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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(zai)(zai)技術、成本、政策(ce)等(deng)推(tui)動下，氫能(neng)作為(wei)連接可(ke)(ke)再生能(neng)源的(de)(de)紐帶和電力(li)儲能(neng)介(jie)質成為(wei)可(ke)(ke)能(neng)，在(zai)(zai)以新能(neng)源為(wei)主(zhu)體的(de)(de)新型電力(li)系(xi)統中扮演(yan)著越來越重要的(de)(de)角(jiao)色。

氫能在新型電力系統中的定位

隨著可再生(sheng)能源(yuan)裝機快(kuai)速增(zeng)長(chang)以(yi)及用戶側負荷的(de)多樣性變化，電網面臨諸(zhu)多問(wen)題與挑(tiao)戰。在碳中和目(mu)標下(xia)，氫能作為新興零碳二次能源(yuan)得(de)到快(kuai)速發(fa)展，為電力系(xi)統發(fa)展帶(dai)來(lai)了難得(de)的(de)機遇。

一(yi)是利(li)用可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)能源(yuan)電制氫(qing)，促進可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)能源(yuan)消納。我(wo)國可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)能源(yuan)發(fa)展(zhan)領先全球，水、風、光裝機量均為世界第一(yi)，據國家能源(yuan)局(ju)發(fa)布的2020年可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)能源(yuan)并網運行情況可(ke)(ke)知(zhi)，目前國內(nei)風電、光伏利(li)用率分別為97%和98%，隨(sui)著大規(gui)模可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)能源(yuan)的快(kuai)速發(fa)展(zhan)，其運行消納問題會(hui)進一(yi)步(bu)顯現，利(li)用可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)能源(yuan)制氫(qing)可(ke)(ke)有效提升我(wo)國可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)能源(yuan)消納水平(ping)。

二是(shi)利用氫(qing)儲能(neng)(neng)(neng)(neng)特性(xing)，實現(xian)電能(neng)(neng)(neng)(neng)跨(kua)季節(jie)長周(zhou)期大(da)規模存儲。電化(hua)學(xue)儲能(neng)(neng)(neng)(neng)存在儲能(neng)(neng)(neng)(neng)時間短，容(rong)量規模等級小等不足(zu)，目前(qian)主要用于電網(wang)調(diao)頻調(diao)峰、平(ping)滑(hua)新能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)出(chu)力(li)波(bo)動性(xing)，實現(xian)小時級別(bie)的(de)短周(zhou)期響應與調(diao)節(jie)，而氫(qing)儲能(neng)(neng)(neng)(neng)具有儲能(neng)(neng)(neng)(neng)容(rong)量大(da)、儲存時間長、清潔無污染等優點，能(neng)(neng)(neng)(neng)夠在電化(hua)學(xue)儲能(neng)(neng)(neng)(neng)不適用的(de)場景(jing)發揮優勢，在大(da)容(rong)量長周(zhou)期調(diao)節(jie)的(de)場景(jing)中，氫(qing)儲能(neng)(neng)(neng)(neng)在經濟(ji)性(xing)上更具有競爭力(li)。

三是利用氫能(neng)電(dian)站快速(su)響應能(neng)力(li)，為新型(xing)電(dian)力(li)系(xi)統(tong)提(ti)供靈活調節手段。基于PEM（質子交換膜）的電(dian)解水制氫裝備具有較寬(kuan)的功(gong)率(lv)波動適(shi)應性(xing)，可實現(xian)輸入(ru)功(gong)率(lv)秒級、毫秒級響應，同時可適(shi)應10%—150%的寬(kuan)功(gong)率(lv)輸入(ru)，為電(dian)網(wang)提(ti)供調峰(feng)調頻服(fu)務(wu)，提(ti)高電(dian)力(li)系(xi)統(tong)安全性(xing)、可靠性(xing)、靈活性(xing)，是構建(jian)零碳電(dian)網(wang)和新型(xing)電(dian)力(li)系(xi)統(tong)的重要手段。

四是(shi)推(tui)動(dong)跨領(ling)域多(duo)類型能(neng)源網絡(luo)互(hu)(hu)聯互(hu)(hu)通(tong)，拓展電能(neng)綜合利用途徑。氫(qing)能(neng)作為靈(ling)活高效的(de)二次能(neng)源，在能(neng)源消(xiao)費端可以利用電解槽和燃(ran)料(liao)電池，通(tong)過電氫(qing)轉換，實現電力、供熱、燃(ran)料(liao)等多(duo)種能(neng)源網絡(luo)的(de)互(hu)(hu)聯互(hu)(hu)補(bu)和協同優化(hua)，推(tui)動(dong)分(fen)布式能(neng)源發展，提升終端能(neng)源利用效率。

電氫耦合的應用場景與分析

氫能(neng)在能(neng)源(yuan)、交(jiao)通、工業、建筑(zhu)等領域具有廣泛的(de)(de)(de)應(ying)用前景，可(ke)以作為能(neng)源(yuan)互聯(lian)轉(zhuan)化(hua)的(de)(de)(de)重要媒(mei)介，推動能(neng)源(yuan)清潔高效利用，實現(xian)大規模深度脫(tuo)碳(tan)。氫能(neng)發展的(de)(de)(de)初衷是(shi)解決(jue)低碳(tan)和生(sheng)態環保(bao)等問(wen)題，可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)電制氫是(shi)未來(lai)氫能(neng)發展的(de)(de)(de)主要方向，將應(ying)用于新型電力系統“源(yuan)、網、荷”各(ge)環節，呈(cheng)現(xian)電氫耦合發展態勢。

一是(shi)應用(yong)于(yu)電源(yuan)(yuan)側(ce)(ce)。利用(yong)可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)綠色制氫技術(shu)，將風能(neng)(neng)(neng)、太陽能(neng)(neng)(neng)等可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)電力清潔高效地轉換為(wei)氫能(neng)(neng)(neng)，推(tui)動氫能(neng)(neng)(neng)在(zai)電源(yuan)(yuan)側(ce)(ce)與可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)耦合，促進大規模可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)消納，提高可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)利用(yong)率。

二是應(ying)用于電(dian)網側。利用氫能(neng)(neng)具有跨(kua)季節(jie)、長時(shi)間的儲能(neng)(neng)特性，發揮氫儲能(neng)(neng)作用，可積極參與電(dian)網調(diao)峰調(diao)頻輔助服務，提(ti)高電(dian)力(li)系統安全(quan)性、可靠性、靈活性，實現能(neng)(neng)源跨(kua)地域(yu)和跨(kua)季節(jie)的能(neng)(neng)源優化(hua)配置。

三是應(ying)用于用戶側。通過氫燃料電池熱電聯供、區域(yu)電網調(diao)峰調(diao)頻(pin)及建(jian)筑深(shen)度脫碳(tan)減排的應(ying)用，可擴展氫能在終(zhong)端(duan)用能領域(yu)的應(ying)用范圍和綜(zong)合能源(yuan)業(ye)務發展，推動冷-熱-電-氣(qi)多能融合互補，提升終(zhong)端(duan)能源(yuan)效率(lv)和低碳(tan)化水平。

通(tong)過分析源側棄電(dian)制氫(qing)、網(wang)(wang)側氫(qing)儲能、負荷(he)側利用特(te)高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)通(tong)道(dao)(dao)直接制氫(qing)三大場(chang)景，可(ke)以看(kan)(kan)出(chu)，在(zai)(zai)源端(duan)利用富余風(feng)、光(guang)、水(shui)等(deng)可(ke)再生能源制氫(qing)，就地銷(xiao)售到(dao)市(shi)場(chang)上(shang)可(ke)獲得較(jiao)好收(shou)益(yi)，但是輸(shu)(shu)(shu)(shu)氫(qing)成本較(jiao)高(gao)(gao)(gao)，長(chang)(chang)距(ju)離輸(shu)(shu)(shu)(shu)送(song)到(dao)需(xu)求端(duan)不具備(bei)經(jing)(jing)濟性；在(zai)(zai)網(wang)(wang)側，氫(qing)儲能站通(tong)過參(can)與電(dian)網(wang)(wang)輔(fu)助服務和(he)售氫(qing)氧收(shou)入，具備(bei)一定的(de)(de)(de)經(jing)(jing)濟性；從(cong)當前(qian)風(feng)電(dian)和(he)光(guang)伏的(de)(de)(de)整體建設上(shang)來看(kan)(kan)，西北地區具有豐富的(de)(de)(de)風(feng)力和(he)光(guang)伏資源，經(jing)(jing)濟發達(da)的(de)(de)(de)東南地區是重要的(de)(de)(de)用氫(qing)需(xu)求地，綠氫(qing)的(de)(de)(de)輸(shu)(shu)(shu)(shu)送(song)通(tong)道(dao)(dao)和(he)特(te)高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)輸(shu)(shu)(shu)(shu)送(song)通(tong)道(dao)(dao)基本重合，合理利用特(te)高(gao)(gao)(gao)通(tong)道(dao)(dao)長(chang)(chang)途輸(shu)(shu)(shu)(shu)電(dian)，在(zai)(zai)負荷(he)側通(tong)過特(te)高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)通(tong)道(dao)(dao)直接制氫(qing)，在(zai)(zai)成熟的(de)(de)(de)電(dian)力市(shi)場(chang)價格機制下，相比“源側電(dian)制氫(qing)+管道(dao)(dao)輸(shu)(shu)(shu)(shu)氫(qing)”應(ying)用場(chang)景，“特(te)高(gao)(gao)(gao)壓(ya)(ya)輸(shu)(shu)(shu)(shu)電(dian)+負荷(he)側制氫(qing)”在(zai)(zai)經(jing)(jing)濟上(shang)更(geng)具有競(jing)爭力。

氫能在新型電力系統應用挑戰及建議

氫(qing)能(neng)(neng)自身屬性使其具(ju)備跨時(shi)間和空(kong)間靈活應(ying)用(yong)的(de)潛力，在(zai)應(ying)對氣候變化(hua)、全球(qiu)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)轉(zhuan)型的(de)大背(bei)景下，國(guo)際上普遍認(ren)為氫(qing)能(neng)(neng)將成為未來能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)的(de)重要載(zai)體。

但是(shi)(shi)，受技(ji)(ji)(ji)術、經濟(ji)性(xing)、標(biao)準化等因(yin)素(su)的(de)(de)影響，氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)在(zai)新(xin)型(xing)電(dian)力(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)中的(de)(de)應(ying)用(yong)仍面臨諸多挑戰：一(yi)是(shi)(shi)缺少(shao)(shao)電(dian)氫(qing)(qing)(qing)耦(ou)合(he)(he)的(de)(de)激勵政(zheng)(zheng)策(ce)與(yu)(yu)(yu)(yu)電(dian)氫(qing)(qing)(qing)協同(tong)規劃。氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)已被(bei)國家作為(wei)中長期科(ke)學和技(ji)(ji)(ji)術發(fa)展(zhan)(zhan)的(de)(de)重(zhong)點(dian)研(yan)究(jiu)方(fang)向(xiang)(xiang)，也出臺了諸多氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)產(chan)(chan)業(ye)(ye)發(fa)展(zhan)(zhan)的(de)(de)相關政(zheng)(zheng)策(ce)，氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)被(bei)明確(que)納入“新(xin)型(xing)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)”，但還(huan)有(you)(you)待進一(yi)步明確(que)在(zai)新(xin)型(xing)電(dian)力(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)中的(de)(de)定(ding)位，缺少(shao)(shao)相應(ying)的(de)(de)激勵配套政(zheng)(zheng)策(ce)，氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)與(yu)(yu)(yu)(yu)電(dian)網(wang)(wang)規劃缺乏跨領域協同(tong)；二是(shi)(shi)氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)裝(zhuang)備部分零部件卡(ka)脖子問題和電(dian)氫(qing)(qing)(qing)耦(ou)合(he)(he)關鍵技(ji)(ji)(ji)術有(you)(you)待突破。核心(xin)材料(liao)催化劑、質子交換膜以及(ji)儲(chu)(chu)氫(qing)(qing)(qing)材料(liao)的(de)(de)開發(fa)和生(sheng)產(chan)(chan)企業(ye)(ye)較(jiao)少(shao)(shao)，國內廠家的(de)(de)技(ji)(ji)(ji)術水(shui)平與(yu)(yu)(yu)(yu)國際先進水(shui)平有(you)(you)一(yi)定(ding)差距，需要(yao)鼓勵國內自主技(ji)(ji)(ji)術的(de)(de)快速迭代(dai)和提升，同(tong)時(shi)氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)與(yu)(yu)(yu)(yu)電(dian)力(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)耦(ou)合(he)(he)的(de)(de)關鍵技(ji)(ji)(ji)術研(yan)究(jiu)較(jiao)少(shao)(shao)，在(zai)氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)與(yu)(yu)(yu)(yu)電(dian)網(wang)(wang)規劃、風光耦(ou)合(he)(he)的(de)(de)波動性(xing)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)、適用(yong)于電(dian)力(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)高密度儲(chu)(chu)氫(qing)(qing)(qing)、電(dian)氫(qing)(qing)(qing)耦(ou)合(he)(he)運行控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)、氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)應(ying)用(yong)安(an)全(quan)等方(fang)向(xiang)(xiang)還(huan)需進一(yi)步研(yan)究(jiu)；三是(shi)(shi)綠(lv)氫(qing)(qing)(qing)生(sheng)產(chan)(chan)成本較(jiao)高，氫(qing)(qing)(qing)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)經濟(ji)性(xing)尚未顯現。當前可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)生(sheng)產(chan)(chan)的(de)(de)綠(lv)氫(qing)(qing)(qing)價(jia)格比灰氫(qing)(qing)(qing)高兩到三倍(bei)，電(dian)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)與(yu)(yu)(yu)(yu)燃料(liao)電(dian)池(chi)(chi)效率(lv)還(huan)有(you)(you)待提升；四是(shi)(shi)電(dian)氫(qing)(qing)(qing)耦(ou)合(he)(he)標(biao)準體(ti)系(xi)(xi)有(you)(you)待完善。目前，可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)、電(dian)力(li)系(xi)(xi)統(tong)(tong)儲(chu)(chu)氫(qing)(qing)(qing)、電(dian)氫(qing)(qing)(qing)耦(ou)合(he)(he)運行控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)、氫(qing)(qing)(qing)燃料(liao)電(dian)池(chi)(chi)發(fa)電(dian)與(yu)(yu)(yu)(yu)熱電(dian)聯供方(fang)面標(biao)準體(ti)系(xi)(xi)還(huan)存在(zai)體(ti)系(xi)(xi)不健全(quan)甚至空白等問題，制(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)約了氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)產(chan)(chan)業(ye)(ye)發(fa)展(zhan)(zhan)。

因(yin)技術(shu)(shu)瓶頸和經濟性等原因(yin)，氫(qing)能當前還(huan)不具備大規模推(tui)廣的條件，建(jian)議示范先行(xing)，隨著技術(shu)(shu)的進步(bu)與產業(ye)的成熟，逐(zhu)步(bu)推(tui)廣，有序發展。針對(dui)電氫(qing)耦合產業(ye)發展存(cun)在的問題，建(jian)議從頂層設(she)(she)計、跨專業(ye)聯(lian)合攻關、標準(zhun)化工作(zuo)、示范建(jian)設(she)(she)加強布局(ju)。

一(yi)是加快推進(jin)電氫(qing)(qing)協同和(he)頂層政策設計。建議氫(qing)(qing)能與新型電力系(xi)統建設相結合(he)，針(zhen)對電氫(qing)(qing)耦合(he)發展，開展激勵政策設計，進(jin)行應用引(yin)導和(he)優化補貼；

二是(shi)加強(qiang)跨(kua)專(zhuan)業(ye)聯(lian)合(he)攻(gong)關及(ji)產學研(yan)協(xie)同(tong)(tong)研(yan)究。建(jian)議加強(qiang)跨(kua)領域跨(kua)產業(ye)聯(lian)合(he)攻(gong)關，突破關鍵技術和卡脖子技術。加強(qiang)電氫基(ji)礎研(yan)究，培育電氫耦合(he)跨(kua)專(zhuan)業(ye)聯(lian)合(he)科研(yan)創新(xin)團(tuan)隊建(jian)設，從產、學、研(yan)、用多方(fang)位協(xie)同(tong)(tong)加速推動電氫耦合(he)產業(ye)發(fa)展。

三是(shi)建立(li)健全電氫(qing)(qing)(qing)耦(ou)(ou)合標(biao)準體系(xi)。從風光可再生能(neng)源制氫(qing)(qing)(qing)、氫(qing)(qing)(qing)能(neng)電站、電氫(qing)(qing)(qing)耦(ou)(ou)合運(yun)行(xing)控制等方向，推進(jin)能(neng)源電力(li)領域(yu)電氫(qing)(qing)(qing)耦(ou)(ou)合的(de)標(biao)準化工作，構建并進(jin)一步完(wan)善氫(qing)(qing)(qing)能(neng)與電網耦(ou)(ou)合領域(yu)的(de)標(biao)準體系(xi)，促進(jin)氫(qing)(qing)(qing)能(neng)在電力(li)系(xi)統應用工程(cheng)的(de)標(biao)準化建設和規范化管理(li)。

四是加快典型示范工程(cheng)建設(she)(she)。圍(wei)繞綠氫生產基地，開(kai)展風光(guang)氫儲試(shi)驗和(he)示范工程(cheng)，提升可再(zai)生能源(yuan)利(li)用(yong)率；在新(xin)型電力(li)系統建設(she)(she)的重(zhong)點省(sheng)市，建設(she)(she)氫儲能電站(zhan)，參(can)與電網靈活性調節；在國家氫能試(shi)點城市，重(zhong)點在重(zhong)卡、物流需(xu)求密(mi)集(ji)區(qu)，因地制宜建設(she)(she)分(fen)布式制氫和(he)充電站(zhan)融合(he)綜合(he)能源(yuan)服務站(zhan)，開(kai)展電氫耦合(he)技術(shu)的工程(cheng)化示范，打(da)造電氫耦合(he)精(jing)品示范工程(cheng)。

注：本文作者均供職于中國電力科學研究院技術戰略研究中心。