『科普』氢能将要火，一文读懂氢能如何助力新型电力！

编辑| 国际能源网/氢能汇

最近，氢能火了！还记得小时候玩的氢气球吗？没错，气球里面就是氢气，它产生的化学能就是氢能。氢燃烧的产物是水，所以氢能是世界上最干净的能源。大力发展氢能，有利于实现“双碳”目标，构建清洁低碳、安全高效的能源体系。而且，氢是自然界存在最普遍的元素，据估计，它构成了宇宙质量的75%，可谓取之不尽用之不竭！又干净又多，这东西可真好，赶紧大力发展！重磅规划陆续出台《“十四五”现代能源体系规划》3月22日，国家发展改革委、国家能源局印发《“十四五”现代能源体系规划》。其中多次提到了氢能。比如，在实施科技创新示范工程部分提到“高效可再生能源氢气制备、储运、应用和燃料电池等关键技术攻关及多元化示范应用。氢能在可再生能源消纳、电网调峰等场景示范应用。氢能、电能、热能等异质能源互联互通示范。”《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》紧接着出台的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》中更是明确指出，氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体。氢能这么好，为啥我们以前很少听说呢？因为以前技术、产业等还不成熟，时机未到；如今，随着全球能源的发展，氢能迎来了它的历史机遇期。氢能的大势与机遇1.技术层面以燃料电池为代表的氢能开发利用技术取得重大突破，为实现零排放的能源利用提供重要解决方案。2.国际层面全球主要发达国家高度重视氢能产业发展，氢能已成为加快能源转型升级、培育经济新增长点的重要战略选择。3.我国实际我国是世界上最大的制氢国，年制氢产量约3300万吨，在清洁低碳的氢能供给上具有巨大潜力。国内氢能产业呈现积极发展态势，已初步掌握氢能制备、储运、加氢、燃料电池和系统集成等主要技术和生产工艺，在部分区域实现燃料电池汽车小规模示范应用。氢能的战略定位被提升到了未来国家能源体系的重要组成部分、用能终端实现绿色低碳转型的重要载体层面，氢能产业被确定为战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。氢能还有一个特殊的优点，就是它可以作为连接气、电、热等能源的桥梁。咱们就来看看，氢能和电能、电力系统之间会发生什么关联。

氢和电会擦出怎样的火花？

氢能将在制、用等环节和电力系统产生更多耦合关系。

1. 在制氢环节电解水制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。
基于高温电解水蒸气制氢技术的绿色加氢站模型。2. 在储能环节电能制氢后存储为氢能，之后由燃料电池发电技术等实现氢能的利用。

将电能转化为氢能，可以实现能源的跨季节长周期大规模存储。氢储能具有储能容量大、储存时间长、清洁无污染等优点，能够在电化学储能不适用的场景中发挥优势。在大容量长周期调节的场景中，氢储能与电化学储能相比在经济性上更具有竞争力。

2021年8月5日，高质量燃料电池用氢气在青岛顺利出厂。3. 在清洁能源消纳方面氢能是促进新能源消纳的重要手段。将太阳能、风能等清洁能源发出的电能或用电低谷期的富余电能制氢存储，可大大提升新能源消纳水平。2021年6月24日，国网浙江电力历经3年研究的氢电双向转换及储能一体化系统在浙江湖州滨湖综合能源站投运。该站通过光伏发电为电动汽车提供充电服务，同时通过氢电双向转换及储能一体化装置，实现富余电量的错峰转移和光伏发电的充分利用。4. 在新型电力系统方面氢能是新型电力系统灵活调节的重要手段。先进的电解水制氢装备具有较强的功率波动适应性，可实现输入功率秒级、毫秒级响应，为电网提供调峰调频等辅助服务，提高电力系统的安全性、可靠性、灵活性。
由国网北京电力自主研发的国内首台大容量在线并网式氢能源发电车，具备不间断供电和应急发电功能，配备的全智能监测系统能及时发现系统故障及设备安全隐患，可在零下35摄氏度的低温环境下稳定运行。5. 能源高效利用方面发展氢能是拓展电能利用、促进能源互联互通的重要路径。氢能作为灵活高效的二次能源，在能源消费侧可以通过电氢转换实现氢能、电能、热能等多种能源网络的互联互补和协同优化，推动分布式能源发展，提升终端能源利用效率和供能可靠性。

国家电网牵头承担的首个氢电耦合国家重点项目落地浙江宁波。该项目于今年4月开工，将在宁波慈溪建成氢电耦合直流微网示范工程。届时，电、氢、热等能源网络中的生产、存储、消费环节将实现互联互通，以零碳方式满足用户对电、氢、热多种能源的需求，实现与电网灵活互动，提升系统调节能力，为浙江工业园区脱碳提供方案。电氢耦合技术前景广阔目前，中国电科院围绕“双碳”目标下能源电力系统转型方向，积极谋划跨领域跨行业联合攻关，牵头成立电氢耦合技术创新联合体，联合产、学、研、用等各方力量，推动氢能技术与产业发展。充分依托电科院自身电力系统研究基础，针对氢能在新型电力系统源、网、荷各环节的耦合应用，顶层设计电氢耦合关键技术研究。在新型电力系统应用路径研究方面，中国电科院专家分析电氢耦合场景，开展各种场景下的全寿命周期技术经济分析，研判氢能技术路线和发展路径，为氢能在新型电力系统逐步推广应用提供决策支撑。1.哪种电氢耦合场景更具经济性？专家通过研究源侧富余电力制氢、网侧氢储能、负荷侧直接制氢等电氢耦合典型应用场景经济性，指出：在源侧利用富余风、光、水等可再生能源制氢，在碳排放约束条件下，就地销售到市场上可获得较好收益，但是输氢成本较高，长距离输送到需求端不具备经济性；在网侧通过利用氢储能站参与电网辅助服务和售氢市场，可获得多重应用收益；在负荷侧，通过特高压通道将西北地区丰富的风力和光伏资源，输送至对氢需求较大的东南地区直接制氢。在成熟的电力市场价格机制下，相比“源侧电制氢+管道输氢”应用场景，“特高压输电+负荷侧制氢”在经济上更具有竞争力。
2.有哪些技术路线和发展路径？专家预计2030年前，氢能在新型电力系统的应用主要以典型示范为主：在新能源富集区，建设风光氢储绿氢生产基地；在大规模新能源汇集等电网节点探索建设氢储能电站，参与电网灵活性调节；在国家氢燃料电池车示范城市，重点在重卡、物流车辆需求密集区，因地制宜建设分布式电制氢加氢站和充电站融合的综合能源服务站。正在建设的浙江台州的大陈岛上的氢电耦合示范工程是国内首个基于海岛场景的氢能综合利用示范工程。工程充分利用海岛丰富的清洁能源制氢，将促进海岛清洁能源消纳与电网潮流优化，提高系统针对波动性源荷的适应性与安全性，提升综合能效至72%，为海岛提供了绿色供能的有效途径。（曹琼蕾）今后，随着氢能技术产业趋于成熟，氢能将在新型电力系统中得到逐步推广。可再生能源制氢的广泛应用，将有力支撑新型电力系统建设。机遇与挑战并存当然，氢能的发展不会一蹴而就。总体看，我国氢能产业仍处于发展初期，还有很长的路要走，比如，需要产业上下游协同规划，需要不断地用科技创新破解发展道路上的一个个难题……目前，受技术、经济性等因素影响，氢能在新型电力系统中的应用仍面临诸多挑战。2021年12月28日，位于安徽六安的国内首座兆瓦级大功率氢能综合利用站首台燃料电池发电机组成功并网发电，标志着兆瓦级电解纯水制氢、储氢及氢燃料电池发电系统首次实现全链条贯通，整站技术验证工作取得圆满成功。（翁怀龙 许樊娟）在政策支持下，科技创新、产业协同、典型示范……期待氢和电持续擦出火花，为构建新型电力系统、实现碳达峰碳中和目标，增添助力。

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