有人說氫能是“終極能源”，還有人說氫能是“21世紀終極能源解決方案”。一直以來氫能在全球能源轉型發(fā)展中被寄予厚望，我國早在上世紀就開始關注氫能及氫燃料電池技術的應用研究，近年來國家及省市層面更是加大了政策支持力度。
2021年，我國氫氣年產(chǎn)能約4100萬噸，年產(chǎn)量約3300萬噸，主要來自化石能源制氫(灰氫)，絕大部分直接作為化工原料用于石化、冶煉等行業(yè)。受技術成熟度不高、成本效率不足和環(huán)境約束寬松等因素制約，可再生能源制氫(綠氫)及其應用，近年來始終呈現(xiàn)出行業(yè)熱、產(chǎn)業(yè)弱的局面，整體發(fā)展較為緩慢。
如今，國家提出碳達峰、碳中和發(fā)展戰(zhàn)略，各行業(yè)“降碳、脫碳”成為剛需，氫能有望成為一匹“黑馬”。近日，國家印發(fā)的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》(以下簡稱《規(guī)劃》)，明確提出“適度超前部署一批氫能項目”、“實施氫能領域重大科技示范工程”等，將氫能又一次推上行業(yè)風口，在此背景下，氫能怎樣借勢破局?發(fā)展前景如何?筆者嘗試解讀一二。
“氫”裝上陣 綠氫將成為各行業(yè)脫碳利器
氫來源廣泛、清潔無碳，兼具能源和原料雙重屬性，應用場景豐富，未來在“雙碳”約束日趨增強的背景下，綠氫將在工業(yè)、交通等領域發(fā)揮更為重要的清潔替代、節(jié)能降碳作用。
工業(yè)領域將加大綠氫的原料替代。當前，我國氫氣主要應用在工業(yè)領域，主要是被當作化工原料或催化劑，用在合成氨、甲醇、冶煉等領域，長期以來需求穩(wěn)定，且制氫幾乎都通過化石能源，灰氫占了絕對比重，具有產(chǎn)業(yè)鏈的天然粘性。
在此次《規(guī)劃》中，只字未提及灰氫或者藍氫，提到的均是“可再生能源制氫”，即綠氫。可以預見，在“雙碳”背景下，能耗雙控將逐步向碳排放雙控轉變，新增工業(yè)項目的碳約束將越來越強，綠氫必將成為工業(yè)領域氫原料替代的重要途徑。
交通領域將聚焦低溫重載的應用場景。交通部門是我國能源消費增長最快的領域之一。近年來，各地方氫能產(chǎn)業(yè)政策也主要聚焦在燃料電池車及其產(chǎn)業(yè)鏈方面。“十三五”期間，全國各地出臺的氫能相關政策和規(guī)劃，涉及新建加氫站數(shù)量超過1000座，燃料電池汽車規(guī)模超過25萬輛。但是，實際情況是燃料電池車的推進卻相對緩慢，究其原因，主要是部分地區(qū)僅考慮自身能源轉型和產(chǎn)業(yè)升級壓力，未能結合當?shù)刭Y源、市場條件、產(chǎn)業(yè)結構特點和具體應用場景等，一窩蜂同質化的發(fā)展燃料電池乘用車，而目前造價高、加氫難的氫燃料電池車尚難以與快速發(fā)展的電動汽車相競爭。
筆者認為，氫燃料電池車的比較優(yōu)勢在于低溫、遠距離、高載重，未來可主要考慮在礦山重卡、軌道交通、長途水運等領域的應用，需要通過更精準定位細分應用市場，使燃料電池車既能避免與日趨完善的電動汽車在短途乘用車市場正面PK，也能促進二者在不同應用場景中實現(xiàn)互補發(fā)展，共同推進交通領域快速脫碳。
重視氫能作為異質能源耦合劑的作用。在《規(guī)劃》中，提出開展“氫能、電能、熱能等異質能源互聯(lián)互通示范”，“十四五”氫能作為異質能源耦合劑的作用，將隨著其技術經(jīng)濟性的提升而越發(fā)顯著，例如通過氫燃料電池分布式熱電聯(lián)產(chǎn)，可實現(xiàn)氫、熱、電之間的耦合供能，有效的提高綜合能源利用效率;通過天然氣管道摻氫、燃機摻氫等方式，能夠充分利用已有的燃氣基礎設施推進行業(yè)降碳。
在雙碳背景下，“十四五”隨著國家政策的持續(xù)支持和產(chǎn)業(yè)的迭代升級，綠氫因具備清潔無碳的原料和燃料屬性，將成為工業(yè)、交通等領域實現(xiàn)碳減排的利器。
不負風光不負“氫” 氫能將助力可再生能源快速發(fā)展
氫在工業(yè)、交通等領域屬于“錦上添花”，而對于電力領域算得上是“雪中送炭”?！兑?guī)劃》中提到實施“氫能在可再生能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰等場景示范應用”。根據(jù)我國“雙碳”戰(zhàn)略目標，我國碳排放將力爭于2030年前達到峰值，屆時新能源裝機將達到12億千瓦以上，將構建起以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。
眾所周知，風電、光伏等新能源具有隨機性、波動性的特點，對電力系統(tǒng)調(diào)峰帶來較大壓力。氫能作為一種能源儲存介質，能夠為可再生能源并網(wǎng)消納提供重要的途徑,從而支撐新型電力系統(tǒng)的建設。因此，本次《規(guī)劃》重點聚焦氫能在可再生能源消納和電網(wǎng)調(diào)峰方面的示范應用。
在可再生能源消納方面，可再生能源制氫的加入為大規(guī)模風電、光伏項目開發(fā)增添了一種新的就近消納手段，風光制氫相當于自帶用電負荷解決了部分新能源消納問題，同時還可將波動的新能源電力轉化為可長時間存儲的氫能，形成“風光氫儲”一體化的新能源開發(fā)模式，拓展了項目的產(chǎn)出品和收益模式，助力新能源消納。
在電網(wǎng)調(diào)峰方面，目前電力系統(tǒng)調(diào)峰常用的方式有調(diào)峰火電、抽水蓄能和電化學儲能等，而氫能具備大規(guī)模、長周期儲能的優(yōu)勢，可以成為一種新型的調(diào)峰手段。通過可再生能源制氫和氫能發(fā)電，實現(xiàn)電-氫-電模式，可以為電網(wǎng)提供新型的靈活調(diào)節(jié)資源，滿足系統(tǒng)長、短期調(diào)峰需求。
總之，氫能作為高效低碳的二次能源，能夠幫助解決可再生能源并網(wǎng)、消納等問題，“風光氫儲”一體化的模式也能夠催生出新的能源產(chǎn)銷者，在市場上既可買賣電，還可買賣氫。未來，氫能將是助推我國新能源規(guī)模化消納、構建新型電力系統(tǒng)的重要方式。
“氫”景無限技術攻關和應用示范雙輪驅動產(chǎn)業(yè)升級
氫能作為技術密集型行業(yè)，有著一定的技術門檻。近年來，我國的氫能發(fā)展主要關注于燃料電池車相關技術，在氫能的制、輸、儲、用等全領域技術攻關和應用示范存在一定的局限性。然而，我國氫能發(fā)展的核心優(yōu)勢是市場空間大、應用場景豐富，因此本次《規(guī)劃》提出，“十四五”將聚焦氫能，而非僅限于燃料電池車的關鍵核心技術攻關，以多元應用場景和重大示范為突破口，統(tǒng)籌謀劃我國氫能發(fā)展的破局之道。
在全領域推進氫能技術攻關。根據(jù)《規(guī)劃》，“十四五”期間氫能將從國家層面整體謀劃重大示范工程，日前，國家能源局已組織開展了能源領域(氫能)首臺(套)重大技術裝備評定工作，在電解水制氫、燃料電池、加氫等裝備進行了全面的攻關部署。在此基礎上，下一步還將統(tǒng)籌組織優(yōu)質資源合力開展重點技術攻關，并委托相關科研機構進行全過程評估把控，全力推進我國氫能行業(yè)解決技術“卡脖子”問題。
因地制宜推進氫能應用示范。我國具有豐富的氫能應用場景，在“三北”、西南等可再生能源資源豐富地區(qū)，適宜利用低價可再生能源開展綠氫制備和應用;在華北、中部及南方等受電比例高、電網(wǎng)調(diào)峰壓力大的區(qū)域，適宜充分發(fā)揮氫能的調(diào)峰、儲能作用;在京津冀、長三角、珠三角等地區(qū)，結合燃料電池汽車示范城市群建設，可重點推動氫燃料電池車及氫能“制儲輸用”等示范應用;在中東部及南方等經(jīng)濟承受能力相對較強區(qū)域，可以優(yōu)先探索燃料電池熱電聯(lián)供在商業(yè)建筑和工業(yè)園區(qū)等應用，促進氫電熱等異質能源互聯(lián)互通。在“十四五”期間，應因地制宜分地區(qū)、分批次、分重點的推進氫能典型場景應用示范。
在此次《規(guī)劃》中，提出了“力爭氫能全產(chǎn)業(yè)鏈關鍵技術取得突破，推動氫能技術發(fā)展和示范應用。”可以看出，一方面，要求氫能在多個領域全鏈條布局，另一方面也提醒我國氫能產(chǎn)業(yè)總體還處于起步初期，短期內(nèi)仍應以示范應用為主，穩(wěn)慎推進。下一步，需要技術攻關與工程示范相互促進、循環(huán)迭代，在《規(guī)劃》的指導下，政企結合，產(chǎn)學研互動，整合各方優(yōu)勢和力量，共同推動氫能的技術突破和產(chǎn)業(yè)升級。
結語
雙碳已成勢，綠氫正當時，“十四五”時期，“雙碳”目標和《規(guī)劃》的出臺為氫能產(chǎn)業(yè)帶來重大契機，應加快推進氫能在能源、工業(yè)、交通等領域的示范應用和技術創(chuàng)新，助推各行業(yè)降碳脫碳和轉型升級，同時也使綠氫經(jīng)濟能夠一攬風光，借勢破局，真正構建起一個蓬勃發(fā)展、清潔低碳的氫能產(chǎn)業(yè)。
來源：電力規(guī)劃設計總院
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