破局氢储能的，是一台热泵？！|压缩机|氢储能|氢能|清洁能源|热泵|电能|蒸汽

新能源电解水制氢（电解效率约65%）而后燃料电池发电上网（系统效率约45%）的技术路径存在能源利用效率低（综合能源利用效率约30%）的短板。提升氢能全流程能源利用效率，从而提升氢能利用经济性及其核心竞争力是产业界和科研界的关键技术攻关方向。

欧阳明高院士在《新能源革命与绿色氢能发展》报告中给出了可行的技术方向，他指出，分布式氢储能循环效率只有30%多，但用了热泵后，循环效率可以达到86%。

基于该先进技术的伊旗圣源能源集团-零碳氢能产业园获得了第六届Hi-Club设计大赛金奖，该项目不仅实现了园区能源的完全自给与零碳运行，还构建了一套多元耦合的智能热管理系统，为高寒地区离网型工业园区的能源设计提供了全新的高效、低碳技术路径，是国家期待的可复制、可推广的零碳产业氢能综合应用工程。

为什么燃料电池可以与热泵系统形成良好的组合关系，成为氢能的关键应用场景呢？

本文将从能量传递底层机理进行阐述。

下图展示了热泵系统与燃料电池联合运行系统架构图。其中，热泵系统主要由四大部件组成，分别是压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器。经压缩机压缩后的高温高压制冷剂蒸气流入冷凝器，冷凝器作为换热器，一侧吸收高温高压蒸气的能量，另一侧输出高品质热源，用于蒸汽生产或其他工业应用，如烘干等用热场景。经冷凝器冷凝后的高压低温液态制冷剂经节流阀节流后变为低压低温的制冷剂混合物，而后在蒸发器中吸收燃料电池供给的低品位余热完成蒸发后被压缩机吸入，从而完成整个热量循环。

热泵系统的工作效率与蒸发器的工作温度显著相关。

某品牌空气源热泵性能随环境温度的变化趋势如下图所示，常温25℃工况下，热泵的COP可以达到4.2，即每消耗1份电能就能产生4.2份可用热量，而当环境温度降低至-25℃，该热泵的COP值下降至仅为1.3。在冬天供热场景下，即使不考虑电池储能的存放自放电损耗以及低温下的性能衰减，其储存的一份电能也仅释放出1.3份热量。

而当使用氢储能时，一份电能可产生4.2份热量，此时使用燃料电池-热泵联合供热的使用成本只有电储能的31%。如果燃料电池的工作温度更高，那么其使用收益越明显。故而燃料电池与热泵能够形成良好系统组合的核心原因是燃料电池系统运行过程中产生的废热可以作为热泵蒸发器的热输入，这样不仅减少了燃料电池系统热管理子系统的寄生功率损失，还能变废为宝，提升热泵蒸发器的蒸发温度，从而显著提升热泵系统的运行性能，达到全应用周期内能源使用成本低于电储能的良好效果。

无独有偶，2024年国网常州供电公司牵头召开了国家重点研发计划“氢能技术”重点专项《质子交换膜燃料电池与热泵耦合电力-蒸汽联产关键技术》项目启动会，该项目将针对质子交换膜燃料电池应用于工业和农林业分布式发电和用热场景下，供能形式单一和能量转换效率低的问题，开发燃料电池与热泵耦合的电力-蒸汽联产集成技术，满足用能的综合性、灵活性和高效性需求。

该项目着重突破五大关键技术：1）电力-蒸汽联产系统燃料电池电-热管理技术；2）燃料电池冷却剂、尾气余热（包括湿焓）提取、回收和暂存技术；3）利用燃料电池低品位余热，获取高温水蒸汽的热泵技术；4）电力-蒸汽联产模式下，燃料电池变负荷范围内余热、压力与热泵系统动态耦合相应特性以及多目标参数优化能量协同管控技术；5）典型工业场景下燃料电池与热泵电力-蒸汽联产系统集成与实验验证。

会上，国网常州供电公司与常州西太湖科技产业园管委会签订了《氢能微电网示范区共建合作框架协议》，其中约定该国家重点研发项目将在常州氢湾开展实际验证，配置1MW氢燃料电池，同步产出高温蒸汽，满足周边企业蒸汽用热需求，打造国内首个面向工业场景的MW级氢-电-热综合能源利用系统。

2026年8月15日，在工信部、财政部、发改委联合发布的《关于开展氢能综合应用试点的通知》中表明，将氢能应用场景由燃料电池汽车向交通、工业等具备条件的多元领域扩展，以多场景规模化应用带动成本降低，助力氢能技术装备创新突破，推动氢能产业高质量发展。

欧阳明高院士指出，2030年到2050年，可再生能源发电会成为电力主体，绿色氢能将会爆发增长，届时预计绿氢应用规模将会达到1亿—1.75亿吨，其中绿色氢能将占终端能源消费10%—15%，这中间氢储能大概是5000万到7000万吨，氢动力大概是2000万到5000万吨，氢原料大概是3800万到5600万吨。

在单一电供能场景下，氢储能与锂电池储能相比，成本和能量利用效率方面均不占优势，但是与热泵结合，形成风-光-氢-储-热能源微网系统后，氢储能电-热特性得以充分利用，客户综合用能成本显著下降，能形成可复制、可推广的商业应用模式，这将是氢能的重要创新发展方向。

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