快的响应速度。基于PEM电解水制氢技术，西门子推出了先进的质子交换膜电解器产品系列，并已成功商用。

除了提供先进可靠的产品，西门子还可以携手全球合作伙伴，根据客户的具体需求提供定制化的完整解决方案。2015年，西门子与合作伙伴一起助力Energiepark Mainz公司在德国建成世界上最大的PEM电解工厂。工厂内安装了三台西门子质子交换膜电解器，最大功率达6兆瓦，这是世界上第一个兆瓦级别的电解水制氢工厂。在项目中，园区内风机产生的电一部分被直接送入电网，另一部分则用于电解水制氢。得到的清洁的氢气一部分注入当地输气管网，和管道内的天然气混合供用户使用，一部分会被运送至周边化工企业，还有一部分则会供给当地加氢站供氢燃料电池公交车等车辆使用。项目完美实现了氢能在工业、能源和交通三个领域内的协调利用。2018年，Energiepark Mainz项目已成功实现盈利。

Power-to-X 人类对未来能源变革的思考

由可再生清洁能源辐射其它产业能源消耗的概念，称为sector coupling，直译为多产业协同，就是通过联系能源及其它碳排放领域协同合作，以达到各领域的低碳甚至零碳生产的目的。而具体的实现方式，可通过Power-to-X来实现。

Power-to-X，简单来讲就是将清洁能源转化成其它能源形式。这里面的X可以是其它领域日常生产所需的能源，比如交通行业的燃油，化工行业的化工原料，而Power一般则特指清洁绿色的可再生能源。

在整个Power-to-X的产业链过程中，既涉及上游的可再生能源发电、电力输送、电网或分布式系统的相关技术，也涉及到了中间环节的电解制氢、碳捕捉利用、化工合成等复杂工艺，更包括了相关的能源产品储存运输甚至应用等下游行业的技术发展。Power-to-X这个概念的提出，是人类对未来能源变革的思考。Power-to-X代表的不只是一大类技术，而是一条在全人类共同发展目标下，实现降低温室气体排放的技术路线合集。例如，随着机器学习，特别是神经网络技术的迅速发展，人工智能可以帮助能源企业在全生命周期内实现智能预测、诊断以及优化，西门子运用多层神经网络和增强学习来优化燃气轮机的氮氧化合物排放，这些都为降低温室气体排放提供了不同维度的支撑。

全球许多国家都已经发现了氢能的神奇作用，并正积极开展氢能产业链布局，中国更是将氢能列入能源技术革命创新行动计划。现在，在河北省张家口市等地方已经可以看到氢燃料电池公交车在路上行驶了！未来，西门子希望携手中国合作伙伴，为实现低碳与绿色发展贡献力量。

作者：西门子中国

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来源：知乎

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油气与电力集团 商务拓展经理

高辰@右手辰