氫能有望成電力系統(tǒng)新助手

　　日前，河南省人民政府辦公廳印發(fā)《河南省氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2022—2035年)》，提出推動多能互補耦合發(fā)展，發(fā)揮氫儲能調節(jié)周期長、儲能容量大的優(yōu)勢，逐步開展氫能在可再生能源消納、電網調峰等場景的示范應用。探索風、光發(fā)電+氫儲能一體化應用新模式，實現(xiàn)多能協(xié)同供應和綜合梯級利用。此外，還提出研究探索可再生能源制氫市場化機制，健全覆蓋氫儲能的儲能調價機制，探索氫儲能直接參與電力市場交易。

　　近年來，氫能受國家政策支持，迎來快速發(fā)展期。多位業(yè)內人士表示，氫能將為新型電力系統(tǒng)發(fā)揮重要支撐作用。但同時，目前我國氫能產業(yè)仍處于起步和追趕階段，尚存多重壁壘待打破。

　　利好政策密集出臺

　　近年來，我國氫能產業(yè)進入快速發(fā)展窗口期。2021年，《關于組織開展“十四五”第一批國家能源研發(fā)創(chuàng)新平臺認定工作的通知》《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》等文件陸續(xù)發(fā)布，提出鼓勵氫能與可再生能源協(xié)同發(fā)展，推動氫能在化工、冶金等行業(yè)的關鍵技術攻關及多元利用。

　　今年3月，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021-2035年)》，指出氫能是未來國家能源體系的組成部分，是戰(zhàn)略性新興產業(yè)的重點方向，是構建綠色低碳產業(yè)體系、打造產業(yè)轉型升級的新增長點，提出要充分發(fā)揮氫能清潔低碳的優(yōu)勢。

　　此后，多地密集出臺支持氫能產業(yè)發(fā)展的政策，并積極探索實踐。多個省(區(qū)、市)將氫能發(fā)展規(guī)劃納入新能源汽車產業(yè)、整體能源發(fā)展、戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展或區(qū)域“十四五”規(guī)劃中;北京、山東、四川、河北、內蒙古5個省(區(qū)、市)出臺了氫能產業(yè)整體發(fā)展規(guī)劃。

　　2021年11月，我國首個萬噸級光伏綠氫示范項目——中國石化新疆庫車綠氫示范項目啟動建設。該項目將全部采用光伏和風電等可再生能源發(fā)電制氫，制氫規(guī)模達到每年2萬噸;2022年8月，內蒙古在鄂爾多斯市舉行風光制氫一體化示范項目集中開工儀式。該示范項目投產后，每年可生產綠氫7.2萬噸，將廣泛應用于重卡汽車燃料、化工、生物醫(yī)藥、冶金原料等方面;2022年9月，通遼市人民政府、中國投資協(xié)會、中國天楹股份有限公司達成戰(zhàn)略合作，計劃在“十四五”期間共同打造通遼千萬千瓦級風光儲氫氨一體化零碳產業(yè)園，其中包括風力發(fā)電6吉瓦、光伏發(fā)電4吉瓦，重力儲能2吉瓦時，綠氫產能5萬噸/年，綠氨產能30萬噸/年。

　　此外，河北沽源風電制氫、寧夏寶豐光伏制氫、安徽六安兆瓦級氫能示范電站等多個綠氫示范項目也相繼亮相。

　　“氫儲能可以實現(xiàn)長周期、跨季節(jié)、大規(guī)模和跨空間儲存，其功率和能量可分開配置，功率和容量可獨立優(yōu)化，儲電和發(fā)電過程無須分時操作。氫儲能在放電時間(天至數(shù)月)和容量規(guī)模(百吉瓦級別)上也具有優(yōu)勢，可滿足數(shù)天、數(shù)月乃至更長時間的儲能需求。”中國電科院技術戰(zhàn)略中心主任閆華光指出。

　　為電力系統(tǒng)提供重要支撐

　　多位業(yè)內人士表示，氫能將為新型電力系統(tǒng)的構建發(fā)揮重要作用。

　　某環(huán)境與能源研究院人士指出，新型電力系統(tǒng)的本質特征是可再生能源裝機容量和發(fā)電出力比重大幅提升。“而可再生能源，尤其是風電和光伏的時段波動性將對儲能容量和長周期性(比如跨季節(jié))儲能提出更高要求。電轉氫有望成為長周期、大規(guī)模儲能的解決方案，因為電解水制氫后，能夠采用多種方式儲存，或摻混到天然氣管網中，實現(xiàn)‘電網——氣網’融合，通過氣網儲存較大的冗余，消納電網輸送不了的電。”

　　上述研究院人士表示，在電力供給不足的季節(jié)或時段，摻氫天然氣或者純氫采用燃氣輪機、燃料電池以及質子交換膜燃料電池等技術發(fā)電，可實現(xiàn)氣網對電網的補充。

　　氫能作為清潔低碳、靈活高效的二次能源，可在促進新能源高比例消納、保障電力電量供需平衡等方面發(fā)揮重要作用。

　　閆華光認為，氫能能解決未來新型電力系統(tǒng)面臨的多個問題，例如，可再生能源大規(guī)模消納的問題、長時間尺度跨季節(jié)電力供需不平衡的問題、靈活性調節(jié)能力不足的問題，以及多種能源難以互聯(lián)互通和互補高效利用的問題。

　　“在源側，通過風光可再生能源就地制氫、傳統(tǒng)電源與氫能耦合等場景，可促進可再生能源高效消納，平衡新能源出力功率波動，提升并網友好性，支撐大規(guī)?？稍偕茉赐馑?。傳統(tǒng)煤電耦合新能源、氫能，將有效提升煤電靈活性和清潔低碳水平，促進傳統(tǒng)煤電綠色可持續(xù)發(fā)展。”閆華光分析，在電網側大規(guī)模新能源匯集、負荷密集接入、調峰調頻困難和電壓支撐能力不足的關鍵節(jié)點合理布局氫儲能電站，可實現(xiàn)調峰、調頻、調壓、事故備用、爬坡等多種功能，提高電力系統(tǒng)安全性、可靠性、靈活性。此外，在負荷側，通過氫能熱電聯(lián)產、分布式電制氫加氫站等場景，氫能可參與電網輔助服務，同時支撐分布式供能系統(tǒng)建設，發(fā)揮電、氣、熱、冷、氫等不同能源系統(tǒng)的耦合互補效應，推動綜合能源服務發(fā)展，提升終端能源效率和綜合供能可靠性。

　　經濟性偏低是主要障礙

　　“與其他可再生能源相比，氫能發(fā)電的優(yōu)勢是不需要依托儲能、抽蓄等手段才能克服間歇性和不穩(wěn)定，并且可以通過綠電和綠氫的相互轉換實現(xiàn)全過程綠色低碳。但目前存在的主要問題還是經濟性偏低。”中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院戰(zhàn)略所所長院振剛指出，目前，風、光等可再生能源的發(fā)電成本降低，氫轉電、電轉氫的效率也尚有一定的提升空間。

　　“受技術、經濟性等因素的影響，氫能在新型電力系統(tǒng)中的應用仍面臨諸多挑戰(zhàn)：一是缺少電氫耦合的激勵政策、市場機制與規(guī)劃;二是氫能裝備及核心關鍵技術有待突破;三是綠氫生產成本較高;四是電氫耦合標準體系有待完善。”閆華光指出。

　　閆華光建議，應進一步加強氫能與電力系統(tǒng)的協(xié)同規(guī)劃，開展跨行業(yè)、跨學科聯(lián)合攻關，培育電氫耦合聯(lián)合科研創(chuàng)新團隊，完善電氫耦合標準體系，加強電氫耦合全產業(yè)鏈技術成熟度分析，打造典型精品示范工程，完善可再生能源制氫市場化機制，健全氫儲能參與電力輔助服務的價格機制，探索氫儲能直接參與電力市場交易。

　　在技術方面，前述某環(huán)境與能源研究院人士建議，提高電解水制氫裝備對可再生能源時段波動性的響應能力，降低制氫裝備成本，提高制氫轉換效率。

　　“但從國際上看，目前我國在質子交換膜制氫、燃料電池關鍵材料和核心零部件以及氫能的多元利用方面仍處于起步和全面追趕的階段。”院振剛說。