氫能與各類能源耦合應(yīng)用成為趨勢，但同時(shí)，其在各類應(yīng)用場景中的發(fā)展路徑仍待明晰與完善。
在應(yīng)對氣候變化共識(shí)下，氫能逐步成為全球培育新興產(chǎn)業(yè)的重要方向。在我國，氫能與電力協(xié)同發(fā)展，能夠?yàn)樾滦碗娏ο到y(tǒng)的建設(shè)和完善提供有效支撐。
在日前召開的中電聯(lián)氫能分會(huì)成立大會(huì)暨氫能行業(yè)發(fā)展交流會(huì)上，業(yè)內(nèi)人士指出，近年來，我國氫能產(chǎn)量及消費(fèi)量呈上升趨勢，氫能發(fā)展得到全社會(huì)廣泛關(guān)注。隨著能源轉(zhuǎn)型深入推進(jìn)，氫能與各類能源耦合應(yīng)用成為趨勢，但同時(shí)，其在各類應(yīng)用場景中的發(fā)展路徑仍待明晰與完善。
全球主要經(jīng)濟(jì)體部署氫能
根據(jù)國際氫能理事會(huì)預(yù)測，到2050年，氫能將滿足全球18%的終端用能需求，減排二氧化碳達(dá)60億噸。
從國際上看，近年來，大約80個(gè)國家提出了氫能發(fā)展規(guī)劃，主要經(jīng)濟(jì)體紛紛將氫能作為脫碳能源體系的重要組成部分和綠色經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇的新引擎。國家能源局科技司副司長劉亞芳介紹，截至今年7月，全球已有44個(gè)國家發(fā)布?xì)淠軕?zhàn)略，其中有21個(gè)國家確定電解槽目標(biāo)。
“美國今年6月發(fā)布國家清潔氫戰(zhàn)略路線圖，加速清潔氫的生產(chǎn)、加工、交付、儲(chǔ)存和使用;日本同月發(fā)布修訂版的氫能基本戰(zhàn)略，確保實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的同時(shí)加強(qiáng)全球競爭力;“法國2030”投資計(jì)劃擬投資20億歐元支持氫能發(fā)展。”中國電科院技術(shù)戰(zhàn)略中心主任閆華光進(jìn)一步指出，德國今年7月發(fā)布新版《國家氫能戰(zhàn)略》，計(jì)劃于2027或2028年前改造和新建超過1800公里的氫氣管道，2030年將德國電解氫能力提高一倍。
聚焦我國，統(tǒng)計(jì)顯示，截至今年6月，我國已累計(jì)建成運(yùn)營可再生能源制氫項(xiàng)目42個(gè)，建成并運(yùn)營加氫站數(shù)量380多座，新增加氫站、再用加氫站以及加氫站的總數(shù)居世界第一。國家能源集團(tuán)國華投資公司黨委副書記理劉瑋指出，截至今年8月，我國在建和建成的可再生能源制氫產(chǎn)能達(dá)每年90萬噸，總清潔氫產(chǎn)能接近每年350萬噸，氫燃料電池發(fā)電總裝機(jī)規(guī)模達(dá)13.7兆瓦。
氫電耦合協(xié)同趨勢凸顯
當(dāng)前，我國氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，氫電耦合應(yīng)用的趨勢已日漸清晰，未來氫電協(xié)同是必然要求。
“能源形態(tài)跨網(wǎng)協(xié)同是解決能源供給和能源消費(fèi)空間與時(shí)間結(jié)構(gòu)矛盾的重要途經(jīng)。氫能可作為電力、熱力、燃料等能源品種之間轉(zhuǎn)化的媒介，未來可實(shí)現(xiàn)跨能源網(wǎng)絡(luò)協(xié)同。”東方電氣成都?xì)淙剂想姵乜萍加邢薰军h委副書記黃果分析認(rèn)為。
氫電協(xié)同具有廣闊發(fā)展空間。中電聯(lián)首席專家、氫能分會(huì)秘書長蔣敏華測算，2022年，我國用氫3500萬噸，其中約80%來自化石能源制氫。通過電解水制氫2000萬噸的耗電量為1萬億千瓦時(shí)，約占我國全社會(huì)用電量的1/9，可減排二氧化碳2億噸-4.8億噸，是全國二氧化碳排放量的2%-4.8%。“而且在源網(wǎng)荷儲(chǔ)中，荷作為重要一環(huán)，具備一定的可調(diào)節(jié)性尤為重要，因此我國有必要協(xié)調(diào)化工、電力等產(chǎn)業(yè)，推進(jìn)氫電協(xié)同，推動(dòng)新型能源體系建立。”
“預(yù)計(jì)到2025年，全國非化石能源發(fā)電裝機(jī)約達(dá)到17億千瓦，風(fēng)電太陽能等新能源發(fā)電裝機(jī)達(dá)到12億千瓦左右。到2060年，全國非化石能源發(fā)電裝機(jī)有望達(dá)到70億千瓦，新能源發(fā)電裝機(jī)達(dá)到60億千瓦。”中電聯(lián)黨委書記、常務(wù)副理事長楊昆認(rèn)為，在新型電力系統(tǒng)長周期調(diào)節(jié)的過程中，由于氫能可大規(guī)模長周期存儲(chǔ)的特點(diǎn)，可充分發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。“通過‘風(fēng)光氫儲(chǔ)’一體化發(fā)展，平抑新能源發(fā)電的間歇性、波動(dòng)性，有效促進(jìn)新能源規(guī)?；{和電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)氫電互補(bǔ)，發(fā)揮兩者最大協(xié)同效能。”
劉瑋也認(rèn)為，我國氫能產(chǎn)業(yè)正在發(fā)生深刻變革，主要表現(xiàn)在：由以前的“就氫論氫”到衍生產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)化，特別是綠氫向綠醇、綠氨、生物質(zhì)、航油等衍生品發(fā)展。此外，氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模和項(xiàng)目正由以前的單體小規(guī)模示范驗(yàn)證向大規(guī)模一體化生態(tài)型綜合項(xiàng)目應(yīng)用轉(zhuǎn)變。
發(fā)展路徑均待完善
從具體的電氫耦合場景與發(fā)展路徑看，閆華光指出，氫能電源側(cè)應(yīng)用場景包括平抑可再生能源波動(dòng)的井網(wǎng)型電制氫、集中式可再生能源自發(fā)自用制氫+余電上網(wǎng)、可再生能源離網(wǎng)型電制氫、傳統(tǒng)火電與可再生能源耦合制氫、海上風(fēng)電制氫等，能夠促進(jìn)可再生能源高效消納利用。
“在電網(wǎng)側(cè)，應(yīng)用場景包括氫儲(chǔ)能電站等，能夠用于參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)，提高電力系統(tǒng)安全性、可靠性和靈活性;負(fù)荷側(cè)應(yīng)用場景包括分布式網(wǎng)電制氫、分布式可再生能源自發(fā)自用與網(wǎng)電聯(lián)合制氫、分布式氫能熱電聯(lián)供、分布式電氫制充注一體站等。該場景發(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(dòng)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。”閆華光進(jìn)一步解釋。
同時(shí)，結(jié)合氫能與新型電力系統(tǒng)耦合典型場景特征，基于全生命周期經(jīng)濟(jì)性分析方法，通過開展各場景經(jīng)濟(jì)性分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前源網(wǎng)荷側(cè)各場景電制氫平準(zhǔn)化單位成本為20元/千克-34元/千克，距灰氫成本6元/千克-12元/千克還有較大差距。
針對多能耦合一體化優(yōu)化，中國寰球工程有限公司北京分公司工藝部副主任唐碩建議，要不斷推動(dòng)綠氫替代向綠氫耦合再向多能耦合方面發(fā)展，并通過技術(shù)進(jìn)步降低各環(huán)節(jié)中的能耗與成本。“如通過技術(shù)手段，根據(jù)可再生能源和煉廠實(shí)際情況以及多種新能源技術(shù)路徑，優(yōu)化微網(wǎng)中最佳能量轉(zhuǎn)格技術(shù)組合以及相關(guān)技術(shù)設(shè)備規(guī)模和運(yùn)行方案，以滿足全系統(tǒng)的能量(電、氫、氧、熱等)穩(wěn)定或波動(dòng)需求，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益最大化。”
結(jié)合我國氫能供需預(yù)測分析，通過對2030年、2060年我國氫能發(fā)展需求、目標(biāo)、發(fā)展趨然、技術(shù)成熟度等分析研判，閆華光對適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的氫能發(fā)展技術(shù)路線提出建議：2030年前，開展電氫耦合技術(shù)攻關(guān)及典型場景下的工程示范，推動(dòng)寬范圍、大容量、高效率、低成本、模塊化電解水制氫技術(shù)裝備的工程化商業(yè)化應(yīng)用。2030-2045年，推動(dòng)低成本、高密度、大容量儲(chǔ)氫技術(shù)工程化商業(yè)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電制氫、氫發(fā)電及熱電聯(lián)供等特定場景下工程規(guī)?；l(fā)展。“未來，可再生能源電力制氫成為重要的可調(diào)節(jié)負(fù)荷。結(jié)合可再生能源和氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同步規(guī)劃大規(guī)模電制氫項(xiàng)目、電網(wǎng)輸送通道及輸氫管道建設(shè)，形成可再生能源電解水制氫與電網(wǎng)協(xié)同互動(dòng)的建設(shè)格局。2045年后，開展大規(guī)模、長周期、跨季節(jié)氫儲(chǔ)能工程應(yīng)用，支撐電力系統(tǒng)季節(jié)性電力電量平衡。氫能制取、儲(chǔ)運(yùn)、發(fā)電等各環(huán)節(jié)與新型電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷各環(huán)節(jié)深度耦合。”
文：中國能源報(bào) 記者 楊曉冉
作者：楊曉冉
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