隨著“雙碳”工作推進(jìn)，發(fā)展綠氫是未來重要趨勢之一
氫能是氫在物理與化學(xué)變化過程中釋放的能量，可用于發(fā)電，也可作為車輛和飛行器用燃料、家用燃料等。作為能源，氫具有以下特點(diǎn)：單位熱值高，氫氣的低位熱值為120兆焦/千克，是同質(zhì)量天然氣、石油、煤炭等化石燃料熱值的2.6～4倍；儲量豐富，氫主要以化合物的形態(tài)貯存于水中，地球上豐富的水資源中蘊(yùn)含著大量可供開發(fā)的氫能；清潔環(huán)保，氫本身無味、無毒，氫燃燒或發(fā)電后的產(chǎn)物是水，能夠?qū)崿F(xiàn)零排放。
根據(jù)生產(chǎn)來源，氫能可分為灰氫、藍(lán)氫、綠氫?；覛涫峭ㄟ^化石燃料（如石油、天然氣、煤炭等）燃燒產(chǎn)生的氫氣，在生產(chǎn)過程中會有二氧化碳排放。藍(lán)氫是在灰氫的基礎(chǔ)上，將二氧化碳捕獲、利用和封存，實(shí)現(xiàn)低排放生產(chǎn)。綠氫指的是主要通過使用風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電制氫，實(shí)現(xiàn)零排放。目前，全球制氫手段仍主要是化石能源制氫。我國能源結(jié)構(gòu)為“富煤少氣”，制氫的主要方式是煤制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫。
雖然化石能源制氫成本較低，但隨著“雙碳”工作的推進(jìn)，發(fā)展綠氫是未來制氫的主要趨勢。發(fā)展綠氫能夠推動我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，保障能源安全。當(dāng)前，我國能源結(jié)構(gòu)仍以化石能源為主，碳減排任務(wù)艱巨，石油、天然氣對外依存度較高，需要探尋新的能源來保障能源安全。綠氫作為清潔能源載體，將在清潔低碳、安全高效的能源體系中發(fā)揮作用。綠氫可以幫助交通、工業(yè)等難以減排的領(lǐng)域深度脫碳。例如，氫燃料電池可用于長途運(yùn)輸車輛和重載貨車，氫也可以作為原料代替化石燃料，大幅降低鋼鐵、化工和水泥等高碳排放行業(yè)的碳排放，是工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)減碳的重要手段。利用新能源制氫可以提升新能源消納水平，促進(jìn)新能源大規(guī)模發(fā)展，同時氫儲能可實(shí)現(xiàn)電力電量長周期跨季節(jié)調(diào)節(jié)，滿足電力系統(tǒng)多時間尺度調(diào)節(jié)需求，支撐電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。
氫能將在制、用等環(huán)節(jié)和電力系統(tǒng)產(chǎn)生更多耦合關(guān)系
隨著能源革命推進(jìn)，氫能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)近年來快速發(fā)展。截至2021年年底，已有近20個國家制定了氫能戰(zhàn)略，其中大部分以綠氫為主要發(fā)展方向；同時加快電解槽的部署，推動氫能在交通運(yùn)輸、建筑與工業(yè)供熱、新型工業(yè)原料和發(fā)電等領(lǐng)域的應(yīng)用。根據(jù)國際能源署預(yù)測，在凈零排放愿景下，到2030年、2050年，全球電解槽裝機(jī)容量將從現(xiàn)在的30萬千瓦分別增長至8.5億千瓦、36億千瓦，現(xiàn)有工業(yè)用氫占比將由現(xiàn)在的99%分別降至71%、17%，交通運(yùn)輸、建筑與工業(yè)供熱、新型工業(yè)原料和發(fā)電領(lǐng)域的用氫需求將由現(xiàn)在的不到1%分別上升到29%、83%。
我國已出臺多項(xiàng)促進(jìn)氫能技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的政策，并將氫能納入能源范疇，作為前沿科技和新興產(chǎn)業(yè)進(jìn)行謀劃布局，同時采用以獎代補(bǔ)形式開展氫燃料電池車應(yīng)用示范城市建設(shè)。當(dāng)前，我國氫能產(chǎn)業(yè)鏈初步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，區(qū)域產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)初步顯現(xiàn)，為氫能發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。截至2021年年底，已有29個省份出臺了涉及氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策。據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，到2030年、2060年，我國氫氣需求量將分別達(dá)3715萬噸、13000萬噸，在終端能源中占比分別為5%、20%左右，電解水制氫占制氫總量的比例分別為10%、70%。
氫能作為連接氣、電、熱等不同能源形式的橋梁，未來將在制、用等環(huán)節(jié)與電力系統(tǒng)產(chǎn)生更多的耦合關(guān)系。
氫能是促進(jìn)新能源消納的重要手段。未來，大規(guī)模新能源將快速發(fā)展，利用新能源制氫可提升新能源消納水平。
氫能是實(shí)現(xiàn)電能跨季節(jié)長周期大規(guī)模存儲的重要途徑。氫儲能具有儲能容量大、儲存時間長、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)，能夠在電化學(xué)儲能不適用的場景中發(fā)揮優(yōu)勢。在大容量長周期調(diào)節(jié)的場景中，氫儲能與電化學(xué)儲能相比在經(jīng)濟(jì)性上更具有競爭力。
氫能是新型電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)的重要手段。先進(jìn)的電解水制氫裝備具有較寬的功率波動適應(yīng)性，可實(shí)現(xiàn)輸入功率秒級、毫秒級響應(yīng)，為電網(wǎng)提供調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)，提高電力系統(tǒng)的安全性、可靠性、靈活性。
氫能是拓展電能利用、促進(jìn)能源互聯(lián)互通的重要路徑。氫能作為靈活高效的二次能源，在能源消費(fèi)側(cè)可以利用電解槽和燃料電池，通過電氫轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電力、供熱、燃料等多種能源網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互補(bǔ)和協(xié)同優(yōu)化，推動分布式能源發(fā)展，提升終端能源利用效率。
電氫耦合應(yīng)示范先行、逐步推廣、有序發(fā)展
新型電力系統(tǒng)對新能源消納、電網(wǎng)靈活調(diào)節(jié)、系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高要求。氫能未來將應(yīng)用于其中的源、網(wǎng)、荷各環(huán)節(jié)。
在電源側(cè)，新能源就地制氫、傳統(tǒng)電源與氫能耦合等將促進(jìn)新能源高效消納利用，平衡新能源發(fā)電出力功率波動，提升新能源并網(wǎng)友好性，支撐大規(guī)模新能源電力外送。同時，傳統(tǒng)煤電耦合新能源、氫能將提升煤電靈活性和清潔低碳水平，促進(jìn)煤電綠色可持續(xù)發(fā)展。
在電網(wǎng)側(cè)，在大規(guī)模新能源匯集、負(fù)荷密集接入、調(diào)峰調(diào)頻困難等關(guān)鍵電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)合理布局氫儲能電站，可發(fā)揮調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓、爬坡等作用，提高電力系統(tǒng)安全性、可靠性、靈活性。
在負(fù)荷側(cè)，氫能熱電聯(lián)產(chǎn)、分布式電制氫加氫站等可參與電網(wǎng)輔助服務(wù)，同時支撐分布式供能系統(tǒng)建設(shè)，發(fā)揮電、氣、熱、冷、氫等不同能源系統(tǒng)的耦合互補(bǔ)效應(yīng)，推動綜合能源服務(wù)發(fā)展，提升終端能源效率和綜合供能可靠性。
受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性等因素的影響，氫能在新型電力系統(tǒng)中的應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)：一是缺少電氫耦合的激勵政策與電氫協(xié)同規(guī)劃，二是氫能裝備部分器件“卡脖子”問題和核心關(guān)鍵技術(shù)有待突破，三是綠氫生產(chǎn)成本較高，四是電氫耦合標(biāo)準(zhǔn)體系有待完善。同時，氫在制取、儲運(yùn)和使用過程中存在一定的安全隱患，因此安全性是氫能推廣應(yīng)用的重要前提。
當(dāng)前，氫能在電力系統(tǒng)尚不具備大規(guī)模推廣應(yīng)用的條件，建議示范先行，隨著技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)成熟逐步推廣、有序發(fā)展。
強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，推進(jìn)電氫協(xié)同。建議氫能布局與新型電力系統(tǒng)建設(shè)相結(jié)合，明確氫能在新型電力系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展的路線圖，開展激勵政策設(shè)計(jì)，進(jìn)行應(yīng)用引導(dǎo)和優(yōu)化補(bǔ)貼。
加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同，開展跨行業(yè)、跨學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)。建議培育電氫耦合聯(lián)合科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，建設(shè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)合體，突破關(guān)鍵核心技術(shù)，開展電氫耦合全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)成熟度分析，產(chǎn)學(xué)研用全方位入手推動電氫耦合產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
建立健全標(biāo)準(zhǔn)體系，引領(lǐng)電氫產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。建議圍繞產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，積極推進(jìn)團(tuán)體、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及國家標(biāo)準(zhǔn)的制定，開展標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證，促進(jìn)工程標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和規(guī)范化管理。
打造典型示范工程，推動電氫產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展。建議圍繞綠氫生產(chǎn)基地，建設(shè)國家級風(fēng)光氫儲試驗(yàn)檢測基地和示范工程，開展氫能多類技術(shù)路線驗(yàn)證；在大規(guī)模新能源匯集等電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)探索建設(shè)氫儲能電站，參與電網(wǎng)靈活性調(diào)節(jié)；在國家氫燃料電池車示范城市，重點(diǎn)在重卡、物流車輛需求密集區(qū)，因地制宜建設(shè)分布式電制氫加氫站和充電站融合綜合能源服務(wù)站，打造電氫耦合精品示范工程。（來源：國家電網(wǎng)報，作者：閆華光 韓笑 康建東，作者單位：中國電科院戰(zhàn)略中心）
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