浅析“双碳”目标下氢能与

天然气融合发展的实现路径

——以江苏省常州市为例

“碳达峰、碳中和”（以下简称“双碳”）目标下，绿色低碳是未来能源发展的主要方向。为实现“双碳”目标，就要解决从传统“以化石能源为基础”的能源体系向“以新能源为主导”的新型能源体系转变这一问题。相较于煤炭、石油，天然气虽作为传统化石能源，但具有清洁低碳的显著特征，是能源转型过渡的桥梁型能源。经过多年发展，目前我国天然气供应渠道多元化，基本实现了长期安全稳定的供应格局。另一方面，氢能作为一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，被誉为21世纪的“终极能源”，正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一。天然气与氢能的融合发展有利于降低能源转型的社会成本，有助于兼顾能源清洁化与能源安全“双重”目标，对我国实现“双碳”目标具有重要的推动作用。

一、天然气在“双碳”背景下的定位与作用

天然气在能源低碳转型中将发挥重要的“桥梁”作用，既是保障能源安全的“压舱石”，又是新型电力系统中的“稳定器”、促进氢能产业发展的“孵化器”。

从近中期来看，天然气作为清洁低碳的化石能源，仍存在较大替煤增长空间。国际碳减排经验表明，“气代煤”是碳达峰阶段及碳减排初期的主要路径。在含碳能源中，天然气具有降污和减碳的双重特性，可以在能源转型的过程中发挥替代高碳能源的作用，搭建起从高碳到零碳之间的桥梁，肩负着由化石能源向非化石能源过渡的重要使命，可实现能源低碳转型中的稳定过渡。

从中长期来看，随着可再生能源装机规模占比加速增长，以新能源为主体的新型电力系统将对电网的安全稳定运行带来一系列冲击及挑战，为有效保障电网安全，预计天然气需求将会呈现“先升后达峰”的趋势，成为高比例可再生能源新型能源体系的调峰、补充、平衡和保障能源。届时天然气将充分发挥启停灵活、运行稳定等特性，与新能源融合发展，成为构建以新能源为主体的清洁低碳能源体系的重要支撑。按照清华大学能源环境经济研究所的预测，天然气消费量在2035年左右达峰，峰值约为6600亿m3；消费量达峰后将进入长期下降通道，至2060年时降至1400亿m3左右。

二、氢能在“双碳”背景下的定位与作用

“双碳”目标提出后，我国氢能技术和产业进入发展快车道。2022年国家发展改革委发布的《氢能产业发展中长期规划（2021—2035年）》明确，氢能是未来国家能源体系的重要组成部分、是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体，氢能产业是战略性新兴产业和未来产业的重点发展方向。

氢与电类似，都可以用多种原料生产制备，都是理想的能量载体。但和电难以储存的性质不同，氢能可以稳定储存和运输，且可以与碳和氮等其他元素结合制成高效的氢基燃料。氢能够发挥的作用包括：成为难以电气化的工业深度脱碳的抓手；是支撑可再生能源大规模发展的储能载体；成为交通领域和新型高效燃料电池发电的重要能源；成为二氧化碳大规模化学利用合成氢基燃料的依托资源等，是能源体系中的重要载体。根据中国氢能联盟预计，2030年我国氢气年需求量约3715万吨，在一次能源终端消费占比约5%；2060年需求量约1.3亿吨，终端消费占比20%。

三、天然气和氢能融合发展的历史机遇

（一）政策支持提供顶层设计

常州在能源发展上一直紧跟国家政策，从产业发展、技术创新、应用推广等多方面给予能源产业政策和资金支持。2016年，常州市金坛地下储气库建设经国务院批准纳入《长江三角洲城市群发展规划》；2023年，常州市委、市政府召开新能源之都建设推进大会，发布了《推进新能源之都建设政策措施》，目标将常州打造成引领长三角、全国领先、全球有影响力的新能源之都；2024年，江苏省委办公厅、省政府办公厅日前联合印发《关于支持常州新能源产业高质量发展的意见》。

（二）资源禀赋打下坚实基础

近年来，常州市一直积极打造“长三角天然气中心枢纽”“长三角区域天然气贸易中心”，有着得天独厚的发展优势。

天然气来源广泛。常州地区天然气种类主要包括LNG、煤层气及页岩气。目前形成“四方来气”的格局，东有南通LNG，气源来自海外；西有西气东输，气源来自西部；南有川气东送，气源来自中亚、四川；北有冀宁联络线，气源来自陕京线。

储气规模全省第一。21世纪初，为积极响应国家“西气东输”“川气东送”战略，中盐公司利用常州金坛区丰富的盐矿资源，将开采盐卤剩余的盐腔进行造腔用于天然气存储，中石油、中石化、香港中华煤气等能源领域头部企业先后布点建设天然气储气库，共计划建设155口储气井，全部投用后预计形成32亿m3工作气量；截至2024年2月底，金坛储气库累计采气量突破70亿m3，按照每户每天1.5m3用气量计算，可满足长三角地区4666万户家庭调峰期的燃气需求。

天然气基础设施完善。作为制造业强市，常州市高度重视能源供应布局。天然气管网建设更是起步早、布局完善。经过多年建设，目前市区燃气管网总长达3800公里，已形成“高压储气、中压成环、低压成网”的供气管网格局，在保障城市用气的同时，也保障了高占比的工业用气。

（三）氢能产业发展提前谋划布局

常州是国内涉足氢能产业最早、企业集聚度最高的地区，已初步形成了“制、储、输、用”氢能产业链。

产业链初现雏形。已初步构建了氢气制备和储运、电堆及核心零部件、系统、整车制造、加氢站建设运营等较为完整的“制、储、运、用”产业链。据不完全统计，全市氢能产业相关企业超30家，高新技术企业18家，覆盖了产业上、中、下游的多个领域，产业链上下游产值达百亿级。

创新能力初步形成。依托科教、产业、生态等优势，以蓬勃之势释放创新力。江苏集萃安泰创明先进能源材料研究院领衔成立江苏集萃先进能源材料与应用技术研究所，引领氢能发展创新驱动核心；天合光能与国内外知名高校与研究机构广泛合作，产教融合，多方赋能技术发展、商业化运行；常州大学、常州科教城和常州城建产业集团有限公司联合成立江苏常氢科技工程研究院有限公司，深入探索氢能产业“制-储-运-用”各环节新技术、新工艺、新装备的研发与试验；常州工学院建设“高压低温氢存储装备智能制造与检测技术重点实验室”，打造高水平创新平台。

产业集聚度日益提升。常州市氢能产业主要集中在武进、新北两地。重点在武进区“两湖创新区”核心区规划建设“常州氢湾”，启动区面积220亩，其中创新孵化区30亩，依托西太湖科技产业园在氢能产业技术研发、氢燃料电池关键零部件、氢制取系统研发等方面集中布局，将努力打造“一基地、一示范区、两中心”氢能产业格局。目前，大连锐格燃料电池测试平台项目、江苏世恩电解水制氢极垫项目、南大氢能膜电极项目等8个项目已入驻常州氢湾。新北区依托滨江化工园在氢回收、氢储备、氢动力产品研发等方面集聚企业。其中，永安行科技股份有限公司已建成燃料电池及储氢器生产线，成为全球首个大规模量产运营的氢能动力车系统。

（四）区位优势注入发展动力

常州拥有长三角交通中轴枢纽和上海大都市圈重要战略节点城市的独特区位优势，借力上海加快打造“长三角氢走廊核心点”的东风及长三角天然气消费持续走高的市场需求，必将迎来氢能产业与天然气产业加速融合发展的大好机遇。

四、氢能和天然气融合发展实现路径

天然气和氢气都属于气体燃料，不仅在属性上具有相似性，产业链条也有重合之处。天然气产业链与氢能产业链可以在生产、运储、供销与利用等上、中、下游各环节进行融合，形成互补、增益、协同的低碳能源互联网络。

（一）天然气制氢——上游融合

天然气制氢耦合CCUS（碳捕集与封存）或天然气裂解制氢，可以实现“灰氢”变“绿氢”，实现天然气产业链向氢能产业链的能量流动，是现存制氢方式中兼顾经济性和环保性的最佳选择。在可再生氢大规模应用之前，近中期天然气制氢仍是较为便捷、低碳、低成本的氢源获取方式，能够在培育氢能产业、带动规模化氢能消费、为可再生能源制氢的大规模应用做铺垫等方面发挥重要作用。

根据Global CCS Institute发布的数据显示，2020年，全球利用天然气（甲烷）生产纯氢的产量占比达到43.8%。国内在氢气制取的来源上与全球情况恰恰相反，2022年，国内制氢中天然气制氢占比仅为19%。国内天然气资源缺乏，大部分都依赖进口，因此天然气制氢份额并不高，目前的主要制氢方式仍是煤制氢、工业副产氢，尚未实现大规模的天然气制氢。

常州市可充分利用自身丰富的天然气储备量，逐步推广天然气制氢应用。例如，常州市蓝博氢能源科技有限公司的产品就有天然气制氢，2023年该公司制氢的规模在10万吨左右。

（二）天然气管道掺氢运输——中游融合

目前常用的氢气输送方式主要有液氢槽罐车输送、高压氢瓶长管拖车输送和液氢驳船输送等，成本较高，效率较低。而用管道输送氢气成本低、效率高，运输距离适应性广，是氢能发展前期降低氢气运输成本的有效解决方案之一。同时天然气的主要成分是甲烷，甲烷燃烧会产生大量二氧化碳，而天然气掺氢将氢气以一定体积比例掺入其中，通过现有天然气管道进行输送，替代天然气使用，可以改善燃烧性能，并减少污染物排放。

国际可再生能源组织（IRENA）指出目前纯氢管道的规模远不能满足氢能产业快速发展的需要，一些国家和地区拥有较完善的天然气输配设施可用于大规模储运氢气。在当前氢气储运基础设施尚未完善，发展不非常明晰的大背景下，将氢气掺入天然气，在对原有的天然气管道不进行大量改造的前提下，实现掺氢天然气的运输，是大规模输送氢气、推广氢能利用的有效方式。常州地区天然气管道布局完善、四通八达，是实施掺氢运输的最佳主体。

目前，天然气管道掺氢运输还存在氢脆、泄露等一些安全问题，应对掺氢后管道相容性、掺氢比例安全模型、氢脆机理等方面进行技术攻关，不断提高管道掺氢安全性。

（三）天然气掺氢发电——下游融合

《氢能产业发展中长期规划（2021—2035）年》提出“氢能是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体”，终端应用时在天然气发电机组中增加氢燃料，可在节约天然气消耗的同时降低碳排放，对建设各资源要素高效流通的能源大市场有着积极的意义。据全球能源互联网发展合作组织预计，2060年中国氢燃料发电装机将达0.25 TW，成为电源侧重要的灵活性电源之一。下游融合还包括在已有LNG（液化天然气）、CNG（压缩天然气）加注网络中扩建气—氢综合能源站、以天然气为燃料的燃料电池分布式热电联供等方式。

常州市目前有3家大型天然气发热电企业、2座加氢站及零星分布的LNG、CNG加注站，再加上完整的新能源电池产业链，具备开展天然气掺氢发电下游融合的先天条件。