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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(ji)術、成(cheng)本、政策(ce)等推動下，氫能作為(wei)連接可再生(sheng)能源的紐帶和電力儲(chu)能介質成(cheng)為(wei)可能，在以新能源為(wei)主體的新型電力系統(tong)中扮演著越(yue)來越(yue)重要的角色。

氫能在新型電力系統中的定位

隨(sui)著可(ke)再生(sheng)能源裝機快速(su)(su)增長以及(ji)用(yong)戶側(ce)負(fu)荷的(de)多樣性變化(hua)，電(dian)網面臨諸(zhu)多問題與挑戰。在碳中和目(mu)標下，氫能作為(wei)新興零(ling)碳二(er)次能源得(de)到快速(su)(su)發展(zhan)，為(wei)電(dian)力系統發展(zhan)帶來了難得(de)的(de)機遇。

一(yi)是利用(yong)可(ke)(ke)(ke)(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)電(dian)制氫(qing)，促進可(ke)(ke)(ke)(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)消(xiao)納(na)。我(wo)國(guo)可(ke)(ke)(ke)(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)發展領先(xian)全球(qiu)，水(shui)、風(feng)、光裝機量均為世界第一(yi)，據國(guo)家能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)局發布的2020年(nian)可(ke)(ke)(ke)(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)并網(wang)運行情況可(ke)(ke)(ke)(ke)知，目(mu)前國(guo)內風(feng)電(dian)、光伏利用(yong)率分別為97%和98%，隨(sui)著大規(gui)模可(ke)(ke)(ke)(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)的快速發展，其運行消(xiao)納(na)問題會進一(yi)步顯現，利用(yong)可(ke)(ke)(ke)(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)制氫(qing)可(ke)(ke)(ke)(ke)有效提(ti)升我(wo)國(guo)可(ke)(ke)(ke)(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)消(xiao)納(na)水(shui)平。

二是利用氫儲(chu)(chu)能(neng)(neng)特(te)性，實現電能(neng)(neng)跨季(ji)節(jie)(jie)長(chang)(chang)周(zhou)期(qi)大規模(mo)存儲(chu)(chu)。電化學(xue)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)存在(zai)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)時(shi)(shi)間短(duan)，容量(liang)規模(mo)等級小(xiao)等不足，目前主要用于電網調(diao)頻調(diao)峰、平滑(hua)新能(neng)(neng)源出力波動性，實現小(xiao)時(shi)(shi)級別(bie)的(de)短(duan)周(zhou)期(qi)響應(ying)與調(diao)節(jie)(jie)，而氫儲(chu)(chu)能(neng)(neng)具有(you)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)容量(liang)大、儲(chu)(chu)存時(shi)(shi)間長(chang)(chang)、清潔無污染等優點，能(neng)(neng)夠在(zai)電化學(xue)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)不適用的(de)場景發揮優勢(shi)，在(zai)大容量(liang)長(chang)(chang)周(zhou)期(qi)調(diao)節(jie)(jie)的(de)場景中，氫儲(chu)(chu)能(neng)(neng)在(zai)經(jing)濟性上更具有(you)競爭(zheng)力。

三是利用氫(qing)能電(dian)(dian)站快速(su)響(xiang)應能力(li)，為新型電(dian)(dian)力(li)系(xi)統(tong)(tong)提(ti)供靈活(huo)(huo)調節手段(duan)。基于PEM（質子交換膜）的(de)電(dian)(dian)解水制氫(qing)裝(zhuang)備具有較寬的(de)功(gong)率(lv)波(bo)動適應性，可實現輸入功(gong)率(lv)秒(miao)級、毫秒(miao)級響(xiang)應，同時可適應10%—150%的(de)寬功(gong)率(lv)輸入，為電(dian)(dian)網(wang)提(ti)供調峰調頻服(fu)務(wu)，提(ti)高(gao)電(dian)(dian)力(li)系(xi)統(tong)(tong)安全性、可靠性、靈活(huo)(huo)性，是構建零(ling)碳電(dian)(dian)網(wang)和新型電(dian)(dian)力(li)系(xi)統(tong)(tong)的(de)重要手段(duan)。

四是推動(dong)跨領域(yu)多(duo)類型能源網絡(luo)互聯互通，拓展電(dian)能綜(zong)合利(li)(li)用(yong)途(tu)徑。氫(qing)能作為靈活高(gao)效的(de)二次(ci)能源，在(zai)能源消(xiao)費端可(ke)以利(li)(li)用(yong)電(dian)解(jie)槽(cao)和燃料(liao)電(dian)池，通過電(dian)氫(qing)轉換，實(shi)現電(dian)力、供熱(re)、燃料(liao)等多(duo)種能源網絡(luo)的(de)互聯互補和協同優化，推動(dong)分布式能源發展，提升(sheng)終(zhong)端能源利(li)(li)用(yong)效率(lv)。

電氫耦合的應用場景與分析

氫(qing)(qing)能(neng)(neng)在能(neng)(neng)源(yuan)、交通、工業、建筑(zhu)等領(ling)域(yu)具(ju)有(you)廣泛的(de)應用前景，可以作為(wei)能(neng)(neng)源(yuan)互(hu)聯轉化的(de)重要媒介，推動能(neng)(neng)源(yuan)清潔高效利用，實(shi)現大規模(mo)深(shen)度脫碳。氫(qing)(qing)能(neng)(neng)發展(zhan)的(de)初衷(zhong)是(shi)解決低碳和(he)生態環保(bao)等問題，可再生能(neng)(neng)源(yuan)電(dian)(dian)制氫(qing)(qing)是(shi)未來氫(qing)(qing)能(neng)(neng)發展(zhan)的(de)主要方(fang)向，將應用于新型電(dian)(dian)力系統“源(yuan)、網、荷”各環節，呈現電(dian)(dian)氫(qing)(qing)耦合發展(zhan)態勢。

一是應用(yong)于電源側。利(li)用(yong)可再(zai)(zai)生(sheng)能(neng)源綠色制(zhi)氫技(ji)術，將風(feng)能(neng)、太陽(yang)能(neng)等可再(zai)(zai)生(sheng)能(neng)源電力(li)清潔高效地轉換為氫能(neng)，推動氫能(neng)在(zai)電源側與(yu)可再(zai)(zai)生(sheng)能(neng)源耦合，促(cu)進大規模(mo)可再(zai)(zai)生(sheng)能(neng)源消納，提高可再(zai)(zai)生(sheng)能(neng)源利(li)用(yong)率。

二是應用于(yu)電網(wang)側。利(li)用氫能具有跨季(ji)節、長時間的儲能特性(xing)，發揮(hui)氫儲能作用，可積(ji)極參(can)與電網(wang)調峰調頻(pin)輔助服務，提高電力系統安(an)全性(xing)、可靠性(xing)、靈活性(xing)，實(shi)現能源跨地域和跨季(ji)節的能源優化配置。

三是(shi)應(ying)用于用戶側。通過氫(qing)燃料(liao)電(dian)池熱(re)電(dian)聯供(gong)、區域電(dian)網(wang)調(diao)峰調(diao)頻及建筑深度(du)脫碳減(jian)排(pai)的應(ying)用，可(ke)擴展(zhan)氫(qing)能(neng)在終(zhong)端用能(neng)領域的應(ying)用范圍和(he)綜(zong)合(he)能(neng)源業務發展(zhan)，推動(dong)冷-熱(re)-電(dian)-氣多(duo)能(neng)融合(he)互補，提升終(zhong)端能(neng)源效率和(he)低碳化水平(ping)。

通(tong)過(guo)(guo)分析源(yuan)(yuan)側棄電制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)、網(wang)側氫(qing)(qing)儲能(neng)、負(fu)荷側利(li)用(yong)特(te)高壓(ya)通(tong)道(dao)(dao)(dao)直接(jie)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)三大(da)場(chang)(chang)景，可(ke)以(yi)看出，在(zai)(zai)源(yuan)(yuan)端(duan)(duan)利(li)用(yong)富(fu)余(yu)風(feng)、光(guang)(guang)(guang)、水等可(ke)再生能(neng)源(yuan)(yuan)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)，就地(di)銷(xiao)售到市(shi)場(chang)(chang)上(shang)(shang)可(ke)獲得較好收益(yi)，但是輸(shu)(shu)氫(qing)(qing)成本(ben)較高，長距(ju)離輸(shu)(shu)送到需求端(duan)(duan)不具(ju)備經濟(ji)(ji)性(xing)；在(zai)(zai)網(wang)側，氫(qing)(qing)儲能(neng)站(zhan)通(tong)過(guo)(guo)參與電網(wang)輔助服務和售氫(qing)(qing)氧收入，具(ju)備一(yi)定(ding)的(de)經濟(ji)(ji)性(xing)；從當前風(feng)電和光(guang)(guang)(guang)伏的(de)整體建設上(shang)(shang)來(lai)看，西(xi)北地(di)區具(ju)有(you)豐富(fu)的(de)風(feng)力(li)和光(guang)(guang)(guang)伏資源(yuan)(yuan)，經濟(ji)(ji)發(fa)達的(de)東(dong)南地(di)區是重要的(de)用(yong)氫(qing)(qing)需求地(di)，綠(lv)氫(qing)(qing)的(de)輸(shu)(shu)送通(tong)道(dao)(dao)(dao)和特(te)高壓(ya)輸(shu)(shu)送通(tong)道(dao)(dao)(dao)基本(ben)重合(he)，合(he)理利(li)用(yong)特(te)高通(tong)道(dao)(dao)(dao)長途輸(shu)(shu)電，在(zai)(zai)負(fu)荷側通(tong)過(guo)(guo)特(te)高壓(ya)通(tong)道(dao)(dao)(dao)直接(jie)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)，在(zai)(zai)成熟的(de)電力(li)市(shi)場(chang)(chang)價格機制(zhi)(zhi)下，相(xiang)比“源(yuan)(yuan)側電制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)+管(guan)道(dao)(dao)(dao)輸(shu)(shu)氫(qing)(qing)”應用(yong)場(chang)(chang)景，“特(te)高壓(ya)輸(shu)(shu)電+負(fu)荷側制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)”在(zai)(zai)經濟(ji)(ji)上(shang)(shang)更具(ju)有(you)競爭力(li)。

氫能在新型電力系統應用挑戰及建議

氫能自身(shen)屬性使其具(ju)備跨(kua)時間和(he)空間靈活應(ying)用的(de)潛力，在應(ying)對氣候變化、全(quan)球能源轉型的(de)大(da)背(bei)景下，國(guo)際上普遍認為(wei)氫能將(jiang)成為(wei)未來(lai)能源的(de)重要載體。

但是，受技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、經濟性、標準化等(deng)因素(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)在新(xin)型(xing)(xing)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)系(xi)(xi)統中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)用仍面(mian)臨諸多挑(tiao)戰(zhan)：一是缺少(shao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)耦合的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)勵(li)政策與(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)協(xie)同(tong)(tong)規(gui)劃。氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)已被(bei)國家(jia)作為中長期科學和技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)發展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)點研(yan)(yan)究(jiu)方向，也出(chu)臺(tai)了諸多氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)產(chan)(chan)業發展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相關(guan)(guan)政策，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)被(bei)明確納入“新(xin)型(xing)(xing)儲能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)”，但還有(you)(you)(you)待進(jin)(jin)(jin)一步明確在新(xin)型(xing)(xing)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)系(xi)(xi)統中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)定(ding)位(wei)，缺少(shao)相應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)勵(li)配套政策，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)與(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網規(gui)劃缺乏跨領(ling)域協(xie)同(tong)(tong)；二(er)是氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)裝備(bei)部(bu)分零部(bu)件卡脖子問題(ti)和電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)耦合關(guan)(guan)鍵技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)有(you)(you)(you)待突破。核心材料催(cui)化劑、質子交換膜以及儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)開發和生(sheng)產(chan)(chan)企業較(jiao)少(shao)，國內廠家(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)水平與(yu)國際先進(jin)(jin)(jin)水平有(you)(you)(you)一定(ding)差距，需(xu)要鼓勵(li)國內自主技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)快速迭(die)代和提升，同(tong)(tong)時氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)與(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)系(xi)(xi)統耦合的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)(guan)鍵技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)研(yan)(yan)究(jiu)較(jiao)少(shao)，在氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)與(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)網規(gui)劃、風光耦合的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)波動性制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)、適用于電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)密度儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)耦合運行控制(zhi)、氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)應(ying)用安全等(deng)方向還需(xu)進(jin)(jin)(jin)一步研(yan)(yan)究(jiu)；三是綠氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)生(sheng)產(chan)(chan)成(cheng)本較(jiao)高(gao)，氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)儲能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)經濟性尚(shang)未(wei)顯(xian)現(xian)。當(dang)前(qian)可再生(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源生(sheng)產(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)綠氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)價(jia)格比灰氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)高(gao)兩到三倍，電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)與(yu)燃料電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池效率還有(you)(you)(you)待提升；四是電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)耦合標準體系(xi)(xi)有(you)(you)(you)待完善。目前(qian)，可再生(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)系(xi)(xi)統儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)、電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)耦合運行控制(zhi)、氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)燃料電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池發電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)與(yu)熱電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)聯(lian)供方面(mian)標準體系(xi)(xi)還存在體系(xi)(xi)不(bu)健(jian)全甚至空白(bai)等(deng)問題(ti)，制(zhi)約了氫(qing)(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)產(chan)(chan)業發展。

因技術瓶頸和經濟性等原因，氫能當前(qian)還不具備大規模推廣的條(tiao)件，建議示(shi)范(fan)(fan)先(xian)行，隨著技術的進步與產業的成熟，逐步推廣，有序(xu)發展(zhan)。針對電氫耦(ou)合產業發展(zhan)存在的問題，建議從(cong)頂層設計、跨專業聯合攻關、標準化工作、示(shi)范(fan)(fan)建設加強布局。

一是加快(kuai)推進電氫(qing)協同(tong)和頂層政策(ce)設(she)計。建議(yi)氫(qing)能與新(xin)型電力系統建設(she)相結(jie)合，針對電氫(qing)耦合發展，開展激(ji)勵政策(ce)設(she)計，進行應用(yong)引導(dao)和優化補(bu)貼；

二是加強(qiang)(qiang)(qiang)跨專業(ye)聯(lian)合攻關(guan)(guan)(guan)及產學研(yan)(yan)(yan)協同研(yan)(yan)(yan)究。建議加強(qiang)(qiang)(qiang)跨領域跨產業(ye)聯(lian)合攻關(guan)(guan)(guan)，突(tu)破關(guan)(guan)(guan)鍵技術和卡脖子(zi)技術。加強(qiang)(qiang)(qiang)電氫(qing)基礎(chu)研(yan)(yan)(yan)究，培育電氫(qing)耦(ou)合跨專業(ye)聯(lian)合科研(yan)(yan)(yan)創新團隊(dui)建設，從產、學、研(yan)(yan)(yan)、用多方位(wei)協同加速推(tui)動電氫(qing)耦(ou)合產業(ye)發展。

三(san)是建(jian)立健(jian)全(quan)電(dian)氫(qing)(qing)耦合標(biao)(biao)準體(ti)系。從風光(guang)可(ke)再生能源(yuan)制(zhi)氫(qing)(qing)、氫(qing)(qing)能電(dian)站(zhan)、電(dian)氫(qing)(qing)耦合運行控制(zhi)等方向，推(tui)進能源(yuan)電(dian)力領域電(dian)氫(qing)(qing)耦合的標(biao)(biao)準化工(gong)作，構(gou)建(jian)并進一步完善氫(qing)(qing)能與(yu)電(dian)網耦合領域的標(biao)(biao)準體(ti)系，促(cu)進氫(qing)(qing)能在電(dian)力系統應用工(gong)程的標(biao)(biao)準化建(jian)設(she)和規范(fan)化管理。

四是加快(kuai)典型示(shi)范(fan)(fan)工(gong)(gong)程建設(she)。圍繞綠氫(qing)生(sheng)產基地，開展風光氫(qing)儲試驗和(he)示(shi)范(fan)(fan)工(gong)(gong)程，提升(sheng)可再生(sheng)能(neng)源(yuan)利(li)用率；在(zai)(zai)新型電(dian)(dian)力(li)系統建設(she)的(de)重點(dian)省市，建設(she)氫(qing)儲能(neng)電(dian)(dian)站(zhan)，參(can)與電(dian)(dian)網靈活性調節；在(zai)(zai)國家(jia)氫(qing)能(neng)試點(dian)城(cheng)市，重點(dian)在(zai)(zai)重卡(ka)、物流需求密(mi)集區，因(yin)地制宜建設(she)分布式制氫(qing)和(he)充電(dian)(dian)站(zhan)融合綜合能(neng)源(yuan)服務站(zhan)，開展電(dian)(dian)氫(qing)耦合技術的(de)工(gong)(gong)程化示(shi)范(fan)(fan)，打造電(dian)(dian)氫(qing)耦合精品示(shi)范(fan)(fan)工(gong)(gong)程。

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。