《Energy Reports》：Community-scale hydrogen systems within global energy transitions: Systematic review of empirical case studies
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氢能社区是向可持续和低碳能源系统全球能源转型中一个发展中的概念。因此，研究人员提出了一种集成框架，该框架结合了文献综述、文献计量分析和案例研究评估，通过共同分析来自SCOPUS和Web of Science（WoS）的数据。该框架实现了一种综合集成综述，结合了
氢能社区是向可持续和低碳能源系统全球能源转型中一个发展中的概念。因此，研究人员提出了一种集成框架，该框架结合了文献综述、文献计量分析和案例研究评估，通过共同分析来自SCOPUS和Web of Science（WoS）的数据。该框架实现了一种综合集成综述，结合了系统综述、文献计量分析以及关于氢能社区的已发表文献和现实世界应用的案例研究综合。在这项研究中，研究人员选择了330篇相关文章进行文献计量分析，使用SCOPUS和WoS数据来探索研究趋势、关键期刊和主要贡献者。文献计量分析表明，科学界对氢能社区的关注正在稳步增长，重点关注氢存储、来自可再生能源的氢生产、氢经济发展以及可持续性影响评估。具体而言，中国和美国在出版物方面处于领先地位。以可持续性为导向的分析和案例研究综述强调，氢能社区的实现在很大程度上取决于协调的政策框架，该框架应涵盖技术创新、经济激励、环境保障和社会信任。因此，总体结果证实氢在可持续转型中具有多矢量潜力。该讨论清楚地突出了跨部门关联的必要性，以设计具有成本效益、稳健和生态友好的基于氢的社区系统。本研究中讨论的模型适当地整合了氢能社区的所有方面，即技术、政策、社会和经济学。本研究内构建的知识和设计的理念旨在鼓励进一步研究，并促进可持续氢能社区的路线图规划。
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引言
全球能源系统正处于一个临界点，可再生能源（RE）部署随着工业化、城市化和电气化的需求压力而扩大。根据《世界能源展望2024》，2023年超过80%的新增电力容量来自RE，特别是太阳能光伏（SPV）和风能。然而，化石燃料仍占全球最终能源消费约82%（2022年），突显了实现巴黎协定目标所需转型的规模。在此国际能源格局中，社区既是终端用户也是潜在能源生产者，其能源需求涵盖家庭供电、热力、交通及市政服务等。氢能作为一种灵活能源载体，具有提供长期和季节性存储、零排放电力及支持多种能源矢量的潜力。表1总结了社区应用中相关的氢能载体，包括交通、能源、工业和空间与国防领域，展示了各子领域的技术、优势与挑战。氢能社区被定义为一个地方或区域能源系统，结合氢生产、存储、分配和利用与RE，在社区层面提供电力、热力、交通、工业供应和能源安全。系统布局如图1所示，通过RE电解、氢热电联产（CHP）单元、燃料电池和存储实现本地能源共享。近年来，研究人员和政策制定者对“氢能社区”的兴趣增加，有必要通过案例研究审查技术、经济和治理问题。
1.1. 现有综述/文献计量文章分析
现有研究多聚焦氢能的技术、经济、环境或社会维度，但针对综合氢能社区的文献仍稀缺。现有综述可分为几类：技术与系统级分析关注生产、存储和RE集成，但较少处理社会、政策和经济维度；社会接受度、利益相关者感知和政策导向研究探讨信任、成本、安全等因素，但多理论化且缺乏实际案例；氢生产、存储和供应链研究强调绿色氢和电解，但罕有置于综合社区能源系统中；部门和应用特定研究如交通领域，缺乏整体社区能源规划视角；文献计量和定量研究识别知识差距，但未提供社区级实施策略。分析表明存在三个主要局限：对综合氢能社区关注有限、实际案例记录不足、跨维度分析碎片化。
1.2. 本工作的贡献
本研究的贡献包括：提出氢能可持续社区能源系统的全面综述，聚焦应用、集成问题和案例研究；基于SCOPUS和WoS进行系统文献综述和文献计量分析；通过结合文献与真实案例研究，弥合学术研究与实施间的差距；提出集成定量文献计量、定性技术综述和社区尺度案例评估的统一框架；提供对氢能社区现状、挑战、机遇和未来作用的整体理解，并制定实用路线图。
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方法论与研究趋势分析
本研究开发了集成系统文献综述、文献计量分析和详细案例调查的综合框架，涵盖文献和现实案例。方法学如图2所示。使用SCOPUS和WoS数据库，依据PRISMA指南检索文献，筛选流程如图3。初始检索到758条记录，去重后筛选，最终纳入330项研究进行文献计量分析，并补充40个案例研究。搜索关键词为“氢”或“H2”结合“社区”等术语，限制标题字段。表2列出了纳入标准，包括时间范围2000–2025、文档类型、语言等。
2.1. 历年出版趋势
分析年度出版物分布显示，2000–2005年产出极少，反映早期学术兴趣萌芽。2006年增至12篇，2007–2015年每年3–10篇，缓慢进展。2016年起势头明显，2020年达19篇，2021和2022年分别为33和32篇。2023年50篇和2024年58篇为峰值。2025年约半年已有45篇，表明研究活动持续高成熟度。
2.2. 关键词分析与研究热点
关键词共现分析识别研究热点。图5显示前15个关键词，除“氢”外，“氢存储”、“能源”、“氢生产”、“可再生能源”和“太阳能发电”出现频率最高。图6展示71个关键词聚类为5个领域：生产导向（红色，电解、太阳能）、存储导向（绿色，氢存储、能源存储）、交通与能源系统应用（燃料细胞、车辆）、经济与优化（经济分析、成本、优化）、环境与可持续（气候变化、脱碳）。图7为“氢”的子网络，直接连接包括氢存储（最强）、氢生产、燃料细胞、氢经济、氢燃料等，显示技术、经济与可持续维度的桥梁作用。新兴趋势如“绿色氢”表明向低碳变体转变。
2.3. 出版物的地理分布
分析330篇出版物来自74个国家，总引用10829次。图8(a)显示前10国家贡献约56%文档，中国以44篇（18%）领先，加拿大34篇（13%），日本33篇（约13%）。图8(b)显示前10国引用约66%，美国以1546次（22%）领先，中国1127次（16%），香港860次（12%）。图9为出版量 choropleth 地图，深色集中在东亚、北美和欧洲，非洲和拉美稀疏，存在南北鸿沟。图10(a)和(b)分别显示前20国合著网络和文献耦合网络，形成三个集群，中国、美国、英国为中心枢纽。期刊分析显示约34%文章集中在前五期刊，其中International Journal of Hydrogen Energy占近20%。
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氢能社区的方面
氢能社区的可持续规划与运行涉及RE资源、氢生产、存储、分配和终端应用，其可持续性结果取决于技术性能、环境效益、经济可行性、公众接受、治理框架、融资和安全法规。图11展示概念可持续性框架，围绕四个支柱：环境、经济、社会和技术。表3详细列出各支柱的子方面、定义、挑战和所需行动。
3.1. 氢采用的社会方面
社会接受度是氢能社区可行性的关键。研究涉及公众意识、风险感知、支付意愿（WTP）和接受度。调查表明，尽管环境效益意识较高，但安全担忧、基础设施缺乏和成本阻碍接受。例如，西班牙调查显示70%认为氢公共交通环保，但燃料站应远离住宅。马来西亚研究显示环境意识与接受正相关，安全顾虑强烈。日本调查揭示从热情转向谨慎接受。五维接受模型强调公平、信任和能源正义。研究结论指出社会接受复杂且具地域性，需透明风险沟通和教育。
3.2. 氢采用的经济方面
经济方面聚焦绿色氢成本、竞争力和路线图。评估显示生产方法成本从1.6至3.3美元/公斤，化石基方法仍主导，但RE基氢可显著脱碳。预测到2030年成本降至约2美元/公斤。蓝色氢成本1–3美元/公斤，绿色氢因电解槽投资较高。市场分析指出利用液化天然气（LNG）基础设施协同可降成本。公众调查表明65%认为氢太贵，知识差距存在。经济可行性依赖技术发展、基础设施和政策，尤其在难电气化部门。
3.3. 氢采用的环境方面
环境方面评估不同生产路径的气候影响。环境正义框架强调绿色氢优先，禁止化石基选项（灰氢、蓝氢）以避免污染不公。生命周期分析显示氢泄漏率（1–10%）和上游排放强烈影响气候效益，绿色氢可达90%减排，但高泄漏或非RE电力削弱效益。太阳能氢被视为真正清洁。到2050年，全球氢生产生命周期评估表明化石基无碳捕获与封存（CCS）碳密集，有CCS可减75%，太阳能电解可节省200亿吨二氧化碳当量。需严格泄漏控制和区域特定策略。
3.4. 氢采用的技术方面
技术方面涵盖生产、存储、转换和终端应用。评估包括蒸汽重整、电解、光解路径，存储技术如压缩气体、低温、氢化物，以及燃料细胞（质子交换膜燃料细胞（PEMFC）、固体氧化物燃料细胞（SOFC）、磷酸燃料细胞（PAFC））。?分析提供系统效率和可持续性洞察。案例研究如波兰能源系统显示依赖灰氢，但需转向绿氢，面临存储基础设施和政策挑战。总体而言，氢社区技术可行性取决于RE整合、效率提升和成本降低。
