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加快發展氫能產業，是應對全球氣候變化、實現碳達峰、碳中和目標、保障國家能源安全和實現經濟社會高質量發展的戰略選擇。據中國氫能聯盟預測，預計到2060年，氫能在終端能源消費中比重約為20%。

在技術、成本(ben)、政策(ce)等(deng)推動下，氫能(neng)(neng)作為連接(jie)可再生能(neng)(neng)源的紐帶和電力(li)儲(chu)能(neng)(neng)介(jie)質成為可能(neng)(neng)，在以新(xin)能(neng)(neng)源為主(zhu)體的新(xin)型電力(li)系統中扮演著越(yue)來(lai)越(yue)重要的角色。

氫能在新型電力系統中的定位

隨著(zhu)可再生(sheng)能源裝機快(kuai)速增長以及用(yong)戶側負(fu)荷的多(duo)樣性變化，電(dian)(dian)網面(mian)臨(lin)諸(zhu)多(duo)問題與挑(tiao)戰。在(zai)碳中和目標下，氫能作(zuo)為新興零碳二次能源得(de)到快(kuai)速發(fa)展(zhan)，為電(dian)(dian)力系統發(fa)展(zhan)帶(dai)來了難得(de)的機遇。

一(yi)是利用可(ke)(ke)(ke)再(zai)生能(neng)(neng)源(yuan)電制(zhi)氫，促進可(ke)(ke)(ke)再(zai)生能(neng)(neng)源(yuan)消納。我國可(ke)(ke)(ke)再(zai)生能(neng)(neng)源(yuan)發(fa)展領先全(quan)球，水(shui)(shui)、風、光(guang)裝機量均為世界第一(yi)，據國家能(neng)(neng)源(yuan)局發(fa)布的2020年可(ke)(ke)(ke)再(zai)生能(neng)(neng)源(yuan)并(bing)網運(yun)行情況可(ke)(ke)(ke)知，目前國內風電、光(guang)伏利用率分別為97%和98%，隨著大(da)規模可(ke)(ke)(ke)再(zai)生能(neng)(neng)源(yuan)的快速發(fa)展，其運(yun)行消納問題(ti)會(hui)進一(yi)步顯(xian)現，利用可(ke)(ke)(ke)再(zai)生能(neng)(neng)源(yuan)制(zhi)氫可(ke)(ke)(ke)有(you)效提升(sheng)我國可(ke)(ke)(ke)再(zai)生能(neng)(neng)源(yuan)消納水(shui)(shui)平(ping)。

二是利用氫(qing)(qing)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)特性(xing)，實現(xian)電能(neng)(neng)跨季節(jie)長(chang)周(zhou)期大(da)規模存儲(chu)(chu)。電化(hua)學(xue)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)存在儲(chu)(chu)能(neng)(neng)時間短(duan)，容(rong)量規模等(deng)級(ji)小(xiao)等(deng)不(bu)(bu)足，目前(qian)主要用于電網調(diao)頻調(diao)峰、平滑(hua)新能(neng)(neng)源出力(li)波動性(xing)，實現(xian)小(xiao)時級(ji)別(bie)的短(duan)周(zhou)期響應與調(diao)節(jie)，而氫(qing)(qing)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)具有儲(chu)(chu)能(neng)(neng)容(rong)量大(da)、儲(chu)(chu)存時間長(chang)、清潔(jie)無污染等(deng)優點(dian)，能(neng)(neng)夠在電化(hua)學(xue)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)不(bu)(bu)適用的場景(jing)發揮優勢，在大(da)容(rong)量長(chang)周(zhou)期調(diao)節(jie)的場景(jing)中，氫(qing)(qing)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)在經濟性(xing)上更(geng)具有競爭力(li)。

三(san)是利用氫(qing)能電(dian)(dian)站快(kuai)速響應能力，為新型電(dian)(dian)力系(xi)統(tong)提供(gong)靈活調節(jie)手段。基于(yu)PEM（質子交換膜(mo)）的(de)電(dian)(dian)解(jie)水制氫(qing)裝備(bei)具有(you)較寬的(de)功(gong)率(lv)波動適應性，可(ke)實現輸(shu)入功(gong)率(lv)秒(miao)級、毫秒(miao)級響應，同時(shi)可(ke)適應10%—150%的(de)寬功(gong)率(lv)輸(shu)入，為電(dian)(dian)網提供(gong)調峰調頻服務，提高電(dian)(dian)力系(xi)統(tong)安全性、可(ke)靠性、靈活性，是構(gou)建零碳電(dian)(dian)網和新型電(dian)(dian)力系(xi)統(tong)的(de)重(zhong)要(yao)手段。

四是推動跨領(ling)域多(duo)類型能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)網(wang)絡互(hu)聯互(hu)通(tong)，拓(tuo)展電能(neng)(neng)綜合利用(yong)途徑。氫(qing)能(neng)(neng)作為(wei)靈活高(gao)效(xiao)(xiao)的二次(ci)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)，在能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)消費端可以利用(yong)電解槽和(he)燃料(liao)電池，通(tong)過電氫(qing)轉換，實(shi)現電力、供熱、燃料(liao)等多(duo)種能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)網(wang)絡的互(hu)聯互(hu)補和(he)協同優化，推動分布式能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)發展，提升終端能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)利用(yong)效(xiao)(xiao)率。

電氫耦合的應用場景與分析

氫能(neng)在能(neng)源、交(jiao)通、工業、建筑(zhu)等領域具有(you)廣泛的(de)(de)應用(yong)(yong)前(qian)景(jing)，可(ke)以作為能(neng)源互聯轉(zhuan)化的(de)(de)重要媒介，推動能(neng)源清潔高效(xiao)利用(yong)(yong)，實(shi)現大規模深(shen)度脫碳。氫能(neng)發展(zhan)的(de)(de)初衷是解(jie)決低碳和生態環保等問(wen)題，可(ke)再生能(neng)源電制氫是未來氫能(neng)發展(zhan)的(de)(de)主要方向，將(jiang)應用(yong)(yong)于新型(xing)電力系(xi)統(tong)“源、網、荷”各環節，呈現電氫耦合發展(zhan)態勢。

一是應用(yong)于電(dian)源(yuan)(yuan)側(ce)。利用(yong)可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)綠色(se)制氫(qing)技術，將(jiang)風能(neng)(neng)、太陽能(neng)(neng)等可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)電(dian)力清(qing)潔高效地轉(zhuan)換為氫(qing)能(neng)(neng)，推動氫(qing)能(neng)(neng)在(zai)電(dian)源(yuan)(yuan)側(ce)與(yu)可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)耦(ou)合，促進大規(gui)模可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)消納，提高可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)利用(yong)率。

二是應用于電(dian)網(wang)側。利用氫能(neng)具有(you)跨(kua)(kua)季節(jie)、長時間的儲(chu)(chu)能(neng)特性(xing)，發揮氫儲(chu)(chu)能(neng)作用，可積極參與(yu)電(dian)網(wang)調(diao)峰調(diao)頻輔助服(fu)務，提(ti)高(gao)電(dian)力(li)系統安(an)全(quan)性(xing)、可靠(kao)性(xing)、靈活性(xing)，實現能(neng)源跨(kua)(kua)地域(yu)和(he)跨(kua)(kua)季節(jie)的能(neng)源優(you)化配(pei)置。

三是應(ying)用(yong)(yong)于用(yong)(yong)戶側。通過氫燃料(liao)電(dian)池熱(re)(re)電(dian)聯供、區域(yu)電(dian)網調(diao)峰調(diao)頻及(ji)建筑深(shen)度脫碳減排的應(ying)用(yong)(yong)，可擴展氫能(neng)在終(zhong)端用(yong)(yong)能(neng)領域(yu)的應(ying)用(yong)(yong)范圍和(he)綜合能(neng)源(yuan)業務發展，推動冷-熱(re)(re)-電(dian)-氣多能(neng)融合互補，提(ti)升終(zhong)端能(neng)源(yuan)效(xiao)率和(he)低碳化水平。

通(tong)(tong)過(guo)分析源(yuan)側(ce)棄電(dian)(dian)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)、網(wang)側(ce)氫(qing)(qing)(qing)(qing)儲(chu)能(neng)(neng)、負荷側(ce)利(li)用(yong)(yong)特(te)高(gao)(gao)壓通(tong)(tong)道直接制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)三大場(chang)景(jing)，可(ke)以看出，在(zai)(zai)源(yuan)端利(li)用(yong)(yong)富余風、光(guang)、水等(deng)可(ke)再生能(neng)(neng)源(yuan)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)，就地銷(xiao)售到市場(chang)上(shang)可(ke)獲得較好(hao)收益，但是(shi)輸氫(qing)(qing)(qing)(qing)成本(ben)(ben)較高(gao)(gao)，長(chang)距離(li)輸送(song)到需求(qiu)端不(bu)具備經濟性(xing)；在(zai)(zai)網(wang)側(ce)，氫(qing)(qing)(qing)(qing)儲(chu)能(neng)(neng)站通(tong)(tong)過(guo)參與電(dian)(dian)網(wang)輔助服務(wu)和售氫(qing)(qing)(qing)(qing)氧收入，具備一定的(de)經濟性(xing)；從當前(qian)風電(dian)(dian)和光(guang)伏的(de)整體建設上(shang)來看，西北地區具有豐富的(de)風力和光(guang)伏資源(yuan)，經濟發達的(de)東(dong)南地區是(shi)重要(yao)的(de)用(yong)(yong)氫(qing)(qing)(qing)(qing)需求(qiu)地，綠氫(qing)(qing)(qing)(qing)的(de)輸送(song)通(tong)(tong)道和特(te)高(gao)(gao)壓輸送(song)通(tong)(tong)道基本(ben)(ben)重合，合理利(li)用(yong)(yong)特(te)高(gao)(gao)通(tong)(tong)道長(chang)途輸電(dian)(dian)，在(zai)(zai)負荷側(ce)通(tong)(tong)過(guo)特(te)高(gao)(gao)壓通(tong)(tong)道直接制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)，在(zai)(zai)成熟的(de)電(dian)(dian)力市場(chang)價格機制(zhi)下，相比(bi)“源(yuan)側(ce)電(dian)(dian)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)+管道輸氫(qing)(qing)(qing)(qing)”應用(yong)(yong)場(chang)景(jing)，“特(te)高(gao)(gao)壓輸電(dian)(dian)+負荷側(ce)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)”在(zai)(zai)經濟上(shang)更(geng)具有競爭力。

氫能在新型電力系統應用挑戰及建議

氫(qing)(qing)能自身屬性使(shi)其具(ju)備跨時間和空間靈活應(ying)用的潛(qian)力，在應(ying)對氣候(hou)變化、全球能源轉型的大背景(jing)下，國際上(shang)普遍(bian)認為氫(qing)(qing)能將成為未來能源的重要(yao)載體(ti)。

但是(shi)(shi)，受技(ji)(ji)術(shu)、經(jing)濟(ji)性、標準化等因素(su)的(de)(de)(de)(de)影響，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)在新(xin)(xin)型電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系(xi)統(tong)中的(de)(de)(de)(de)應用仍面臨諸多(duo)挑戰：一(yi)是(shi)(shi)缺少(shao)(shao)電(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)耦合(he)(he)的(de)(de)(de)(de)激勵政(zheng)策與(yu)(yu)(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)協同規劃。氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)已被國家作為中長期科學和(he)技(ji)(ji)術(shu)發(fa)展的(de)(de)(de)(de)重點研究(jiu)方向(xiang)，也(ye)出臺(tai)了諸多(duo)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)產業發(fa)展的(de)(de)(de)(de)相(xiang)關政(zheng)策，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)被明(ming)確納入“新(xin)(xin)型儲能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)”，但還有(you)待進一(yi)步明(ming)確在新(xin)(xin)型電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系(xi)統(tong)中的(de)(de)(de)(de)定位(wei)，缺少(shao)(shao)相(xiang)應的(de)(de)(de)(de)激勵配套政(zheng)策，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)與(yu)(yu)(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)規劃缺乏(fa)跨領域協同；二是(shi)(shi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)裝備部分零部件卡脖子(zi)問題和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)耦合(he)(he)關鍵(jian)技(ji)(ji)術(shu)有(you)待突破。核心(xin)材料(liao)(liao)催化劑、質子(zi)交換膜以及儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)開(kai)發(fa)和(he)生產企業較(jiao)少(shao)(shao)，國內(nei)廠家的(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)水平與(yu)(yu)(yu)國際先進水平有(you)一(yi)定差距，需要鼓勵國內(nei)自主技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)(de)(de)快速迭代和(he)提(ti)升，同時氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)與(yu)(yu)(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系(xi)統(tong)耦合(he)(he)的(de)(de)(de)(de)關鍵(jian)技(ji)(ji)術(shu)研究(jiu)較(jiao)少(shao)(shao)，在氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)與(yu)(yu)(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)規劃、風(feng)光耦合(he)(he)的(de)(de)(de)(de)波(bo)動性制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)、適用于電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)高密度(du)儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)、電(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)耦合(he)(he)運行(xing)控(kong)制(zhi)、氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)應用安全等方向(xiang)還需進一(yi)步研究(jiu)；三是(shi)(shi)綠氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)生產成本較(jiao)高，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)儲能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)經(jing)濟(ji)性尚未顯現。當(dang)前可再(zai)生能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)生產的(de)(de)(de)(de)綠氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)價格(ge)比灰氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)高兩(liang)到三倍，電(dian)(dian)(dian)(dian)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)與(yu)(yu)(yu)燃料(liao)(liao)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)效(xiao)率還有(you)待提(ti)升；四是(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)耦合(he)(he)標準體(ti)系(xi)有(you)待完(wan)善。目前，可再(zai)生能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)、電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系(xi)統(tong)儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)、電(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)耦合(he)(he)運行(xing)控(kong)制(zhi)、氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)燃料(liao)(liao)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)與(yu)(yu)(yu)熱電(dian)(dian)(dian)(dian)聯供(gong)方面標準體(ti)系(xi)還存(cun)在體(ti)系(xi)不健全甚(shen)至空(kong)白等問題，制(zhi)約(yue)了氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)產業發(fa)展。

因(yin)(yin)技(ji)術瓶頸和經濟性等(deng)原因(yin)(yin)，氫(qing)能當(dang)前還不具備大規模推廣(guang)的(de)條件(jian)，建(jian)議示范先行，隨著技(ji)術的(de)進(jin)步與產業(ye)的(de)成熟，逐步推廣(guang)，有(you)序發(fa)展(zhan)(zhan)。針對電(dian)氫(qing)耦合(he)產業(ye)發(fa)展(zhan)(zhan)存在(zai)的(de)問題(ti)，建(jian)議從頂層設計、跨(kua)專業(ye)聯合(he)攻(gong)關、標準化工作、示范建(jian)設加(jia)強(qiang)布局。

一是加快推進(jin)電(dian)氫協同(tong)和頂層(ceng)政(zheng)策(ce)設(she)計(ji)。建議氫能與(yu)新型電(dian)力系統(tong)建設(she)相結(jie)合(he)，針對(dui)電(dian)氫耦合(he)發展，開展激勵政(zheng)策(ce)設(she)計(ji)，進(jin)行應用引導(dao)和優化補貼；

二是加強(qiang)跨(kua)專業聯合(he)攻(gong)關及產學(xue)研(yan)(yan)協同研(yan)(yan)究。建議加強(qiang)跨(kua)領域跨(kua)產業聯合(he)攻(gong)關，突破關鍵技(ji)術和卡脖子技(ji)術。加強(qiang)電(dian)(dian)氫(qing)基礎研(yan)(yan)究，培育電(dian)(dian)氫(qing)耦(ou)合(he)跨(kua)專業聯合(he)科研(yan)(yan)創新團隊建設，從(cong)產、學(xue)、研(yan)(yan)、用多方位(wei)協同加速推動電(dian)(dian)氫(qing)耦(ou)合(he)產業發展。

三是建立健(jian)全電(dian)(dian)(dian)氫耦(ou)合(he)標(biao)準(zhun)體系。從風光可再生能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)制(zhi)氫、氫能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)站、電(dian)(dian)(dian)氫耦(ou)合(he)運行控制(zhi)等方向，推進(jin)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)電(dian)(dian)(dian)力領域電(dian)(dian)(dian)氫耦(ou)合(he)的標(biao)準(zhun)化工作(zuo)，構(gou)建并(bing)進(jin)一步完善氫能(neng)(neng)(neng)與電(dian)(dian)(dian)網耦(ou)合(he)領域的標(biao)準(zhun)體系，促進(jin)氫能(neng)(neng)(neng)在電(dian)(dian)(dian)力系統應用工程(cheng)的標(biao)準(zhun)化建設和規范(fan)化管理(li)。

四是加快典型示(shi)(shi)范(fan)(fan)工程(cheng)建(jian)設(she)。圍繞(rao)綠氫(qing)(qing)生產基地，開(kai)展風光氫(qing)(qing)儲試驗(yan)和(he)示(shi)(shi)范(fan)(fan)工程(cheng)，提升可再生能源利用率；在(zai)新型電(dian)(dian)力系統建(jian)設(she)的(de)(de)重(zhong)點省(sheng)市，建(jian)設(she)氫(qing)(qing)儲能電(dian)(dian)站，參與電(dian)(dian)網(wang)靈(ling)活性(xing)調節；在(zai)國家(jia)氫(qing)(qing)能試點城市，重(zhong)點在(zai)重(zhong)卡(ka)、物流需(xu)求密集區，因地制(zhi)宜建(jian)設(she)分布式制(zhi)氫(qing)(qing)和(he)充電(dian)(dian)站融合綜(zong)合能源服務站，開(kai)展電(dian)(dian)氫(qing)(qing)耦合技術的(de)(de)工程(cheng)化(hua)示(shi)(shi)范(fan)(fan)，打造電(dian)(dian)氫(qing)(qing)耦合精(jing)品示(shi)(shi)范(fan)(fan)工程(cheng)。

注：本文作者為閆華光 韓笑 康建東，均供職于中國電力科學研究院技術戰略研究中心。