如何将氢能高效利用，燃料电池热电联供或许是一种可选思路。

从公开数据中可以看到，燃料电池汽车的示范与推广已经开始，从去年三大燃料电池汽车示范城市群落地后，我国燃料电池汽车产销数量开始增长。然而，在燃料电池应用端，燃料电池分布式热电联供系统早就已经开始进入市场。

根据公开数据，2019年，全球固定式燃料电池出货量为221MW，占燃料电池总出货量的19.6%。固定式燃料电池连续四年销量超过五万台，装机容量均在200MW以上。从出货套数来看，主要是小型的家庭用热电联供设备，而大型固定式的商用分布式发电设备，则是装机容量的主要贡献者。

国家在3月份出台的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》中表示：根据各地既有能源基础设施条件和经济承受能力，因地制宜布局氢燃料电池分布式热电联供设施，推动在社区、园区、矿区、港口等区域内开展氢能源综合利用示范。依托通信基站、数据中心、 铁路通信站点、电网变电站等基础设施工程建设，推动氢燃料电池在备用电源领域的市场应用。在可再生能源基地，探索以燃料电池为基础的发电调峰技术研发与示范。结合偏远地区、海岛等用电需求，开展燃料电池分布式发电示范应用。

从以燃料电池汽车为主的交通领域，到燃料电池发电供热，氢能更多的可能性正在被拓展。

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何为燃料电池热电联供？

热电联供，也可称为热电联产，是指在电厂中将供热和发电联合在一起的生产方式。

热电联供的系统构成分为四个部分：（1）氢源发生器，根据不同的燃料电池技术路线有天然气重整制氢、电解水制氢、直接接入纯氢；（2）发电装置，即燃料电池系统是将氢气转化为电的装置；（3）电力电子，将燃料电池发电的直流电转换为应用端的交流电；（4）余热储存系统，将氢气发生器和燃料电池发电过程中产生的热量收集起来，用于热水供应。

而燃料电池热电联供则是一种利用燃料电池技术实现向用户供给电能和热能的技术，以质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）为主，主要以分布式发电的方式应用，是保障能源供给重要的途径之一。

据悉，氢燃料电池热电联供系统发电效率可以达到50%以上。

在交通运输领域，燃料电池只负责供电，发电过程中产生热能通过散热系统浪费了，而热电联供则可以将这一部分损失的热能收集起来，供生活热水和建筑供暖等应用场景使用，使得氢燃料电池热电联供综合效率达到90%以上，能量利用率大大提升。

可见，使用燃料电池热电联供具有效率高、低排放等优势，适用于靠近用户的千瓦至兆瓦级的分布式发电系统。

目前，欧美日韩在燃料电池热电联供领域的技术和应用都处于全球领先地位。

作为全球小型热电联供的最大市场，日本的家用燃料电池热电联供Ene-Farm项目已部署了超过40万台套；东芝也推出H2Rex系列系统，用于零售店和酒店等小型商业应用。

美国和韩国专注于开发兆瓦级的大型燃料电池分布式发电站系统，Bloom Energy、FuelCell Energy、LG、斗山等企业均有布局。FCH-JU也在欧盟启动了Ene.field示范项目，支持1046套300瓦-5千瓦的PEM和SOFC Micro-CHP系统。

燃料电池热电联供技术已被认可，全球范围内的示范应用正在一步步展开。

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燃料电池热电联供技术及全球发展情况

燃料电池热电联供是指利用燃料电池发电技术实现向用户供给电能和热能的一种能源供给技术，具有效率高、噪音低、体积小、排放低等优势，适用于靠近用户的千瓦至兆瓦级的分布式发电系统，能源综合利用效率可高达80%以上，是燃料电池技术在非交通领域的重要应用之一。

根据所使用电解质不同，燃料电池主要分为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、磷酸燃料电池（PAFC）和碱性燃料电池（AFC）等。目前全球范围燃料电池技术路线以及应用在热电联供领域主要以PEMFC和SOFC为主。

从全球发展情况看，日本、美国、韩国和欧洲在燃料电池热电联供领域从技术和应用方面均处于世界领先地位。日本为全球小型热电联供最大市场，其家用燃料电池Ene-Farm项目目前已部署了超过40万台套，并提出将在2030年推广530万套，占日本家庭10%；除家用外，日本也在探索燃料电池热电联供在商业建筑领域的应用，东芝推出H2Rex系列系统，范围从700瓦-3.5千瓦-100千瓦，用于零售店和酒店等小型商业应用。

美国和韩国专注于开发兆瓦级大型燃料电池分布式发电站系统，作为数据中心或者办公大楼主体或备用电源，主要企业包括Bloom Energy、FuelCell Energy、LG、斗山等；欧洲目前也推广超过1万台设备，FCH-JU在欧盟启动Ene.field示范项目，支持了1046套300瓦-5千瓦的PEM和SOFC Micro-CHP系统，其中磷酸燃料电池项目超过1100台、Ene.field项目超过1000台设备。此外，德国“住宅建筑节能维护改造”项目超过4500台。

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我国燃料电池热电联供市场正逐渐铺开

我国是氢能资源大国，在氢能的利用上也是不断尝试。较为成熟的交通领域目前示范效应已起，在国家级示范城市群的带动下，燃料电池汽车的推广应用正在逐渐展开。

但由于受限于用氢成本及相关基础设施的建设，我国燃料电池汽车在推广的过程中也面临很多困难。行业迎难而上固然重要，但也要适时探索更多的可能性。燃料电池热电联供就成为一项不错的选择。

近年来，从政策到企业示范，我国燃料电池热电联供的市场规模正逐渐铺开。

政策层面，《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》提出，要因地制宜布局氢燃料电池分布式热电联供设施。

2021年9月，科技部发布的国家重点研发计划“氢能技术”重点专项2021年度定向项目申报指南中也提到，推进“氢进万家”综合示范，打造低碳氢工业园区，燃料电池热电联供入户企业办公区、覆盖建筑面积超过5000平方米，燃料电池热电联供氢气使用量不低于1万吨。

地方层面，据统计，目前包括四川、辽宁、北京、珠海、深圳、潍坊等在内的13个省、40多个市县都在积极推进氢燃料电池热电联供项目的发展，并提出了具体的政策和目标。

比如，2022年8月，《辽宁省氢能产业发展规划（2021-2025年）》提出，到2025年，全省分布式发电系统、备用电源、热电联供系统装机容量达到100兆瓦。

2020年，《四川省氢能产业发展规划（2021-2025年）》提出，到2025年，要实现热电联供示范应用，建设氢能分布式能源站和备用电源项目5座。

北京还专门制定了燃料电池热电联供技术指标，提出突破固体氧化物燃料电池热电联供系统技术，实现系统额定发电功率≥30千瓦、发电效率≥55，热电联供总效率≥85，连续运行≥1000h。

在政策的推动下，我国燃料电池热电联供示范项目也在有序展开。

2021年9月，韩国斗山集团产1.8兆瓦（MW）发电用燃料电池（440kW级）出口中国，为广东省佛山市某公寓全部住户及1栋商业楼共1788户供电并提供冷暖气，出口总额为1300万美元。

2021年12月14日，上燃动力20周年纪念活动上，上燃动力宣布联合房地产企业打造国内首个社区热电联供项目。

2022年下半年，国内各地加速投运：

2022年8月18日，中国东方电气集团向长江三峡集团批量交付氢燃料电池热电联供装备系统。

2022年8月1日，世界首个含氢燃料电池热电联供系统的实用化零碳智慧能源中心——榆林科创新城零碳分布式智慧能源中心示范项目建成投运。

2022年7月6日，国内首座兆瓦级氢能综合利用示范站在安徽六安投运，我国首次实现兆瓦级制氢-储氢-氢能发电的全链条技术贯通。

2022年2月，潍柴首款SOFC热电联供系统潍坊投运。

2022年10月11日，北京海淀的2023年可再生能源供热领域市政府固定资产投资资金需求项目中，就有氢能供热项目。

虽说燃料电池热电联供技术的应用在我国尚处于发展和示范初期，但越来越多的企业已参与进来，小规模示范应用正在稳步铺开。

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发展燃料电池热电联供仍需努力

燃料电池热电联供技术之所以会受到行业热捧，除了高效的能源利用效率之外，“双碳”目标下，企业降低碳排放成本已上升为发展日程，氢能的零碳排放正好满足这一需求。

此外，氢能的推广应用仅仅依靠交通运输显然是不够的，工业、建筑、发电等领域仍是脱碳的重点领域，为此燃料电池热电联供将发挥重要的作用。

可见，燃料电池热电联供技术前景性无可比拟，但其目前的发展也面临一定的挑战。

一是燃料电池热电联供涉及学科门类众多，从电力、热管理到零部件要求等，国内相关技术还有待完善；二是目前发展燃料电池热电联供经济性较小，氢气的价格高，使得其发展成本高；三是现阶段国内燃料电池热电联供市场还处于培育期，与燃料电池汽车产业相比，燃料电池热电联供不管是政策的关注度还是市场经验都相对缺乏。

目前，燃料电池热电联供项目主要集中于工业园区，想要大规模应用还有很长的路要走。

氢能在脱碳进程中的地位不言而喻，交通领域之外，燃料电池热电联供也成为氢能行业关注的重点，且有热度渐起的趋势。潍柴动力、亿华通、东方氢能等企业都开始在燃料电池热电联供方面布局。

“双碳”背景下，燃料电池热电联供技术的发展还有待行业共同推进。

文章来源： 氢能观察， 氢能联盟CHA，氢能汇