氢能建筑，在低碳转型的需求吸引下，开始走进人们的视野。它的可行性、可持续性和灵活性正在经受实践及市场的检验。建筑领域的能源使用决策是复杂的，未来几十年，在一定程度上，建筑对氢的潜在需求已经“锁定”。

世界上第一座氢能住宅楼最近向公众开放。该住宅位于意大利，其能源管理系统采用独特、创新的金属粉末氢储存技术。该系统可将涡轮机（水力发电）获得的能量通过电解产生氢气，回收的氢气则储存在金属粉末中，一旦需要能量就通过燃料电池转换回电力。氢能建筑的应用前景在这栋住宅楼里可以窥得一角。事实上，氢能和燃料电池在建筑和家庭生活中的使用还有多种可能。

我们可以走进日本氢能住宅亲自感受一下

图中展示的2020年东京奥运会选手村，是日本第一个氢能社区，计划于10月份基本建成，届时也将是世界上第一个氢能源社区。这里的5000多户住宅全部采用家用氢能源燃料电池作为家庭基本电源。同时该社区内还建有一个大型的加氢站和氢气管线管控中心，通过管线直接将氢气输入到各户家庭的燃料电池中，使得燃料电池成为永久性的发电系统。另外，社区内的所有商业设施、巡回巴士、路灯等的用电，也将由氢能源提供。

按照规划，奥运会结束后这里将会成为一个规划入住1.2万人的全新氢能街区。

（东京奥运会选手村示意图）

日本是资源短缺型国家，因此非常积极地探索石油以外的其他能源，并成为世界上第一个提出要构建氢能社会的国家，多年来对氢能及燃料电池产业有大量的投入。

今年4月，日本政府发布了《第五次能源基本计划》，提出将氢气的价格降到汽油价格的80%，努力寻求燃料电池的小型化并让氢能源电池进入到家电产品当中。其中还有非常醒目的一项是让氢能源真正走进普通家庭。

据悉，到今年3月为止，日本已经有23万户人家安装了氢能源燃料电池（PEFC）。氢能源电池的价格，也由当初的300万日元/台降至95万日元/台（约6万元人民币）。日本政府计划在2030年，让氢能源燃料电池走进530万户人家，使得全国有20%的家庭用上氢能源。

值得注意的是日本逐渐普及的家用热电联产系统ENE-FARM，这是一种在家庭中高效利用燃料电池的能源系统。它通过天然气重整制取氢气，再将氢气注入燃料电池中发电，同时用发电时产生的热能来供应暖气和热水，整体能源效率可达90%。

2020年东京奥运会选手村中使用的氢燃料电池就是ENE-FARM，具备三大功能：

第一，为住宅提供所有的电力，也就是说，住宅自己就有一个发电站；

第二，燃料电池在发电过程中产生的热能，可以转换为家用热水、洗浴、水热地暖的供热；

第三，富余电力可以出售给电力公司。

目前这样一套燃料电池设备成本约为100万日元，虽然远高于40万日元的传统家用燃气设备，但是它平均每年能为住户节省约6万日元的电费燃气费等。

（东京奥运会选手村氢能应用示意图一）

（东京奥运会选手村氢能应用示意图二）

全球氢能生活应用尝试

能源管理的可持续性

最近几年全球多个国家对于氢能住宅都积极探索，氢能住宅不仅体现了氢能在建筑应用上的广泛性，更体现了未来能源管理的可持续性和安全性。

如文章开头提到的意大利的世界第一座氢能住宅楼项目，其主要研究的就是在高海拔和较为寒冷的气候条件下，如何应对能量需求的增加。而这栋住宅楼采用的金属粉末氢储存技术和新颖灵活的能源管理系统则可以平衡生产和消费之间的高峰，并在全年储存和回收能源，使能量可持续的问题得以解决，这是未来家庭能源管理的重要一步。

英国近年来也有所行动。今年4月，来自英国的一份关于碳捕获和储存的报告表示，允许氢进入天然气网来替代住宅用燃料并在明年尽快实现。此外，到2030年，英国的大部分铁制天然气管道将被聚乙烯取代，家庭现有的燃气锅炉将需要更换，可以逐步采用“氢就绪(hydrogen-ready)”锅炉。这些措施都将有助于英国在2032年达到排放目标，并有助于应对气候紧急状况。

澳大利亚首个绿色氢能创新中心日前从澳大利亚可再生能源署(ARENA)获得了150万美元的资金，该中心将使用两条管道输送氢气，为家庭生活供应能源：一条混合低浓度天然气，用于灶具、热水锅炉和空间加热器；另一条100％浓度纯氢用于专用氢气设备。

氢能建筑应用

低碳转型挑战下的高效利用

氢能源及燃料电池在社会各个领域中的应用场景十分广泛。在建筑领域，即使用氢气通过发电、直接燃烧、热电联产等形式为居民住宅或商业区提供电热水冷多联供。目前，家庭与城市楼宇大多采用1-5千瓦小型热电联供装置，既可以天然气为燃料，充分兼容现有的公共设施，也可结合分布式光伏发电制氢打造零碳建筑。

我们知道燃料电池像一个能源转换器，可以将一次能源直接转化为电能和热能，这种特性让其能够轻易地实现家用化，且综合能效要高于集中式能源供应方案。而家用热电联产系统，则是将一次能源直接在用户端进行能源生产，在提供电能的同时也提供热能，换句话说就是在满足电力需求的同时将发电过程中产生的热能加以利用向用户供热。该系统的整体热效率高于85%，远远大于集中式生产的50%终端热效率。

另一方面，大型热力发电厂很难利用的废热，家用热电联供可以有效的加以回收利用，从而提高能源利用效率。

（家用热电联供系统）

其中关键是系统中使用的燃料电池，燃料电池的发电效率即使在低输出的情况下也比内燃机的发电效率高，固体氧化物燃料电池的发电效率与高效的联合循环发电厂的发电效率相当。

日本的ENE-FARM项目就是该系统和设想的一种实体呈现。与传统发电系统相比，ENE-FARM可以将大型热力发电厂很难利用的废热有效地加以利用，从而大幅度提高能源利用效率；与可再生能源（太阳能、风能等）发电系统相比，ENE-FARM不受天气限制，可在任意时间发电。此外，ENE-FARM安装在家里，不依赖现有电网，可在大规模停电时应急使用，并且几乎没有输电损失。

ENE-FARM制造商主要有爱信精机、松下、东芝三家。三家公司产品发电效率均可达40%，总效率高达90%以上，耐用时间超过8万小时，启动时间只需1-2分钟，可按需求并网使用。

利用燃料电池可以解决燃机小型化程度有限的问题，从而能够完美地作为家用能源站的核心设备。未来燃料电池分布式能源站能够承担终端用户的能源需求，如果再把这个模式和电解氢结合起来，一个从能源生产到消费的完整链条就出现了，真正实现氢能社会。

国际能源署（IEA）估计，与燃气锅炉和用于住宅能源供应的电网电力相比，日本用燃料电池替代10%的供暖系统将使住宅能源总需求减少3%，从而减少4%的碳排放。

在氢能的各种潜在应用研究中，氢能建筑和燃料电池汽车都是离人们生活最近的。不过，氢能建筑的意义不止于转变生活能源，而是希望借助一个能源应用的新场景，形成更持续高效、与能源安全关联更大的空间。