中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：電-氫協(xié)同發(fā)展是實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的關(guān)鍵路徑，也是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要支撐。電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的電價(jià)機(jī)制對(duì)氫儲(chǔ)能具有顯著引導(dǎo)作用，有助于彌補(bǔ)電-氫轉(zhuǎn)換效率損失，綜合利用電解槽和燃料電池參與輔助服務(wù)是提升盈利能力的關(guān)鍵策略之一，統(tǒng)籌可再生能源制氫和售氫業(yè)務(wù)可大幅提升整體經(jīng)濟(jì)效益，是實(shí)現(xiàn)售氫盈利策略向未來電力市場(chǎng)盈利的有效過渡手段。
目前，全球能源正向著綠色減碳方向發(fā)展，而氫能是這一能源變革的必然選擇。依托多功能性和清潔性的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，氫能與電力系統(tǒng)形成了耦合互補(bǔ)的形態(tài)特征，并在交通、工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域提供深度脫碳的解決方案。據(jù)國際能源署報(bào)告，2030年全球綠氫產(chǎn)能預(yù)計(jì)達(dá)3800萬噸。我國綠氫產(chǎn)業(yè)預(yù)計(jì)在2030年后進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展階段，綠氫替代總需求將從2030年的800萬噸擴(kuò)張至2060年的1億噸規(guī)模，并在2040年后綠氫需求量超過美國。氫能產(chǎn)業(yè)的快速擴(kuò)張為新型電力系統(tǒng)提供了新發(fā)展引擎。然而，在統(tǒng)籌規(guī)劃電-氫協(xié)同發(fā)展格局時(shí)，如何精準(zhǔn)發(fā)力，構(gòu)建深度融合的電-氫產(chǎn)業(yè)體系、賦能推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，仍是一項(xiàng)至關(guān)重要且復(fù)雜的戰(zhàn)略任務(wù)。
電-氫耦合技術(shù)正從電解水制氫、氫能汽車船舶等元件級(jí)的前瞻研究，邁向系統(tǒng)級(jí)的戰(zhàn)略布局，為促進(jìn)電-氫耦合與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，本文提出了符合我國氫能建設(shè)情況的電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)的多維商業(yè)運(yùn)營模式與發(fā)展策略。首先，梳理總結(jié)了國內(nèi)外電-氫領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢(shì)與典型電-氫項(xiàng)目建設(shè)現(xiàn)狀。其次，提出了電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)多維商業(yè)模式，并在不同邊界條件下進(jìn)行盈利空間測(cè)算。最后，結(jié)合國內(nèi)外電-氫發(fā)展趨勢(shì)與我國電-氫發(fā)展區(qū)域特征，因地制宜提出電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)商業(yè)模式發(fā)展的政策建議。
電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)內(nèi)涵與發(fā)展態(tài)勢(shì)
● 電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)內(nèi)涵
電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)是一種結(jié)合電能和氫能的儲(chǔ)能與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)能源高效利用和可再生能源的最大化整合，如下圖所示。其運(yùn)行的基本原理是通過電解水制氫，將電能轉(zhuǎn)化為氫能儲(chǔ)存，并在需要時(shí)通過燃料電池或燃?xì)錂C(jī)組將氫能重新轉(zhuǎn)化為電能，形成“電-氫-電”循環(huán)利用，從而實(shí)現(xiàn)不同能源形式的互補(bǔ)協(xié)同。
↑ 電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
與其他新型儲(chǔ)能系統(tǒng)相比，電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)在可再生能源集成、季節(jié)性儲(chǔ)能、與電網(wǎng)互補(bǔ)、“碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)等方面具有如下優(yōu)勢(shì)與形態(tài)特征：在電源側(cè)，電解槽具備較大的靈活調(diào)節(jié)空間，可實(shí)時(shí)追蹤可再生能源出力，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)。摻氫/純氫燃?xì)廨啓C(jī)則作為可控穩(wěn)定電源，在提供可靠出力的同時(shí)還能提供大量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，保證電壓與頻率穩(wěn)定。
在電網(wǎng)側(cè)，利用氫儲(chǔ)能跨季節(jié)、長(zhǎng)周期、大容量存儲(chǔ)特性，可積極參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)，提高電力系統(tǒng)靈活性與調(diào)節(jié)能力。此外，氫能的就地轉(zhuǎn)化和分散式管道供能特點(diǎn)，有助于減輕電網(wǎng)長(zhǎng)距離輸電負(fù)擔(dān)和損耗。
在用戶側(cè)，通過氫燃料電池?zé)犭娐?lián)供、區(qū)域電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、工業(yè)售氫業(yè)務(wù)及交通/建筑深度脫碳的應(yīng)用，可擴(kuò)展氫能終端應(yīng)用范圍和綜合能源業(yè)務(wù)發(fā)展，推動(dòng)電-氣-熱多能融合互補(bǔ)。
● 國內(nèi)外電-氫領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢(shì)
（1）國外電-氫領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢(shì)
美國關(guān)于氫能部署戰(zhàn)略主要集中于降低制氫成本和給予氫能財(cái)政補(bǔ)貼。為解決氫能產(chǎn)業(yè)面臨的技術(shù)成本難題，美國啟動(dòng)了“氫能源地球計(jì)劃”，目標(biāo)在2031年前將氫能的成本降至1美元/千克。財(cái)政支持是推動(dòng)氫能發(fā)展的關(guān)鍵因素，2021年美國通過了《基礎(chǔ)設(shè)施投資和就業(yè)法案》，計(jì)劃提供80億美元建設(shè)區(qū)域清潔氫中心，10億美元用于研發(fā)電解水制氫技術(shù)等。同時(shí)，《通脹削減法案》首次引入了清潔氫生成的稅收抵免政策，根據(jù)制氫生命周期排放量分級(jí)給予補(bǔ)貼，其中綠氫生產(chǎn)商最高可獲得3美元/千克氫的稅收減免。
歐盟聚焦于氫能投資和市場(chǎng)構(gòu)建，力圖讓氫能市場(chǎng)發(fā)揮主導(dǎo)作用。2022年5月，歐盟委員會(huì)發(fā)布REPowerEU計(jì)劃，提出要建設(shè)首個(gè)歐洲可再生氫交易中心，開展歐元-氫能交易，積極構(gòu)建氫能市場(chǎng)框架。為進(jìn)一步刺激和支持氫能投資，2023年歐盟委員會(huì)發(fā)布了歐洲氫能銀行計(jì)劃，并啟動(dòng)首批氫能試點(diǎn)拍賣，累計(jì)吸引了132個(gè)投標(biāo)項(xiàng)目。另一方面，歐盟各成員國密集推出綠氫及電解槽補(bǔ)貼政策。2023年，法國推出了40億歐元的“差價(jià)補(bǔ)貼合同”方案，以彌補(bǔ)清潔氫和灰氫之間的成本差距。
德國的氫戰(zhàn)略從啟動(dòng)之時(shí)就專注于國內(nèi)和進(jìn)口兼顧的發(fā)展原則，積極推進(jìn)氫基補(bǔ)貼與國際合作。根據(jù)《可再生能源法（2021）》，德國將減免用于綠氫制取的可再生能源附加費(fèi)，減免幅度最高可達(dá)100%。為保障綠氫企業(yè)的投資回報(bào)，德國將試點(diǎn)碳差價(jià)合約約定的碳價(jià)格與碳市場(chǎng)交易價(jià)格的差額由政府補(bǔ)足，從而降低制氫成本。同時(shí)，依靠從歐盟國家為主的地區(qū)進(jìn)口，建立生產(chǎn)、運(yùn)輸綠氫的合作機(jī)制，推出“綠色氫潛能地圖”項(xiàng)目與H2Globa計(jì)劃，通過投資擴(kuò)大綠氫貿(mào)易范疇與價(jià)格需求確定性，強(qiáng)化氫能國際合作。
日韓基于自身資源劣勢(shì)，將氫能視為未來能源缺口的重要補(bǔ)充，同步開展國內(nèi)外制氫項(xiàng)目建設(shè)及氫能技術(shù)輸出。一方面，大力探索氫基能源利用技術(shù)，以建立供氫網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃為框架，推動(dòng)氫基能源在儲(chǔ)氫、發(fā)電、船舶等領(lǐng)域的應(yīng)用。2023年，日韓加氫站增量分別位居全球第二和第三。另一方面則積極布局海外制氫項(xiàng)目建設(shè)，形成新的氫經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。2023年日韓兩國的各大企業(yè)在澳洲、東南亞等地簽訂了一系列綠氫項(xiàng)目開發(fā)協(xié)議。此外，韓國正計(jì)劃推出與美國類似的“清潔氫認(rèn)證+稅收抵免”的補(bǔ)貼方案，以進(jìn)一步支持氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
（2）國內(nèi)電-氫領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢(shì)
自2019年氫能首次寫入政府工作報(bào)告后，我國陸續(xù)出臺(tái)多項(xiàng)政策支持氫能發(fā)展。2020年3月，國家發(fā)展改革委印發(fā)《關(guān)于加快建立綠色生產(chǎn)和消費(fèi)法規(guī)政策體系的意見》，提出通過建立相關(guān)法規(guī)政策體系，為氫能等清潔能源技術(shù)的發(fā)展提供政策支持和激勵(lì)。2022年3月，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021－2035年）》，明確了氫能在我國能源綠色低碳轉(zhuǎn)型中的戰(zhàn)略定位，并提出探索可再生能源發(fā)電制氫支持性電價(jià)政策。2024年9月，中共中央、國務(wù)院出臺(tái)《關(guān)于加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型的意見》，強(qiáng)調(diào)了要統(tǒng)籌推進(jìn)氫能的“制儲(chǔ)輸用”全鏈條發(fā)展，促使氫能的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化應(yīng)用將得到更多政策支持。同年9月，國家發(fā)展改革委發(fā)布《關(guān)于組織申報(bào)第二批綠色低碳先進(jìn)技術(shù)示范項(xiàng)目的通知》，將煤電機(jī)組摻氫/摻氨發(fā)電納入綠色低碳示范項(xiàng)目，表明加速推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的政策導(dǎo)向。上述政策系統(tǒng)地明確了氫能的戰(zhàn)略定位和發(fā)展重點(diǎn)，為集聚氫能產(chǎn)業(yè)鏈和核心技術(shù)提供了指引。
從地方涉氫文件來看，各省市利好政策相繼出臺(tái)，成為支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)推動(dòng)力量。2020年，山東省發(fā)布《山東省氫能產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2020－2030年）》，提出要全力打造“中國氫谷”“東方氫島”兩大品牌，培育壯大以濟(jì)南和青島為重點(diǎn)的“魯氫經(jīng)濟(jì)帶”。作為全國首個(gè)燃料電池汽車示范城市群，廣東出臺(tái)《廣東省加快建設(shè)燃料電池汽車示范城市群行動(dòng)計(jì)劃（2022－2025年）》，從關(guān)鍵零部件研發(fā)、加氫站建設(shè)等方面進(jìn)行補(bǔ)貼。北京推出《北京市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施方案（2021－2025年）》，以冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)重大示范工程為依托，在京津冀范圍探索更多應(yīng)用場(chǎng)景供電、供熱的商業(yè)化模式。四川明確規(guī)定電解氫執(zhí)行單一制輸配電價(jià)0.105元/千瓦時(shí)，因地制宜打造以“綠色氫源”為核心的水電制氫。山西呂梁?jiǎn)?dòng)“稅惠氫能”專項(xiàng)行動(dòng)，2022年氫能企業(yè)通過稅費(fèi)優(yōu)惠退稅超57億元，以“稅動(dòng)力”助力打造氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展“新高地”。通過分析上述政策可知，各省市已不再單純依賴傳統(tǒng)的項(xiàng)目補(bǔ)貼形式，而是通過品牌打造、示范引領(lǐng)、商業(yè)應(yīng)用等方面來引導(dǎo)和支持集聚氫能產(chǎn)業(yè)鏈，同時(shí)推出電價(jià)優(yōu)惠、稅收減免、研發(fā)資金支持等多元化的激勵(lì)機(jī)制，進(jìn)一步推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
從區(qū)域能源特征來看，各地區(qū)在氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的功能定位各具特色。三北地區(qū)有望成為中國電解水制氫產(chǎn)能的主要聚集地，風(fēng)電制氫或風(fēng)光一體化制氫占比將逐漸升高。一方面，新疆維吾爾自治區(qū)、寧夏回族自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)等地風(fēng)/光資源豐富，對(duì)氫能綜合成本的快速下降具有重要作用；另一方面，上述地區(qū)分布有油氣加工、甲醇生產(chǎn)等一系列用氫裝置，能夠?yàn)闅淠艿拇笠?guī)模工業(yè)應(yīng)用提供技術(shù)驗(yàn)證并實(shí)現(xiàn)有效消納。東部沿海地區(qū)的風(fēng)電制氫模式有望成為中國綠氫產(chǎn)能主要來源。東部沿海各省陸上及海上風(fēng)電技術(shù)可開發(fā)量超過4太瓦；此外，東部沿海的眾多港口將為氫基能源的對(duì)外貿(mào)易提供先發(fā)優(yōu)勢(shì)。廣東省、上海市、北京市等氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)則有望成為全國燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的重鎮(zhèn)。上述城市群內(nèi)擁有相對(duì)完善的產(chǎn)業(yè)鏈條和集聚優(yōu)勢(shì)，從核心零部件制造到整車研發(fā)生產(chǎn)，再到氫能供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)及售后服務(wù)體系構(gòu)建，形成了完整的燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài)。隨著燃料電池汽車在頭部城市的集中推廣，部署大型加氫站以及低成本的制氫加氫一體站逐漸成為發(fā)展重心。
（3）國內(nèi)外典型電-氫項(xiàng)目現(xiàn)狀
為準(zhǔn)確把握電-氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，下表列舉了國內(nèi)外典型電氫-項(xiàng)目的建設(shè)現(xiàn)狀。
↑ 國內(nèi)外典型電-氫項(xiàng)目建設(shè)現(xiàn)狀
梳理可知，國內(nèi)外典型電-氫項(xiàng)目總體上可分為兩類：（1）可再生能源基地規(guī)模化制氫項(xiàng)目，主要指大型可再生能源基地通過電解水技術(shù)規(guī)?；茪洌a(chǎn)氫能的同時(shí)消納富余風(fēng)光資源，典型如瑞典的H2GS項(xiàng)目、澳大利亞的亞洲可再生能源中心項(xiàng)目、德國的美因茨項(xiàng)目，國內(nèi)的內(nèi)蒙古光伏電站制氫項(xiàng)目和吉林的風(fēng)光制氫項(xiàng)目等；（2）配用電側(cè)/微網(wǎng)側(cè)電-氫耦合與綜合利用項(xiàng)目，這些項(xiàng)目制氫規(guī)模較小，但將氫能生產(chǎn)、存儲(chǔ)、消費(fèi)等環(huán)節(jié)互聯(lián)互通，用以探索驗(yàn)證電-氫耦合的運(yùn)行靈活性，典型如日本的FH2R項(xiàng)目、國內(nèi)的浙江慈溪?dú)潆婑詈衔⒕W(wǎng)、大陳島氫能綜合利用工程和安徽六安氫能互補(bǔ)微網(wǎng)項(xiàng)目等。
電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)多維商業(yè)運(yùn)營模式
● 多維商業(yè)運(yùn)營模式分析
由于氫能產(chǎn)業(yè)尚未規(guī)?；懂a(chǎn)，目前電-氫項(xiàng)目主要以技術(shù)示范為主，核心在于突破氫能技術(shù)瓶頸問題，對(duì)于經(jīng)濟(jì)性問題則較少考慮。為推動(dòng)氫能經(jīng)濟(jì)從構(gòu)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)的商業(yè)化路徑與市場(chǎng)機(jī)制成為重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。
依據(jù)氫能經(jīng)濟(jì)的發(fā)展周期，電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)的盈利模式可劃分為3個(gè)階段，如下圖所示。
↑ 電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)盈利模式分析
初期階段，研究多元售氫模式。依托氫能的高熱值屬性，推動(dòng)氫能在各領(lǐng)域作為能源載體的應(yīng)用，包括交通供能、工業(yè)供給等。以終端應(yīng)用為產(chǎn)業(yè)支柱，通過完善氫能銷售渠道和優(yōu)化氫能價(jià)格體系，提升氫能的市場(chǎng)接受度和應(yīng)用范圍。
中期階段，探索電力市場(chǎng)收益模式。利用電氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)靈活運(yùn)行特性，探索其參與電力市場(chǎng)的路徑，通過投標(biāo)、提供輔助服務(wù)等方式獲取額外收益。美國能源部從技術(shù)驗(yàn)證的角度證實(shí)了電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)可提供調(diào)頻、調(diào)壓、爬坡、需求響應(yīng)、價(jià)格響應(yīng)、容量市場(chǎng)等服務(wù)。
未來階段，評(píng)估減碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值。依托綠氫的清潔低碳潛力，賦予綠氫減碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值，如建設(shè)國際性的氫信用交易體系、頒布綠色氫能證書等。與傳統(tǒng)售氫市場(chǎng)側(cè)重于氫的能源屬性不同，綠氫市場(chǎng)更注重其減碳效應(yīng)。通過構(gòu)建綠氫市場(chǎng)體系，逐步發(fā)揮綠氫的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益，從而縮小與傳統(tǒng)氫源的成本差距。
然而，電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)的商業(yè)模式剛剛起步，尚處于售氫市場(chǎng)到電力市場(chǎng)的過渡階段，缺乏明確的指導(dǎo)建議。為此，結(jié)合電-氫項(xiàng)目建設(shè)現(xiàn)狀，提出3種商業(yè)模式：氫儲(chǔ)能套利模式、參與輔助服務(wù)模式、可再生能源制氫售氫模式。并以上述3種商業(yè)模式為例進(jìn)行盈利能力測(cè)算，從而提出電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)商業(yè)模式部署的關(guān)鍵著力點(diǎn)。
商業(yè)模式一為“低價(jià)制氫+高價(jià)發(fā)電”氫儲(chǔ)能套利模式。在該模式下，電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)在電價(jià)較低時(shí)利用電解槽進(jìn)行電解水制氫并通過儲(chǔ)氫罐儲(chǔ)存，在電價(jià)較高時(shí)利用氫儲(chǔ)罐中的氫氣進(jìn)行燃料電池發(fā)電，只利用電網(wǎng)電力通過氫儲(chǔ)能買賣電量套利盈利，如下圖所示。
↑ 氫儲(chǔ)能套利模式示意圖
商業(yè)模式二為電-氫參與輔助服務(wù)模式?；陔?氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)技術(shù)靈活性特征，探討未來不同政策制定情景下電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)的收益情況?？紤]到未來電-氫參與輔助服務(wù)的準(zhǔn)入門檻逐漸完善，設(shè)定為以下3種情景：（1）只允許電解槽參與輔助服務(wù)；（2）只允許燃料電池發(fā)電參與輔助服務(wù)；（3）二者同時(shí)參與輔助服務(wù)，如下圖所示。
↑ 電-氫參與輔助服務(wù)模式示意圖
商業(yè)模式三為可再生能源制氫售氫模式。在該模式下，電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)利用可再生能源電解水制氫，盈余可再生能源選擇上網(wǎng)獲取收益?？紤]到售氫政策放開的情況，將電解產(chǎn)物氫和氧向下游交通、工業(yè)等領(lǐng)域出售，如下圖所示。
↑ 可再生能源制氫售氫模式示意圖
● 盈利空間測(cè)算
以電解槽及燃料電池容量均為1兆瓦的氫能電站為例進(jìn)行測(cè)算。氫能電站的氫能設(shè)備參數(shù)按照目前主流取值，制氫效率為70%，燃料電池發(fā)電效率為60%。由于安徽省分時(shí)電價(jià)峰谷差較大，取安徽省2024年7月份工業(yè)用電峰價(jià)為1.1883元/千瓦時(shí)，谷價(jià)為0.3140元/千瓦時(shí)，平價(jià)為0.6838元/千瓦時(shí)?？紤]到目前尚未有電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)參與輔助服務(wù)的詳細(xì)政策文件，此處以電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)參與調(diào)頻服務(wù)進(jìn)行測(cè)算。由于山西等地區(qū)制定了較為完整的調(diào)頻政策，規(guī)定獨(dú)立儲(chǔ)能參與調(diào)頻市場(chǎng)的申報(bào)價(jià)格為5～10元/兆瓦，因此按照10元/兆瓦的價(jià)格進(jìn)行測(cè)算?？稍偕茉囱b機(jī)規(guī)模為1兆瓦，采用全年實(shí)際風(fēng)光發(fā)電量，盈余電量以實(shí)時(shí)電價(jià)上網(wǎng)。氫需求量取50噸/年，售氫價(jià)格按照主流氫市場(chǎng)價(jià)格取33.66元/公斤。
峰谷分時(shí)電價(jià)及電力現(xiàn)貨市場(chǎng)實(shí)時(shí)電價(jià)下氫能電站的成本收益情況如下表所示。當(dāng)氫能電站只從電網(wǎng)進(jìn)行套利時(shí)，在目前的電價(jià)水平和電價(jià)波動(dòng)范圍下整體收益都較小，其主要原因有兩方面：（1）氫儲(chǔ)能需要滿足特定的電價(jià)差才會(huì)進(jìn)行充放電，因此導(dǎo)致充放電次數(shù)少、裝置利用率低；（2）轉(zhuǎn)換效率低，單次充放電循環(huán)的收益有限。而電力現(xiàn)貨市場(chǎng)下實(shí)時(shí)電價(jià)引導(dǎo)作用更明顯、電價(jià)差及波動(dòng)性更大，收益相較于分時(shí)電價(jià)下的年收益提高53.9％，表明推進(jìn)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)有利于氫儲(chǔ)能套利模式的發(fā)展，后續(xù)測(cè)算也將以實(shí)時(shí)電價(jià)為前提展開。
↑ 分時(shí)電價(jià)和實(shí)時(shí)電價(jià)下商業(yè)模式一的收益情況
實(shí)時(shí)電價(jià)下不同商業(yè)模式的收益情況如下表所示。下表顯示，僅通過氫儲(chǔ)能買賣電套利，則氫能電站的年收益最少。通過加入調(diào)頻服務(wù)、可再生能源制氫和售氫業(yè)務(wù)后，氫能電站的年收益分別增加4.7％、387.6％。
↑ 實(shí)時(shí)電價(jià)下不同商業(yè)模式的收益情況對(duì)比
在商業(yè)模式二中，相比只利用氫燃料電池與只利用電解槽參與調(diào)頻的情況，二者同時(shí)參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)下氫能電站收益更高。購電成本的增加和售電收入的減少，說明氫能電站在更多的時(shí)點(diǎn)選擇參與調(diào)頻，而不是通過電價(jià)差套利。然而，氫能電站規(guī)模較小是導(dǎo)致其調(diào)頻收入較少的原因之一。
在商業(yè)模式三中，可再生能源的部署為電解槽提供了動(dòng)力來源，大幅降低其購電成本。在電價(jià)峰值時(shí)，電解槽制氫收益低，可再生能源選擇上網(wǎng)獲取大量收益，上網(wǎng)收入為68.71萬元；此外，售氫業(yè)務(wù)的擴(kuò)展為氫能電站提供了額外的168.30萬元收益。商業(yè)模式三綜合可再生能源和售氫業(yè)務(wù)的策略，不僅極大提升了整體經(jīng)濟(jì)效益，還有效減少了棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)上下游的融合。
● 敏感性分析
在電價(jià)差固定的邊界條件下，分析電-氫-電整體轉(zhuǎn)換效率對(duì)氫能電站經(jīng)濟(jì)性的影響，結(jié)果如下圖所示。隨著轉(zhuǎn)換效率的提升，無論是分時(shí)電價(jià)還是實(shí)時(shí)電價(jià)下，氫能電站的經(jīng)濟(jì)性都顯著提升。同時(shí)，實(shí)時(shí)電價(jià)下的收益均高于分時(shí)電價(jià)，再次驗(yàn)證推進(jìn)電力市場(chǎng)建設(shè)有助于提升氫能電站的收益。
↑ 轉(zhuǎn)換效率對(duì)氫能電站經(jīng)濟(jì)性的影響
在整體轉(zhuǎn)換效率固定的邊界條件下，分析電價(jià)峰谷差對(duì)氫能電站經(jīng)濟(jì)性的影響，結(jié)果如下圖所示。電價(jià)峰谷差越大，氫能電站通過“買低賣高”的方式獲利能力越強(qiáng)，從而提高整體盈利能力。未來隨著電價(jià)峰谷差距增大，價(jià)格差有望覆蓋效率折損，從而縮短氫能電站投資回報(bào)期。
↑ 電價(jià)峰谷差對(duì)氫能電站經(jīng)濟(jì)性的影響
在電價(jià)峰谷差固定的邊界條件下，分析調(diào)頻補(bǔ)償價(jià)格、調(diào)頻策略（僅電解槽調(diào)頻、僅燃料電池調(diào)頻、同時(shí)調(diào)頻）對(duì)氫能電站經(jīng)濟(jì)性的影響，結(jié)果如下圖所示。隨著調(diào)頻補(bǔ)償價(jià)格的提高，電解槽和燃料電池均參與深度調(diào)頻，氫能電站的經(jīng)濟(jì)性顯著改善。同時(shí)，由于電解槽具有更為靈活的高功率波動(dòng)適應(yīng)性和秒級(jí)調(diào)頻能力，因此電解槽的調(diào)頻優(yōu)勢(shì)和收益高于燃料電池。分析表明，適當(dāng)提高調(diào)頻補(bǔ)償價(jià)格，綜合利用調(diào)頻資源，是提升氫能電站參與輔助服務(wù)經(jīng)濟(jì)性的有效手段。在未來政策放開的情況下，電解槽、燃料電池可同時(shí)參與調(diào)峰、調(diào)頻、爬坡等輔助服務(wù)，以獲取更高收益。
↑ 調(diào)頻補(bǔ)償價(jià)格和調(diào)頻策略對(duì)氫能電站經(jīng)濟(jì)性的影響
在氫需求量固定的邊界條件下，分析可再生能源裝機(jī)規(guī)模對(duì)氫能電站經(jīng)濟(jì)性的影響，結(jié)果如下圖所示。大規(guī)模的可再生能源裝機(jī)容量使氫能生產(chǎn)更獨(dú)立于電網(wǎng)電價(jià)波動(dòng)，增強(qiáng)了氫能電站應(yīng)對(duì)氫市場(chǎng)需求變化的靈活性。同時(shí)，可再生能源大量上網(wǎng)進(jìn)一步提升了氫能電站的經(jīng)濟(jì)性。但可再生能源裝機(jī)容量不可無限擴(kuò)大，否則會(huì)加劇棄風(fēng)棄光現(xiàn)象。此外，由于區(qū)域可再生能源的空間相關(guān)性，盈余電量上網(wǎng)的邊際效益逐漸降低。在未來氫能電站投資布局中，合理擴(kuò)大可再生能源裝機(jī)規(guī)模，是提升經(jīng)濟(jì)性的重要策略。
↑ 可再生能源裝機(jī)規(guī)模對(duì)氫能電站經(jīng)濟(jì)性的影響
在可再生能源裝機(jī)規(guī)模固定的邊界條件下，分析氫需求量對(duì)氫能電站經(jīng)濟(jì)性的影響，結(jié)果如下圖所示。隨著氫需求量的增加，制氫成本可以在更大范圍內(nèi)攤銷，提高了整體經(jīng)濟(jì)效益。然而，當(dāng)氫需求量達(dá)到一定水平后，設(shè)備容量接近飽和，邊際效益開始遞減。當(dāng)需求量超過100噸時(shí)，氫能電站不得不在電價(jià)高峰制氫以滿足氫需求，導(dǎo)致收益降低。因此，隨著氫能終端應(yīng)用的多元化，氫能電站的設(shè)備容量需與逐漸攀升的用氫需求相匹配。
↑ 氫需求量對(duì)氫能電站經(jīng)濟(jì)性的影響
● 商業(yè)模式發(fā)展路徑及其制約因素
在對(duì)不同商業(yè)模式進(jìn)行盈利空間測(cè)算與敏感性分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)其制約因素如下表所示。
↑ 多維商業(yè)模式發(fā)展路徑及其制約因素總結(jié)
中國電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)商業(yè)模式發(fā)展策略與關(guān)鍵舉措
● 引導(dǎo)規(guī)?；l(fā)展布局
推動(dòng)重大工程示范落地，是助力氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有力抓手。然而，我國各地區(qū)資源稟賦存在較大差異，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度不盡相同。要實(shí)現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)商業(yè)化、規(guī)?；顿Y布局，關(guān)鍵在于“因地制宜”和“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”，從而推動(dòng)各地形成區(qū)域化發(fā)展格局。
打造西部、北部地區(qū)的綠氫供應(yīng)基地。依托新疆維吾爾自治區(qū)、寧夏回族自治區(qū)、甘肅省、內(nèi)蒙古自治區(qū)等西部、北部地區(qū)稟賦的可再生資源，圍繞國家“三基地一通道”能源產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略定位，重點(diǎn)打造國家大型可再生能源制氫供應(yīng)基地，推進(jìn)西氫東送、北氫南送的布局。同時(shí)，西部、北部地區(qū)豐富的工業(yè)用氫基礎(chǔ)也為氫能商業(yè)化發(fā)展提供了重要支持。有必要以綠氫為源頭，重點(diǎn)發(fā)展綠氫化工、氫冶金、氫制甲醇等產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建以可再生能源制氫就近利用為主的氫能商業(yè)供應(yīng)體系。
開展華中地區(qū)的氫能技術(shù)試點(diǎn)工程。湖北、安徽等華中地區(qū)送受端并存、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是電氫耦合與綜合利用的理想試點(diǎn)區(qū)域?；谏鲜龅貐^(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)開展電-氫耦合技術(shù)研發(fā)和運(yùn)營機(jī)制探索，通過優(yōu)化電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)在不同電網(wǎng)條件下的運(yùn)行條件，實(shí)現(xiàn)一批前瞻性技術(shù)的實(shí)際驗(yàn)證，以更好支撐氫能與電網(wǎng)的友好接入。
推進(jìn)氫能發(fā)達(dá)地區(qū)的商業(yè)示范項(xiàng)目。引導(dǎo)廣東、上海等技術(shù)創(chuàng)新能力強(qiáng)、氫能發(fā)展?jié)摿Υ蟮牡貐^(qū)實(shí)施一批具有示范效應(yīng)的商業(yè)項(xiàng)目，如商業(yè)加氫站、氫源基地、氫能產(chǎn)業(yè)帶與數(shù)據(jù)平臺(tái)、多能互補(bǔ)氫園區(qū)等，將技術(shù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為商業(yè)發(fā)展優(yōu)勢(shì)，打造一流的氫經(jīng)濟(jì)商業(yè)示范城市。
布局經(jīng)濟(jì)圈城市群的氫能交通網(wǎng)絡(luò)。堅(jiān)持“示范引領(lǐng)、由點(diǎn)及面、區(qū)域輻射”發(fā)展思路，重點(diǎn)布局珠三角、長(zhǎng)三角、京津冀等綠色轉(zhuǎn)型需求大、氫能產(chǎn)業(yè)鏈較完善、應(yīng)用場(chǎng)景較多的城市，優(yōu)先推動(dòng)落地形成布局合理、供需匹配的氫能交通體系，以氫能交通布局需求倒逼氫能產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)，并通過區(qū)域輻射效應(yīng)為全國氫能交通布局提供示范和借鑒。
● 明確市場(chǎng)化政策導(dǎo)向
為有效提升電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)的市場(chǎng)效能，有必要開放電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)參與電力市場(chǎng)的路徑，推動(dòng)相關(guān)部門健全電力市場(chǎng)，明確市場(chǎng)化政策導(dǎo)向。
加大負(fù)荷中心的電價(jià)峰谷差，以彌補(bǔ)“以電制氫、氫再發(fā)電”成本。在氫儲(chǔ)能套利模式中，電價(jià)峰谷差是影響其盈利空間的關(guān)鍵因素之一。然而，新疆維吾爾自治區(qū)、甘肅省、內(nèi)蒙古自治區(qū)等西部、北部地區(qū)的電價(jià)峰谷差較小，氫儲(chǔ)能難以實(shí)現(xiàn)套利盈利。相比之下，江蘇、浙江等負(fù)荷中心地區(qū)的峰谷價(jià)差較大（高達(dá)0.9～1.2元/千瓦時(shí)），可以彌補(bǔ)部分氫能發(fā)電的成本。因此，建議重點(diǎn)推動(dòng)負(fù)荷中心電價(jià)峰谷差的政策支持，利用價(jià)格手段進(jìn)一步提升氫儲(chǔ)能的盈利能力。
建設(shè)更開放的電力市場(chǎng)環(huán)境，將電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)納入電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易主體。電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)作為靈活調(diào)節(jié)手段，其電量曲線能夠根據(jù)市場(chǎng)供需進(jìn)行調(diào)整，參加電力現(xiàn)貨市場(chǎng)是提升電氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)盈利能力的有效途徑之一。因此，有必要在廣東、山西等電力現(xiàn)貨市場(chǎng)現(xiàn)行區(qū)域率先啟動(dòng)電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)參與現(xiàn)貨交易的研究，提升電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)的盈利空間。
完善輔助服務(wù)市場(chǎng)的種類與補(bǔ)償機(jī)制，鼓勵(lì)電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)參與輔助服務(wù)。電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)若想獲得足夠的收益，需要深度參與輔助服務(wù)市場(chǎng)。然而目前輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模小、品種少，難以發(fā)揮電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)提供輔助服務(wù)的價(jià)值。因此，有必要在可再生能源裝機(jī)規(guī)模大、電網(wǎng)調(diào)峰需求高的寧夏回族自治區(qū)、河北省等地區(qū)建設(shè)一批電-氫參與輔助服務(wù)試點(diǎn)項(xiàng)目，豐富輔助服務(wù)市場(chǎng)產(chǎn)品種類，如調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓、備用、黑啟動(dòng)等。同時(shí)，需完善輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制（如寧夏給予0.8元/千瓦時(shí)調(diào)峰服務(wù)補(bǔ)償價(jià)格），以提升電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)參與輔助服務(wù)的動(dòng)力。
● 拓展多元化終端應(yīng)用
氫能將成為連接電力行業(yè)與其他終端消費(fèi)行業(yè)的重要媒介，也是促進(jìn)新型電力系統(tǒng)多元化發(fā)展的有效途徑?？紤]到氫能產(chǎn)業(yè)涉及專業(yè)面廣、參與主體多、終端應(yīng)用場(chǎng)景豐富，目前尚未固化形成清晰的職責(zé)與利益界面，有必要推動(dòng)相關(guān)部門統(tǒng)籌氫能產(chǎn)業(yè)鏈下游，構(gòu)建氫能商業(yè)化新發(fā)展格局。
擴(kuò)大電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)下游售氫范圍。多元化的終端應(yīng)用場(chǎng)景為售氫業(yè)務(wù)提供了廣闊的市場(chǎng)空間，然而上下游輸氫鏈條缺乏暢通的疏導(dǎo)機(jī)制，因此需打破工業(yè)、交通、建筑等領(lǐng)域的壁壘，實(shí)現(xiàn)氫能產(chǎn)業(yè)下游的全面融合。建議相關(guān)部門制定氫能管理規(guī)范政策以明確氫能的屬性及可利用領(lǐng)域，包括綠氫化工、氫能交通、氫冶金等，保障能源轉(zhuǎn)型與氫能行業(yè)發(fā)展協(xié)同并進(jìn)。
出臺(tái)低碳政策促進(jìn)下游用氫需求增長(zhǎng)。目前，國內(nèi)電-氫項(xiàng)目均以技術(shù)示范為主，經(jīng)濟(jì)盈利較少。而售氫作為現(xiàn)階段電力市場(chǎng)尚未健全情況下電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)的主要盈利方式，其收益依賴于各行業(yè)的整體脫碳進(jìn)展及規(guī)劃。建議相關(guān)部門出臺(tái)低碳政策，通過建立清潔氫認(rèn)證、碳排放核算方法等創(chuàng)新制度體系，拓展下游用氫需求，并使政策向用氫補(bǔ)貼傾斜，實(shí)現(xiàn)售氫盈利策略向未來電力市場(chǎng)盈利的有效過渡。
本文基于對(duì)現(xiàn)有電-氫盈利模式（包括多元售氫模式研究、電力市場(chǎng)收益探索以及減碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)估等）的深入分析，提出了適應(yīng)我國國情的電氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的多維商業(yè)模式，并在不同邊界條件下進(jìn)行盈利空間測(cè)算。在此基礎(chǔ)上，以我國區(qū)域能源特征為錨點(diǎn)，因地制宜制定各地區(qū)發(fā)展建議，為中國電-氫互補(bǔ)協(xié)同系統(tǒng)的商業(yè)化路徑提供了重要參考，助力電-氫協(xié)同在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
后續(xù)研究將考慮商業(yè)模式與其他形式儲(chǔ)能的橫向?qū)Ρ?，以評(píng)估氫儲(chǔ)能的盈利能力。未來，研究重點(diǎn)將聚焦于構(gòu)建綠氫市場(chǎng)，通過評(píng)估氫能的減碳經(jīng)濟(jì)價(jià)值，量化其對(duì)新型電力系統(tǒng)綠色溢價(jià)的影響。
