加快發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，是應對全球氣候變化、實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標、保障國家能源安全和實現(xiàn)經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。據(jù)中國氫能聯(lián)盟預測，預計到2060年，氫能在終端能源消費中比重約為20%。

在技術(shù)、成本、政策等推動下，氫能作為連接可再生能源的紐帶和電力儲能介質(zhì)成為可能，在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中扮演著越來越重要的角色。

氫能在新型電力系統(tǒng)中的定位

隨著可再生能源裝機快速增長以及用戶側(cè)負荷的多樣性變化，電網(wǎng)面臨諸多問題與挑戰(zhàn)。在碳中和目標下，氫能作為新興零碳二次能源得到快速發(fā)展，為電力系統(tǒng)發(fā)展帶來了難得的機遇。

一是利用可再生能源電制氫，促進可再生能源消納。我國可再生能源發(fā)展領(lǐng)先全球，水、風、光裝機量均為世界第一，據(jù)國家能源局發(fā)布的2020年可再生能源并網(wǎng)運行情況可知，目前國內(nèi)風電、光伏利用率分別為97%和98%，隨著大規(guī)?？稍偕茉吹目焖侔l(fā)展，其運行消納問題會進一步顯現(xiàn)，利用可再生能源制氫可有效提升我國可再生能源消納水平。

二是利用氫儲能特性，實現(xiàn)電能跨季節(jié)長周期大規(guī)模存儲。電化學儲能存在儲能時間短，容量規(guī)模等級小等不足，目前主要用于電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰、平滑新能源出力波動性，實現(xiàn)小時級別的短周期響應與調(diào)節(jié)，而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發(fā)揮優(yōu)勢，在大容量長周期調(diào)節(jié)的場景中，氫儲能在經(jīng)濟性上更具有競爭力。

三是利用氫能電站快速響應能力，為新型電力系統(tǒng)提供靈活調(diào)節(jié)手段?；赑EM(質(zhì)子交換膜)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，同時可適應10%—150%的寬功率輸入，為電網(wǎng)提供調(diào)峰調(diào)頻服務，提高電力系統(tǒng)安全性、可靠性、靈活性，是構(gòu)建零碳電網(wǎng)和新型電力系統(tǒng)的重要手段。

四是推動跨領(lǐng)域多類型能源網(wǎng)絡互聯(lián)互通，拓展電能綜合利用途徑。氫能作為靈活高效的二次能源，在能源消費端可以利用電解槽和燃料電池，通過電氫轉(zhuǎn)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。

電氫耦合的應用場景與分析

氫能在能源、交通、工業(yè)、建筑等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景，可以作為能源互聯(lián)轉(zhuǎn)化的重要媒介，推動能源清潔高效利用，實現(xiàn)大規(guī)模深度脫碳。氫能發(fā)展的初衷是解決低碳和生態(tài)環(huán)保等問題，可再生能源電制氫是未來氫能發(fā)展的主要方向，將應用于新型電力系統(tǒng)“源、網(wǎng)、荷”各環(huán)節(jié)，呈現(xiàn)電氫耦合發(fā)展態(tài)勢。

一是應用于電源側(cè)。利用可再生能源綠色制氫技術(shù)，將風能、太陽能等可再生能源電力清潔高效地轉(zhuǎn)換為氫能，推動氫能在電源側(cè)與可再生能源耦合，促進大規(guī)?？稍偕茉聪{，提高可再生能源利用率。

二是應用于電網(wǎng)側(cè)。利用氫能具有跨季節(jié)、長時間的儲能特性，發(fā)揮氫儲能作用，可積極參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻輔助服務，提高電力系統(tǒng)安全性、可靠性、靈活性，實現(xiàn)能源跨地域和跨季節(jié)的能源優(yōu)化配置。

三是應用于用戶側(cè)。通過氫燃料電池熱電聯(lián)供、區(qū)域電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻及建筑深度脫碳減排的應用，可擴展氫能在終端用能領(lǐng)域的應用范圍和綜合能源業(yè)務發(fā)展，推動冷-熱-電-氣多能融合互補，提升終端能源效率和低碳化水平。

通過分析源側(cè)棄電制氫、網(wǎng)側(cè)氫儲能、負荷側(cè)利用特高壓通道直接制氫三大場景，可以看出，在源端利用富余風、光、水等可再生能源制氫，就地銷售到市場上可獲得較好收益，但是輸氫成本較高，長距離輸送到需求端不具備經(jīng)濟性;在網(wǎng)側(cè)，氫儲能站通過參與電網(wǎng)輔助服務和售氫氧收入，具備一定的經(jīng)濟性;從當前風電和光伏的整體建設上來看，西北地區(qū)具有豐富的風力和光伏資源，經(jīng)濟發(fā)達的東南地區(qū)是重要的用氫需求地，綠氫的輸送通道和特高壓輸送通道基本重合，合理利用特高通道長途輸電，在負荷側(cè)通過特高壓通道直接制氫，在成熟的電力市場價格機制下，相比“源側(cè)電制氫+管道輸氫”應用場景，“特高壓輸電+負荷側(cè)制氫”在經(jīng)濟上更具有競爭力。

氫能在新型電力系統(tǒng)應用挑戰(zhàn)及建議

氫能自身屬性使其具備跨時間和空間靈活應用的潛力，在應對氣候變化、全球能源轉(zhuǎn)型的大背景下，國際上普遍認為氫能將成為未來能源的重要載體。

但是，受技術(shù)、經(jīng)濟性、標準化等因素的影響，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。氫能已被國家作為中長期科學和技術(shù)發(fā)展的重點研究方向，也出臺了諸多氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)政策，氫能被明確納入“新型儲能”，但還有待進一步明確在新型電力系統(tǒng)中的定位，缺少相應的激勵配套政策，氫能與電網(wǎng)規(guī)劃缺乏跨領(lǐng)域協(xié)同;二是氫能裝備部分零部件卡脖子問題和電氫耦合關(guān)鍵技術(shù)有待突破。核心材料催化劑、質(zhì)子交換膜以及儲氫材料的開發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)較少，國內(nèi)廠家的技術(shù)水平與國際先進水平有一定差距，需要鼓勵國內(nèi)自主技術(shù)的快速迭代和提升，同時氫能與電力系統(tǒng)耦合的關(guān)鍵技術(shù)研究較少，在氫能與電網(wǎng)規(guī)劃、風光耦合的波動性制氫、適用于電力系統(tǒng)的高密度儲氫、電氫耦合運行控制、氫能應用安全等方向還需進一步研究;三是綠氫生產(chǎn)成本較高，氫儲能的經(jīng)濟性尚未顯現(xiàn)。當前可再生能源生產(chǎn)的綠氫價格比灰氫高兩到三倍，電制氫與燃料電池效率還有待提升;四是電氫耦合標準體系有待完善。目前，可再生能源制氫、電力系統(tǒng)儲氫、電氫耦合運行控制、氫燃料電池發(fā)電與熱電聯(lián)供方面標準體系還存在體系不健全甚至空白等問題，制約了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

因技術(shù)瓶頸和經(jīng)濟性等原因，氫能當前還不具備大規(guī)模推廣的條件，建議示范先行，隨著技術(shù)的進步與產(chǎn)業(yè)的成熟，逐步推廣，有序發(fā)展。針對電氫耦合產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題，建議從頂層設計、跨專業(yè)聯(lián)合攻關(guān)、標準化工作、示范建設加強布局。

一是加快推進電氫協(xié)同和頂層政策設計。建議氫能與新型電力系統(tǒng)建設相結(jié)合，針對電氫耦合發(fā)展，開展激勵政策設計，進行應用引導和優(yōu)化補貼;

二是加強跨專業(yè)聯(lián)合攻關(guān)及產(chǎn)學研協(xié)同研究。建議加強跨領(lǐng)域跨產(chǎn)業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，突破關(guān)鍵技術(shù)和卡脖子技術(shù)。加強電氫基礎(chǔ)研究，培育電氫耦合跨專業(yè)聯(lián)合科研創(chuàng)新團隊建設，從產(chǎn)、學、研、用多方位協(xié)同加速推動電氫耦合產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

三是建立健全電氫耦合標準體系。從風光可再生能源制氫、氫能電站、電氫耦合運行控制等方向，推進能源電力領(lǐng)域電氫耦合的標準化工作，構(gòu)建并進一步完善氫能與電網(wǎng)耦合領(lǐng)域的標準體系，促進氫能在電力系統(tǒng)應用工程的標準化建設和規(guī)范化管理。

四是加快典型示范工程建設。圍繞綠氫生產(chǎn)基地，開展風光氫儲試驗和示范工程，提升可再生能源利用率;在新型電力系統(tǒng)建設的重點省市，建設氫儲能電站，參與電網(wǎng)靈活性調(diào)節(jié);在國家氫能試點城市，重點在重卡、物流需求密集區(qū)，因地制宜建設分布式制氫和充電站融合綜合能源服務站，開展電氫耦合技術(shù)的工程化示范，打造電氫耦合精品示范工程。(閆華光 韓笑 康建東)