氢能，作为公认的清洁二次能源，其开发利用得到了世界范围内的高度关注。21世纪以来，氢能开发利用步伐逐渐加快，被中国、日本、欧美等国家列为国家能源体系中的重要组成部分。

当前，氢能应用主要体现在工业和交通领域，但随着建筑能耗占比不断提高，作为清洁能源来解决建筑用能仍将是氢能应用的重要发展领域。

建筑脱碳

根据全球建筑建设联盟（GlobalABC）发布的《2020全球建筑和建造业状况报告》，和其他终端用能部门相比，2020年建筑业占全球终端能源消费量的35%，其中源自建筑运营的二氧化碳排放已升至历史最高水平，约达100亿吨，占全球与能源相关的二氧化碳排放总量的28%。

2020年全球终端能源消耗

建筑领域需要消耗大量的电能和热能，已与交通领域、工业领域并列为我国三大“耗能大户”。据《2020中国建筑能耗研究报告》，2018年全国建筑全过程碳排放总量为49.3亿吨，占全国碳排放的比重为51.3%，其中建筑运行阶段碳排放21.1亿吨，占全国碳排放的比重为21.9%。

我国建筑能耗长期依赖于煤、天然气等化石常规能源，可再生能源在建筑能耗中替代常规能源的比例仅占6%-7%，亟需能源替代和产业升级。解决这个问题的最佳方法之一是使用氢燃料电池热电联供。通过捕获本来会被浪费的热量，氢燃料电池热电联供系统可以最有效地利用氢能燃料，而且整个过程清洁无污染。

热电联产

氢能与建筑融合，是近年兴起的一种绿色建筑新理念。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。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。

燃料电池家庭热电联产系统

利用燃料电池纯发电效率仅约为50%，而通过热电联供方式的综合效率可达85%——氢燃料电池在为建筑发电的同时，余热可回收用于供暖和热水，与传统的火力发电输电相比，总效率提高2倍左右。

燃料电池系统利用示范图

燃料电池热电联供系统是一种将制氢、供热水及发电过程有机结合在一起的能源利用系统，将制氢与发电余热充分利用，大大提高了能源利用率，具有很好的经济效益。研究表明，在小规模应用中使用微型热电联供装置有助于节能减排，家用热电联供系统是一种创新的解决方案，只使用一种主要能源即可同时提供电力与热量，较传统发电厂相比能效高、环境效益高。据估计，2050年全球10%的建筑供热和8%的建筑供能将由氢气提供，每年可减排7亿吨二氧化碳。

国外发展

燃料电池热电联供系统为建筑供能的应用较为广泛。目前，欧洲、日本等国的氢燃料电池分布式发电已初步实现商业化。

日本自2009年开始推广家用燃料电池热电联供系统（Ene-farm），由日本东京燃气公司与松下集团共同研发，这是目前世界上规模最大、推广最成功的商业化燃料电池。通过燃料电池技术同时生产电和热水，一套装置大约可提供日本普通家庭平均能耗的40%～60%。到2019年1月，家用燃料电池热电联供系统已累计售出27.4万套，单个装置成本比推广初期2009年下降了69%，日本计划2030年要提高到530万套。

日本Ene-farm项目

欧洲大多国家既要解决居民供暖，又要避免电网铺设的高额投资，开展燃料电池热电联供是一种较好的解决方案。欧洲燃料电池和氢能联合组织（FCHJU）主导实施了Ene-field示范项目该项目在2012-2017年共花费5200万欧元，11个国家支持推广了1046套300～500瓦的微型燃料电池热电联供装置。2017年，该组织又启动了新一期五年计划“PACE项目”，预算9000万欧元，计划在11个国家推广2800套装置。

国内发展

当前，我国的氢能在建筑领域的燃料电池热电联供的使用还处在项目示范应用阶段。

2021年11月，全国首座氢能进万家智慧能源示范社区项目——丹青苑社区在佛山南海正式投运，标志着佛山率先引入氢燃料电池为社区供能。该项目建筑面积超10万平方米，通过技术创新，将太阳能光伏引入电解水制氢设备，同时配置氢燃料电池联供设备，为社区住户提供不间断的电力、暖气和生活热水，实现能源自给和二氧化碳零排放，把普通的居民社区建设成一个拥有风、光、电、气多种能源互补系统的智慧能源社区。

氢能进万家智慧能源示范社区

目前，智慧能源示范社区4台440KW商用燃料电池热电联供设备已安装完毕，为全国单体最大且无噪音、自发自用、并网运行。日后还将安装家用燃料电池热电联供设备394套，解决每户家庭的热电联供。示范项目不仅实现发电设备53%以上的发电效率，达 90%以上的综合能源利用效率，并且碳排放只有传统能源系统的 30%-50%。

在政策层面，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。

总结

现阶段，在建筑能耗不断增加的背景下，应用氢能源解决建筑能耗问题成为未来发展的趋势。燃料电池热电联供不仅可以为建筑提供热能、电能，还能通过制冷机等设备对废热回收利用，为建筑制冷、控湿，有利于减少建筑能耗、实现建筑节能，更快转向低碳经济。

在国家能源转型的背景下，燃料电池热电联供技术凭借其能源高效利用、清洁环保的属性，迎来了在建筑领域发展的“曙光”，为减少碳排放和实现双碳目标提供了机会，必将在零碳未来中发挥关键作用。

参考文章：

1. 《氢能在城市和建筑中的应用》李岩学

2. 《氢能热电联供系统：市场规模化进行时》氢能观察

3. 《燃料电池热电联供|零碳建筑技术》友绿智库

4. 《世界上应用最多的燃料电池——分布式热电联供》产业观察者

5. 《氢能热电联供前景几何》中国能源报

6. 《氢观察｜“凛冬将至”，燃料电池热电联供已在路上》汽车总站网