氫電耦合成就能源全新場景

——訪中國工程院院士黃其勵

自2019年首次在政府工作報告中被提及，氫能的發(fā)展便進入了“快車道”。

近年來，氫能在重點場景、重點區(qū)域、重點行業(yè)的開發(fā)利用，為建設新型能源體系提供了有力支撐。

而氫與電的耦合可降低新能源隨機性、波動性對電力系統(tǒng)“保安全、保供應”的影響，大幅提高高比例新能源發(fā)展和消納能力。

氫能是如何從“默默無聞”到“備受關注”的?氫與電“牽手”有哪些良好應用場景?未來，氫能及氫電耦合將如何發(fā)展?中能傳媒記者就相關問題采訪了中國工程院院士黃其勵。

中能傳媒：氫能作為一支“新生力量”，是如何在眾多能源品類中脫穎而出的?

黃其勵：氫能作為新能源高效靈活轉化介質，可變革移動式和分布式能源使用模式，保障最大限度利用可再生能源。比如，在新能源消納和跨區(qū)域調度能力方面，通過新能源電力電解水制綠氫技術，進而合成其衍生品，提高新能源的消納能力;通過管道、新型載體等方式實現(xiàn)區(qū)域內消外送，完成能源資源的跨區(qū)域調度、跨品種耦合。

又如，在支撐終端部門大幅提升電氣化比例方面，針對重工業(yè)、重型交通等高排放、難減排的領域，通過氫及其衍生品作為新能源的二次能量載體，以綠色原料或者燃料的形式推動終端用能清潔化、低碳化，減少石油、天然氣、煤炭等傳統(tǒng)化石能源使用。

不容小覷的是，氫儲能可實現(xiàn)充電功率、放電功率、充電容量、放電容量“四解耦”。氫及衍生氣體的能量存儲規(guī)?？蓮陌偾叩郊?，存儲時間可從小時到季，技術潛力可達到百吉瓦級別。與抽水蓄能和其他新型儲能等比較，儲氫在長周期、規(guī)?；矫嬗忻黠@優(yōu)勢，可實現(xiàn)能源系統(tǒng)跨時間/跨空間的協(xié)調優(yōu)化，支撐電力系統(tǒng)的靈活性。

中能傳媒：氫與電進行耦合有哪些優(yōu)勢?若想促成更大規(guī)模的推廣應用，需要哪些技術支撐?

黃其勵：氫能一躍成為“新秀”，得益于氫電耦合的技術價值。

多重背景之下，氫電耦合的典型案例和場景應運而生。大體有三個方面，一是新能源大基地開發(fā)，二是深遠海綜合能源島開發(fā)，三是工業(yè)場景氫電耦合開發(fā)。

新能源大基地開發(fā)，即通過氫能實現(xiàn)風光大基地高質量建設和特高壓高水平發(fā)展，依托大基地規(guī)模化開發(fā)使制氫成本較傳統(tǒng)開發(fā)總成本降低40%以上。通過“發(fā)電上網(wǎng)+離網(wǎng)制氫”耦合化，在滿足項目收益率要求的基礎上，將上網(wǎng)部分獲得收益來補貼制氫端，是近期支撐綠氫成本下降和規(guī)模快速擴大的重要解決方案。

從技術角度來說，增加電解槽負荷可調節(jié)范圍能夠提升電解槽對新能源波動性的接受能力，是提高制氫裝備靈活性和利用小時數(shù)的關鍵。堿性(ALK)電解水制氫技術需進一步提升裝備負荷可調節(jié)范圍或與質子交換膜(PEM)電解水制氫技術聯(lián)合應用，充分發(fā)揮ALK大規(guī)模優(yōu)勢和PEM靈活性優(yōu)勢，提高項目整體運行效率。這方面的重點研發(fā)任務包括：寬范圍、高效率、低電耗的ALK制氫技術;大規(guī)模、低成本、長壽命的PEM制氫技術;P2G(可再生能源發(fā)電技術)場景下ALK+PEM集群聯(lián)合控制技術等。

與此同時，重型摻氫/純氫燃氣輪機技術也不容忽視。燃氫輪機與天然氣燃氣輪機一樣具有供給和調節(jié)能力，可助力我國部分地區(qū)的電力保供。

目前，多國正在加快開展摻氫/純氫燃氣輪機示范應用，我國也在持續(xù)跟進。下一步，要重點解決燃氫輪機核心設計、部件制造、控制系統(tǒng)等方面的自主化和可靠性;推動綠氫制儲輸技術研發(fā)，建設低成本、大規(guī)模供應鏈，支撐燃機用氫需求;開展燃氫輪機燃燒過程中氮氧化物低排放技術和方案研究，形成完整方法;加快建立燃氫輪機相關關鍵技術和標準體系，支撐相關裝備的推廣和安全應用。

另外，聚焦深遠海綜合能源島開發(fā)場景，依托可再生能源制氫技術實現(xiàn)深遠海區(qū)域就地發(fā)電制氫(氨)后送至岸上，或直接進行氫基能源的跨國貿易，可高效支撐深遠海能源基地建設。

我國深遠海區(qū)域風能資源豐富、開發(fā)潛力大，是海上風電未來發(fā)展的趨勢。海上風電制氫是解決海上風電大規(guī)模并網(wǎng)消納難、深遠海電力送出成本高等問題的有效手段。海水的雜質非常多，對電解槽的電極是極大的考驗，同時也對整個電解系統(tǒng)和控制有較高要求。海上風電原位制氫技術未來可進一步與海上可再生能源相結合，打造無淡化、無額外催化劑的海水原位直接電解制氫工程。尤為可賀的是，中國工程院院士謝和平率領的科研團隊研制了全球首套400升/小時海水原位直接電解制氫技術與裝備，在深圳灣海水中連續(xù)運行已超3200小時。

關于氫氣的轉存、輸送，建議可采取“海上制氫站+管道輸送氫(氨)”或“海上制氫站+運輸船輸送氫(氨)”兩種方案。實現(xiàn)深遠海氫能及其衍生品的大規(guī)模、低成本輸送需重點圍繞基礎設施開展技術研發(fā)。轉存方面，包括穩(wěn)定氫液化及綠氫合成氨裝置、大型液氫儲罐;輸送環(huán)節(jié)，包括液氫運輸船、海底抗腐蝕氫(氨)軟/硬管道等。

對于工業(yè)場景氫電耦合開發(fā)，即利用綠氫作為原料或還原劑替代煤炭，使煤炭回歸原料定位，將提高終端能源靈活性，引導工業(yè)產(chǎn)業(yè)布局再集聚。要以氫能為中心打造可再生能源—“電力系統(tǒng)+氫能網(wǎng)絡”—工業(yè)產(chǎn)線的能源循環(huán)系統(tǒng)，提高我國能源大系統(tǒng)的綜合利用小時數(shù)和利用效率，降低整體能源應用成本。

工業(yè)場景的氫電耦合應用從需求端出發(fā)，依托綠色減碳轉型需求，具備大規(guī)模部署能力。在技術研發(fā)需求方面，根據(jù)領域劃分，主要有綠氫耦合煤化工技術(化工領域)、氫冶金技術(鋼鐵領域)和煤摻氮發(fā)電技術(發(fā)電領域)。

中能傳媒：如此良好的前景，氫能應如何把握“自己的命運”?氫電耦合該如何攜手共赴新征程?

黃其勵：對此，我提四點建議：

一是加強技術研發(fā)，聚焦產(chǎn)業(yè)鏈重點環(huán)節(jié)加大氫電耦合關鍵技術攻關力度。研究歐盟、美國、日本等發(fā)達經(jīng)濟體技術發(fā)展路線，聚焦國家重大科技前沿問題和國家重大需求，制定氫電耦合關鍵技術攻關路線圖。聚焦大規(guī)模電解水制氫技術、氫高效轉化、柔性綠氫耦合煤化工、高比例煤摻氨等關鍵技術工藝和核心器件領域的創(chuàng)新迭代。設立并實施一批具有前瞻性、戰(zhàn)略性的重大科技專項，穩(wěn)步增加氫電耦合領域科技研發(fā)投入力度，布局一批氫能國家研發(fā)中心。

二是努力協(xié)同創(chuàng)新，打造綠色氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)合體。央企等骨干企業(yè)應加強協(xié)同創(chuàng)新，推動科技研發(fā)平臺建設和人才引進，高質量打造氫能原創(chuàng)技術策源地。氫能骨干企業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新打造氫能“百站萬輛”和“氫能高速”等重點場景全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模化、一體化工程，降低產(chǎn)業(yè)成本。加強氫能骨干企業(yè)跨行業(yè)溝通交流，開展覆蓋基礎材料、零部件、系統(tǒng)裝備等全產(chǎn)業(yè)鏈合作，共同發(fā)力引導市場進步。

三是積極開展示范，打造規(guī)?；⒌统杀究稍偕鷼浯蠡?。推動“源網(wǎng)荷儲”“風光氫儲一體化”項目，支撐風光資源消納;打造孤島等新型分布式能源系統(tǒng)示范。探索深遠海風電開發(fā)，打造“海上能源島”;開展百兆瓦級氫儲能試點示范。優(yōu)化傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)體系，圍繞綠氫耦合煤化工、氫電融合、綠氫耦合冶金等領域開展超前示范，支撐先進技術先行先試。

四是完善標準管理，加快推動制定和完善綠色氫能行業(yè)標準體系。對標國際氫能相關標準進行制修訂工作，梳理我國氫能產(chǎn)業(yè)標準體系缺口，構建面向氫電耦合場景的標準體系。重視參與國際標準的制修訂，積極、實質地申請參與國際標準化組織的工作和活動，將中國的技術和標準與國際接軌。加快推動氫能“領跑者”行動實施，圍繞氫能重點裝備、氫氣品質等方面推動檢測實證平臺建設。

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