全球建筑部门占全球最终能源使用量的 30%，其中近 3/4 用于供暖、热水生产和烹 饪，目前全球近 28%的与能源相关的碳排放来自于建筑用能。
截至 2023 年 9 月，目前的全球的建筑用氢项目包括：日本：ENE-FARM 项目是一个大规模的燃料电池示范和商业化项目，旨在提供建筑 用高效低廉的燃料电池技术。首个系统于 2009 年在日本的一个住宅楼中引入，到2020 年已有近 30 万套投入使用。目前 ENE-FARM 项目对天然气或液化石油气进 行改造，为燃料电池提供氢气。热电联产产品每单位的初始成本从 2009 年的超 3.5 万美元下降到 2018 年的 0.9 万美元，下降了约 75%。目前日本计划到 2030 年实 现微型热电联产系统安装量 530 万套，但燃料没有明确是氢气。此外，2020 年东 京奥运会的奥运村使用了 100%的氢燃料电池；2021 年 10 月，松下推出了一款商 用的 5kW 纯氢燃料电池发电机。
英国：英国北部的 H21 项目是全球最大的氢气供暖项目，计划通过管道向建筑提供 100%纯氢，2016 年完成重新利用现有管道的可行性分析，目标是到 2025 年和 2035 年分别达到年供 18 万吨和 200 万吨的氢气。
欧洲：2022 年 1 月，由欧洲绿色协议（European Green Deal）资助“郁金香”（Tulips） 项目启动，测试一种通过电解制氢为燃料电池提供电热的系统。ENE 示范项目于 2012 年启动，目前已为 11 个国家的住宅和商业建筑安装了 1000 多个小型固定燃 料电池系统，并计划将其增加到 2800 套。其中德国的消费者可以获得政府资金， 以降低建筑中燃料电池电器的购臵成本。
1.1 目前研究和试验进展
英美澳等国家已经开始天然气掺氢的可行性分析和试验。一些国家已经开始准备天 然气网络掺氢，如英国准备在 2023 年开始在部分天然气网络准备进行 20%掺氢；澳大 利亚的 Hydrogen Park SA 项目实现向 700 户家庭供应掺杂 5%氢气的混合气体；美国 能源部通过 HyBlend 评估天然气网络掺氢的机会、成本和风险，利用 H-Mat 实验室的高 压测试设施评估氢气对管道材料耐久性的影响。
掺氢锅炉的设备标准正逐步建立（包括 100%纯氢锅炉），目前欧洲发展标准体系 较为领先。掺氢锅炉的设备标准正在发展，以允许各种掺氢比例的锅炉运行。如欧洲于 2022 年 2 月发布 UNI/TS11854 标准，涵盖燃烧掺氢高达 20%的甲烷混合物的锅炉。预 计从 2023 年到 2025 年，英国燃气锅炉标准将逐步纳入允许掺氢，将有利于天然气锅炉 易于改造适用于燃烧 100%的氢气。目前的纯氢锅炉既适用于家庭应用，也适用于高温 应用。
1.2 安全评估进展
建筑用氢需要确保泄露和燃烧等安全问题，以使得消费者可接受。英国的北方天然 气网络（Northern Gas Networks）和政府正在就 H21 和 Hy4Heat 项目进行合作。DNV GL 的 HyStreet 实验设施中建造了房屋来评估可靠性和安全问题，包括泄漏和燃烧可能 引发的情况以及家用电器的下游风险。在 Hy4Heat 项目的安全评估结果显示，小型泄漏 （<2mm）不会产生足够大的可燃气体，中型泄漏（2-6.5mm）可能引起小房间燃烧； 大型泄露（>6.5mm）可能引起大房屋的大面积燃烧。因此气体安全工程师应接受在建 筑用氢的有效培训，包括安装、测试、检查和维护一系列流程。荷兰的 Hydelta 项目就 有针对氢安全的专业工作培训。
1.3 建筑的间接用氢
目前超过 90%的地区供热网络都依赖于化石燃料的使用，氢气的间接使用可以为人 口密集的城市地区提供低排放热量，从而有利于该领域的脱碳。目前全球使用案例包括： 美国：2023 年，一个氢燃料热电联产系统为明尼苏达州圣保罗的地区网络提供电 力和热量，从而支持区域供热行业增加灵活性和实现脱碳。 日本：2017 年，日本一座以氢气和天然气为燃料的 1MW 燃气轮机示范厂竣工。2018 年，该工厂成功使用以 100%纯氢为燃料的热电联产系统，为附近的四个设施提供 电力和热量。 欧洲：Everfure 公司于 2021 年底与 TVIS 地区供暖公司签署了一项协议，由 20MW 的氢电解槽提供多余的热量，为 500-600 户家庭提供供暖。按照 REPowerEU 计划 于本土生产 1000 万吨绿氢，利用电解槽产生余热的 5%-10%供给区域供热网络， 可为 11.5-52.5 万户家庭提供热量，可能减少欧盟目前对地区取暖的化石燃料需求 近 3%。
未来建筑用氢的需求潜力主要来自天然气掺氢以及纯氢供暖的技术前景，如果能够 实现推广潜力较大，根据 IEA 在《The Future of Hydrogen》的测算，全球天然气掺 氢 3%将对应 1200 万吨的氢气需求，主流市场采取纯氢供暖将产生 1200-2000 万吨的 氢气需求。虽然建筑中的用氢具备诸多优势，但目前许多因素制约着建筑用氢，包括现 有的天然气基础设施、氢的能量密度、安全考虑、高成本、消费者接受度、政策相关的 问题等。我们认为未来的需求增量主要表现在两个方面：1）在现有的天然气网络中进 行氢气混合，2）在建筑中直接使用 100%纯氢供暖。 建筑用氢的优势包括 1）氢混合物或直接用氢进行区域供暖和冷却，可以利用现有 的基础设施。2）在建筑中使用氢气可以与现有的能源供应系统产生协同效应，从而使 其在低碳总系统成本方面具有吸引力。而热泵可能会造成电力需求的巨大季节性波动， 从而对能源储存能力要求较高；生物质的问题则在于无法满足需求量，如 2016 年欧盟 天然气供热的热量相当于生物质年产燃烧的 90 倍。
2.1 天然气掺氢
目前主流供暖市场已经能够实现 3%-5%掺氢，假设全球建筑中的天然气供应量掺 氢 3%将提高清洁氢的年需求量 1200 万吨（目前氢产量的约 17%）。在加拿大、美国 和西欧等主要供暖市场，将 3%-5%的氢混合到供应的天然气中，对锅炉和燃气炉灶等终 端设备影响较小。在荷兰 14 栋建筑的示范项目中，掺氢 20%没有发现泄漏、回燃或燃 烧问题，掺氢 30%也没有管道或加热设备的问题。如果全球建筑的天然气供应中掺氢 3%，将使清洁氢的年需求量提高 1200 万吨，相当于目前全球氢产量的 17%。
2.2 纯氢供暖
从成本的角度来看，较大的商业建筑、建筑综合体、区域电网使用 100%纯氢的成 本最低。燃料电池、联产装臵或其他混合动力系统可配备储能，以满足供暖、制冷和电 力需求，改善电力系统的全年平衡，避免季节性失衡。使用纯氢配合大规模的热泵也有 利于提升建筑整体供热的效率。 氢气价格在 1.5-3 美元/kg 范围内纯氢供暖较燃烧天然气和热泵才具备相对竞争力。 对建筑用氢供暖而言，转换用氢需要考虑技术成本和氢气成本，根据 IEA《The Future of Hydrogen》，对大多数市场而言，氢气价格在 1.5-3 美元/kg 范围内才能够接近燃烧天 然气和使用电动热泵的成本，而对于如加拿大等气价较低的国家，氢气价格需要低于 1 美元/kg 才具备竞争力。
纯氢供暖对氢需求的潜力巨大，如果主流市场采用纯氢供暖，至 2030 年全球纯氢 供暖氢需求量将达 1200-2000 万吨，加上天然气掺氢总建筑用氢需求量将有望达 1400-2400 万吨。根据 IEA《The Future of Hydrogen》，如果纯氢供暖相对的资本和运 营成本相对具备竞争力，有望打开氢气需求市场。根据巴黎协定下的路径，到 2030 年 供热用能将占建筑用能的一半，如果欧美中日韩等主要市场采取适用于氢气的燃气锅炉， 全球供暖用氢需求量将达 1200-2000 万吨，加上天然气掺氢的需求量全球建筑用氢需求 量将有望达 1400-2400 万吨。
