中國儲能網訊：近年來，我國積極推進碳減排工作并取得顯著成效，2019年碳排放強度比2005年降低48.1%。未來，我國將提高國家自主貢獻力度，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。煤炭等傳統(tǒng)化石能源是碳排放的主要來源，并處于我國主體能源地位，“電—氫”耦合能夠優(yōu)化能源供給與消費結構，是助力實現(xiàn)“碳中和”的關鍵手段。
“電—氫”耦合是實現(xiàn)“碳中和”的關鍵
當前，我國的碳排放高居世界第一，我國在碳減排過程中遇到了可再生能源消納能力及電能替代能力有限的問題，“電—氫”耦合能夠對傳統(tǒng)化石能源進行深度替代，實現(xiàn)深度脫碳。
氫能更適宜在特定場景對傳統(tǒng)化石能源進行替代，填補電能在部分終端領域應用的不足。氫能與煤炭、油氣在儲運、燃燒等方面的特性相似，更適宜在特定終端領域開展對傳統(tǒng)化石能源的深度替代，未來有望廣泛應用于航空、鋼鐵生產、高溫工業(yè)熱能、長途公路運輸等電能替代受限的領域，實現(xiàn)能源消費側的深度脫碳。近期來看，氫燃料電池商用車是最主要的應用領域之一。相較純電動汽車領域重點推廣的乘用車，商用車具有能量消耗大、污染排放重的特點，替代潛力及碳減排潛力巨大。
“電—氫”耦合將有效降低氫能對傳統(tǒng)化石能源的依賴，實現(xiàn)氫能產業(yè)自身的低碳化轉型。目前，全球每年約有96%的氫能由傳統(tǒng)化石能源直接或間接制取，進而產生大量二氧化碳排放。受資源稟賦影響，我國是全球煤制氫最集中的國家，導致我國制氫產業(yè)每年排放二氧化碳總量高達3億噸。一方面可逐步推廣“化石能源制氫+CCUS”的低碳制氫模式；另一方面可在資源富集地區(qū)推廣可再生能源發(fā)電制氫，從源頭實現(xiàn)零碳氫能制取，且電解水制取的氫氣純度高，對于燃料電池汽車和多晶硅等高純度氫市場具有高適配性。
高滲透率可再生能源為“電—氫”耦合提供了契機，能夠推動低碳氫能的規(guī)模化發(fā)展?！笆奈濉逼陂g，消納能力不足將進一步制約“三北”地區(qū)可再生能源的規(guī)模化發(fā)展。一方面，電解水制氫能夠作為一種需求側靈活性調節(jié)資源，增加電力負荷并參與需求側響應，提高電力系統(tǒng)對可再生能源的消納能力，從供給側增強對化石能源的替代。另一方面，高滲透率可再生能源能夠提供更為豐富的低價、零碳電能資源，在推動電解水制氫發(fā)展的同時撬動地區(qū)可再生能源發(fā)展規(guī)模。
“電—氫”耦合需要明晰“電—氫”格局
氫能在儲運、應用等環(huán)節(jié)與電能的交疊明顯，在缺乏頂層規(guī)劃的情況下，容易無序、低效發(fā)展，因此要明確“電—氫”發(fā)展格局，充分發(fā)揮電能與氫能各自的比較優(yōu)勢及協(xié)同互補作用。
面向電解水制氫成為制氫主要來源情景，明晰“遠電近氫”的能量輸送格局。當前，氫氣主要以高溫氣態(tài)及低溫液態(tài)形式進行運輸。針對電解水制氫場景，電能是遠距離（超過1000千米）輸送場景下一種效率更高、更為安全的氫能輸送載體。尤其是隨著電解水制氫成為制氫主要來源，電解水所制取的綠氫將成為地區(qū)間貿易主體，相對于跨區(qū)輸氫，基于跨區(qū)輸電的需求側制氫將成為更優(yōu)模式。
面向高滲透率可再生能源情景，明晰“短電長氫”的能量存儲格局。相較其他儲能，氫儲能在大規(guī)模、長時間儲能方面優(yōu)勢明顯，然而“電—氫—電”全環(huán)節(jié)轉換效率較低，當前缺乏可大規(guī)模應用的場景。未來，隨著電化學儲能等靈活性資源發(fā)展，短時調峰需求將得以緩解，受可再生能源的季節(jié)特性影響，跨季節(jié)的長時調峰需求將凸顯。“電—氫”耦合能夠依托氫儲能提供跨季節(jié)儲能服務，甚至推動電、氣系統(tǒng)間跨季節(jié)調峰互濟。
面向新能源汽車大規(guī)模發(fā)展情景，明晰“南電北氫”的區(qū)域布局格局。近期來看，北方地區(qū)冬季寒冷，可再生能源資源豐富，由于純電動汽車耐低溫特性差，適宜推廣氫燃料電池汽車，并在可再生能源富集地區(qū)打造綠氫生產基地；南方地區(qū)氣候適宜，且主要需求地區(qū)可再生能源資源有限，應優(yōu)先推廣基礎設施完善、經濟性好的純電動汽車，在純電動汽車難以應用的場景推動氫燃料電池汽車。
“電—氫”耦合需打通關鍵堵點
當前，“電—氫”耦合尚且處于示范階段，相關配套政策等尚需完善。未來，“電—氫”耦合需要進一步聚焦綠氫生產以及可再生能源消納，打通相關政策、管理模式及技術等方面的關鍵堵點。
加強氫能關鍵技術攻關和應用，注重通過聯(lián)合攻關等加強質子交換膜制氫技術布局。當前，我國氫能產業(yè)部分關鍵技術與領先國家存在差距，核心競爭力缺乏。電解水制氫是“電—氫”耦合關鍵環(huán)節(jié)，從技術來看，堿性電解水制氫更為成熟，且技術水平同國外總體相近，可優(yōu)先開展示范應用；質子交換膜電解水雖然處于產業(yè)化前期階段，但負載范圍廣、響應速度快、占地面積小、降本潛力大、電解質無害，與可再生能源發(fā)展適配性好，但技術水平與國際先進企業(yè)相差較遠，應通過聯(lián)合攻關等方式加快技術布局。
加快氫能管理破冰及政策傾斜，為綠氫生產及可再生能源消納釋放空間。一方面，氫氣依然被歸為?；?，其制取、儲運方式受限，制約了需求側制氫模式推動，應推動氫氣管理定位向能源轉變，或在綠氫生產示范區(qū)批準特許；另一方面，電價機制不靈活使得對于棄電及低谷電利用不足，制約了需求側制氫模式推廣及參與需求側響應積極性，應通過電力市場等形式推動需求側制氫企業(yè)直購電，并推動電解水制氫納入需求側響應參與主體。
科學制定電解水制氫運行模式，多措并舉推動電解水制氫規(guī)模化、低成本應用。成本過高是當前電解水制氫推廣的瓶頸，主要包括電價成本和初始投資成本。一方面，電解水制氫設備年利用小時數處于3000~4000水平時經濟效益最佳，由于可再生能源棄電隨機、量?。夒娐实陀?%）、集中（主要在西部地區(qū)）、波動大，應在充分利用棄電量的同時，以當地低谷電作為利用主體；另一方面，未來電解水制氫的規(guī)?；l(fā)展，有賴于自身技術進步帶來的效率提升、設備成本下降以及單體制氫能力提高，同時依托規(guī)模效應提高經濟性。
（作者系國網能源研究院能源戰(zhàn)略與規(guī)劃研究所研究員）
