最近，氫能火了！

還記得小時(shí)候玩的氫氣球嗎？沒(méi)錯(cuò)，氣球里面就是氫氣，它產(chǎn)生的化學(xué)能就是氫能。

氫燃燒的產(chǎn)物是水，所以氫能是世界上最干凈的能源。大力發(fā)展氫能，有利于實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。而且，氫是自然界存在最普遍的元素，據(jù)估計(jì)，它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%，可謂取之不盡用之不竭！

又干凈又多，這東西可真好，趕緊大力發(fā)展！

重磅規(guī)劃陸續(xù)出臺(tái)

《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》

3月22日，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》。其中多次提到了氫能。

比如，在實(shí)施科技創(chuàng)新示范工程部分提到“高效可再生能源氫氣制備、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用和燃料電池等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及多元化示范應(yīng)用。氫能在可再生能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰等場(chǎng)景示范應(yīng)用。氫能、電能、熱能等異質(zhì)能源互聯(lián)互通示范。”

《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》

緊接著出臺(tái)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》中更是明確指出，氫能是未來(lái)國(guó)家能源體系的重要組成部分，是用能終端實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體。

氫能這么好，為啥我們以前很少聽(tīng)說(shuō)呢？因?yàn)橐郧凹夹g(shù)、產(chǎn)業(yè)等還不成熟，時(shí)機(jī)未到；如今，隨著全球能源的發(fā)展，氫能迎來(lái)了它的歷史機(jī)遇期。

氫能的大勢(shì)與機(jī)遇

1.技術(shù)層面

以燃料電池為代表的氫能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)取得重大突破，為實(shí)現(xiàn)零排放的能源利用提供重要解決方案。

2.國(guó)際層面

全球主要發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，氫能已成為加快能源轉(zhuǎn)型升級(jí)、培育經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)的重要戰(zhàn)略選擇。

3.我國(guó)實(shí)際

我國(guó)是世界上最大的制氫國(guó)，年制氫產(chǎn)量約3300萬(wàn)噸，在清潔低碳的氫能供給上具有巨大潛力。國(guó)內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)積極發(fā)展態(tài)勢(shì)，已初步掌握氫能制備、儲(chǔ)運(yùn)、加氫、燃料電池和系統(tǒng)集成等主要技術(shù)和生產(chǎn)工藝，在部分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)燃料電池汽車小規(guī)模示范應(yīng)用。

氫能的戰(zhàn)略定位被提升到了未來(lái)國(guó)家能源體系的重要組成部分、用能終端實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體層面，氫能產(chǎn)業(yè)被確定為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來(lái)產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向。

氫能還有一個(gè)特殊的優(yōu)點(diǎn)，就是它可以作為連接氣、電、熱等能源的橋梁。

咱們就來(lái)看看，氫能和電能、電力系統(tǒng)之間會(huì)發(fā)生什么關(guān)聯(lián)。

氫和電會(huì)擦出怎樣的火花？

氫能將在制、用等環(huán)節(jié)和電力系統(tǒng)產(chǎn)生更多耦合關(guān)系。

1. 在制氫環(huán)節(jié)

電解水制氫是一種較為方便的制取氫氣的方法。在充滿電解液的電解槽中通入直流電，水分子在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，分解成氫氣和氧氣。

基于高溫電解水蒸氣制氫技術(shù)的綠色加氫站模型。

2. 在儲(chǔ)能環(huán)節(jié)

電能制氫后存儲(chǔ)為氫能，之后由燃料電池發(fā)電技術(shù)等實(shí)現(xiàn)氫能的利用。

將電能轉(zhuǎn)化為氫能，可以實(shí)現(xiàn)能源的跨季節(jié)長(zhǎng)周期大規(guī)模存儲(chǔ)。氫儲(chǔ)能具有儲(chǔ)能容量大、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)、清潔無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，能夠在電化學(xué)儲(chǔ)能不適用的場(chǎng)景中發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。在大容量長(zhǎng)周期調(diào)節(jié)的場(chǎng)景中，氫儲(chǔ)能與電化學(xué)儲(chǔ)能相比在經(jīng)濟(jì)性上更具有競(jìng)爭(zhēng)力。

2021年8月5日，高質(zhì)量燃料電池用氫氣在青島順利出廠。

3. 在清潔能源消納方面

氫能是促進(jìn)新能源消納的重要手段。將太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源發(fā)出的電能或用電低谷期的富余電能制氫存儲(chǔ)，可大大提升新能源消納水平。

2021年6月24日，國(guó)網(wǎng)浙江電力歷經(jīng)3年研究的氫電雙向轉(zhuǎn)換及儲(chǔ)能一體化系統(tǒng)在浙江湖州濱湖綜合能源站投運(yùn)。該站通過(guò)光伏發(fā)電為電動(dòng)汽車提供充電服務(wù)，同時(shí)通過(guò)氫電雙向轉(zhuǎn)換及儲(chǔ)能一體化裝置，實(shí)現(xiàn)富余電量的錯(cuò)峰轉(zhuǎn)移和光伏發(fā)電的充分利用。

4. 在新型電力系統(tǒng)方面

氫能是新型電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)的重要手段。先進(jìn)的電解水制氫裝備具有較強(qiáng)的功率波動(dòng)適應(yīng)性，可實(shí)現(xiàn)輸入功率秒級(jí)、毫秒級(jí)響應(yīng)，為電網(wǎng)提供調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)，提高電力系統(tǒng)的安全性、可靠性、靈活性。

由國(guó)網(wǎng)北京電力自主研發(fā)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)大容量在線并網(wǎng)式氫能源發(fā)電車，具備不間斷供電和應(yīng)急發(fā)電功能，配備的全智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障及設(shè)備安全隱患，可在零下35攝氏度的低溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。

5. 能源高效利用方面

發(fā)展氫能是拓展電能利用、促進(jìn)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(fèi)側(cè)可以通過(guò)電氫轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)氫能、電能、熱能等多種能源網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互補(bǔ)和協(xié)同優(yōu)化，推動(dòng)分布式能源發(fā)展，提升終端能源利用效率和供能可靠性。

國(guó)家電網(wǎng)牽頭承擔(dān)的首個(gè)氫電耦合國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目落地浙江寧波。該項(xiàng)目于今年4月開(kāi)工，將在寧波慈溪建成氫電耦合直流微網(wǎng)示范工程。

屆時(shí)，電、氫、熱等能源網(wǎng)絡(luò)中的生產(chǎn)、存儲(chǔ)、消費(fèi)環(huán)節(jié)將實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，以零碳方式滿足用戶對(duì)電、氫、熱多種能源的需求，實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)靈活互動(dòng)，提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，為浙江工業(yè)園區(qū)脫碳提供方案。

電氫耦合技術(shù)前景廣闊

目前，中國(guó)電科院圍繞“雙碳”目標(biāo)下能源電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型方向，積極謀劃跨領(lǐng)域跨行業(yè)聯(lián)合攻關(guān)，牽頭成立電氫耦合技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)合體，聯(lián)合產(chǎn)、學(xué)、研、用等各方力量，推動(dòng)氫能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。充分依托電科院自身電力系統(tǒng)研究基礎(chǔ)，針對(duì)氫能在新型電力系統(tǒng)源、網(wǎng)、荷各環(huán)節(jié)的耦合應(yīng)用，頂層設(shè)計(jì)電氫耦合關(guān)鍵技術(shù)研究。

在新型電力系統(tǒng)應(yīng)用路徑研究方面，中國(guó)電科院專家分析電氫耦合場(chǎng)景，開(kāi)展各種場(chǎng)景下的全壽命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，研判氫能技術(shù)路線和發(fā)展路徑，為氫能在新型電力系統(tǒng)逐步推廣應(yīng)用提供決策支撐。

1.哪種電氫耦合場(chǎng)景更具經(jīng)濟(jì)性？

專家通過(guò)研究源側(cè)富余電力制氫、網(wǎng)側(cè)氫儲(chǔ)能、負(fù)荷側(cè)直接制氫等電氫耦合典型應(yīng)用場(chǎng)景經(jīng)濟(jì)性，指出：

在源側(cè)利用富余風(fēng)、光、水等可再生能源制氫，在碳排放約束條件下，就地銷售到市場(chǎng)上可獲得較好收益，但是輸氫成本較高，長(zhǎng)距離輸送到需求端不具備經(jīng)濟(jì)性；

在網(wǎng)側(cè)通過(guò)利用氫儲(chǔ)能站參與電網(wǎng)輔助服務(wù)和售氫市場(chǎng)，可獲得多重應(yīng)用收益；

在負(fù)荷側(cè)，通過(guò)特高壓通道將西北地區(qū)豐富的風(fēng)力和光伏資源，輸送至對(duì)氫需求較大的東南地區(qū)直接制氫。在成熟的電力市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制下，相比“源側(cè)電制氫+管道輸氫”應(yīng)用場(chǎng)景，“特高壓輸電+負(fù)荷側(cè)制氫”在經(jīng)濟(jì)上更具有競(jìng)爭(zhēng)力。

2.有哪些技術(shù)路線和發(fā)展路徑？

專家預(yù)計(jì)2030年前，氫能在新型電力系統(tǒng)的應(yīng)用主要以典型示范為主：

在新能源富集區(qū)，建設(shè)風(fēng)光氫儲(chǔ)綠氫生產(chǎn)基地；

在大規(guī)模新能源匯集等電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)探索建設(shè)氫儲(chǔ)能電站，參與電網(wǎng)靈活性調(diào)節(jié)；

在國(guó)家氫燃料電池車示范城市，重點(diǎn)在重卡、物流車輛需求密集區(qū)，因地制宜建設(shè)分布式電制氫加氫站和充電站融合的綜合能源服務(wù)站。

正在建設(shè)的浙江臺(tái)州的大陳島上的氫電耦合示范工程是國(guó)內(nèi)首個(gè)基于海島場(chǎng)景的氫能綜合利用示范工程。工程充分利用海島豐富的清潔能源制氫，將促進(jìn)海島清潔能源消納與電網(wǎng)潮流優(yōu)化，提高系統(tǒng)針對(duì)波動(dòng)性源荷的適應(yīng)性與安全性，提升綜合能效至72%，為海島提供了綠色供能的有效途徑。（曹瓊蕾）

今后，隨著氫能技術(shù)產(chǎn)業(yè)趨于成熟，氫能將在新型電力系統(tǒng)中得到逐步推廣。可再生能源制氫的廣泛應(yīng)用，將有力支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)。

機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

當(dāng)然，氫能的發(fā)展不會(huì)一蹴而就。總體看，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展初期，還有很長(zhǎng)的路要走，比如，需要產(chǎn)業(yè)上下游協(xié)同規(guī)劃，需要不斷地用科技創(chuàng)新破解發(fā)展道路上的一個(gè)個(gè)難題……

目前，受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性等因素影響，氫能在新型電力系統(tǒng)中的應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。

圖片

2021年12月28日，位于安徽六安的國(guó)內(nèi)首座兆瓦級(jí)大功率氫能綜合利用站首臺(tái)燃料電池發(fā)電機(jī)組成功并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著兆瓦級(jí)電解純水制氫、儲(chǔ)氫及氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)全鏈條貫通，整站技術(shù)驗(yàn)證工作取得圓滿成功。（翁懷龍 許樊娟）

在政策支持下，科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)協(xié)同、典型示范……

期待氫和電持續(xù)擦出火花，

為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，

增添助力。