隨著“雙碳”工作推進，發(fā)展綠氫是未來重要趨勢之一
氫能是氫在物理與化學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：單位熱值高，氫氣的低位熱值為120兆焦/千克，是同質量天然氣、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)電后的產物是水，能夠實現(xiàn)零排放。
根據(jù)生產來源，氫能可分為灰氫、藍氫、綠氫。灰氫是通過化石燃料（如石油、天然氣、煤炭等）燃燒產生的氫氣，在生產過程中會有二氧化碳排放。藍氫是在灰氫的基礎上，將二氧化碳捕獲、利用和封存，實現(xiàn)低排放生產。綠氫指的是主要通過使用風電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電制氫，實現(xiàn)零排放。目前，全球制氫手段仍主要是化石能源制氫。我國能源結構為“富煤少氣”，制氫的主要方式是煤制氫和工業(yè)副產氫。
雖然化石能源制氫成本較低，但隨著“雙碳”工作的推進，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構轉型，保障能源安全。當前，我國能源結構仍以化石能源為主，碳減排任務艱巨，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)等難以減排的領域深度脫碳。例如，氫燃料電池可用于長途運輸車輛和重載貨車，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)領域實現(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，促進新能源大規(guī)模發(fā)展，同時氫儲能可實現(xiàn)電力電量長周期跨季節(jié)調節(jié)，滿足電力系統(tǒng)多時間尺度調節(jié)需求，支撐電力系統(tǒng)安全可靠運行。
氫能將在制、用等環(huán)節(jié)和電力系統(tǒng)產生更多耦合關系
隨著能源革命推進，氫能技術和產業(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，推動氫能在交通運輸、建筑與工業(yè)供熱、新型工業(yè)原料和發(fā)電等領域的應用。根據(jù)國際能源署預測，在凈零排放愿景下，到2030年、2050年，全球電解槽裝機容量將從現(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%，交通運輸、建筑與工業(yè)供熱、新型工業(yè)原料和發(fā)電領域的用氫需求將由現(xiàn)在的不到1%分別上升到29%、83%。
我國已出臺多項促進氫能技術發(fā)展及產業(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業(yè)進行謀劃布局，同時采用以獎代補形式開展氫燃料電池車應用示范城市建設。當前，我國氫能產業(yè)鏈初步實現(xiàn)商業(yè)化，區(qū)域產業(yè)集群效應初步顯現(xiàn)，為氫能發(fā)展奠定了良好基礎。截至2021年年底，已有29個省份出臺了涉及氫能產業(yè)發(fā)展的政策。據(jù)中國氫能聯(lián)盟預測，到2030年、2060年，我國氫氣需求量將分別達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)產生更多的耦合關系。
氫能是促進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，能夠在電化學儲能不適用的場景中發(fā)揮優(yōu)勢。在大容量長周期調節(jié)的場景中，氫儲能與電化學儲能相比在經濟性上更具有競爭力。
氫能是新型電力系統(tǒng)靈活調節(jié)的重要手段。先進的電解水制氫裝備具有較寬的功率波動適應性，可實現(xiàn)輸入功率秒級、毫秒級響應，為電網(wǎng)提供調峰調頻等輔助服務，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，在能源消費側可以利用電解槽和燃料電池，通過電氫轉換實現(xiàn)電力、供熱、燃料等多種能源網(wǎng)絡的互聯(lián)互補和協(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)靈活調節(jié)、系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行提出了更高要求。氫能未來將應用于其中的源、網(wǎng)、荷各環(huán)節(jié)。
在電源側，新能源就地制氫、傳統(tǒng)電源與氫能耦合等將促進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，促進煤電綠色可持續(xù)發(fā)展。
在電網(wǎng)側，在大規(guī)模新能源匯集、負荷密集接入、調峰調頻困難等關鍵電網(wǎng)節(jié)點合理布局氫儲能電站，可發(fā)揮調峰、調頻、調壓、爬坡等作用，提高電力系統(tǒng)安全性、可靠性、靈活性。
在負荷側，氫能熱電聯(lián)產、分布式電制氫加氫站等可參與電網(wǎng)輔助服務，同時支撐分布式供能系統(tǒng)建設，發(fā)揮電、氣、熱、冷、氫等不同能源系統(tǒng)的耦合互補效應，推動綜合能源服務發(fā)展，提升終端能源效率和綜合供能可靠性。
受技術、經濟性等因素的影響，氫能在新型電力系統(tǒng)中的應用仍面臨諸多挑戰(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”問題和核心關鍵技術有待突破，三是綠氫生產成本較高，四是電氫耦合標準體系有待完善。同時，氫在制取、儲運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用的重要前提。
當前，氫能在電力系統(tǒng)尚不具備大規(guī)模推廣應用的條件，建議示范先行，隨著技術進步與產業(yè)成熟逐步推廣、有序發(fā)展。
強化頂層設計，推進電氫協(xié)同。建議氫能布局與新型電力系統(tǒng)建設相結合，明確氫能在新型電力系統(tǒng)應用發(fā)展的路線圖，開展激勵政策設計，進行應用引導和優(yōu)化補貼。
加強產學研用協(xié)同，開展跨行業(yè)、跨學科聯(lián)合攻關。建議培育電氫耦合聯(lián)合科研創(chuàng)新團隊，建設技術創(chuàng)新聯(lián)合體，突破關鍵核心技術，開展電氫耦合全產業(yè)鏈技術成熟度分析，產學研用全方位入手推動電氫耦合產業(yè)發(fā)展。
建立健全標準體系，引領電氫產業(yè)高質量發(fā)展。建議圍繞產業(yè)發(fā)展需求，積極推進團體、行業(yè)標準及國家標準的制定，開展標準驗證，促進工程標準化建設和規(guī)范化管理。
打造典型示范工程，推動電氫產業(yè)規(guī)模化發(fā)展。建議圍繞綠氫生產基地，建設國家級風光氫儲試驗檢測基地和示范工程，開展氫能多類技術路線驗證；在大規(guī)模新能源匯集等電網(wǎng)節(jié)點探索建設氫儲能電站，參與電網(wǎng)靈活性調節(jié)；在國家氫燃料電池車示范城市，重點在重卡、物流車輛需求密集區(qū)，因地制宜建設分布式電制氫加氫站和充電站融合綜合能源服務站，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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