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“氢电耦合”构建现代能源体系

2021年3月23日

“电和氢相结合,可基本满足社会各行业不同形式的能源需求。”近日,中国产业发展促进会氢能分会会长魏锁在第六届中国能源发展与创新论坛上指出,发电和制氢相结合能够打破电网平衡对新能源发电承载能力的局限,使风光资源得到充分的开发利用。

过去十多年,我国风能、太阳能等新能源技术和产业快速发展,但魏锁指出,我国储能、氢能等领域的材料、部件、技术等环节仍难以满足全产业链自主可控的要求,从技术到产品都有很大的创新提升空间。

为进一步推动可再生能源开发,多位专家表示,加快能源转型进程,发展氢能并构建“电氢体系”将成为一条重要路径。

可再生能源为制氢提供推动力

“未来,可再生能源将持续快速发展,光伏和风电是能源转型的主力,可再生能源将成为能源消费增量主体,并逐步走向存量替代。”水电水利规划设计总院副总工程师谢宏文在论坛上表示,未来5年,可再生能源将成为部分地区能源消费增量主体;2035年,可再生能源基本满足能源消费增量;2050年,可再生能源将成为能源消费总量主体。

谢宏文进一步指出,未来,风电成本将持续下降,“三北”陆上和东部沿海是风电发展重点。技术进步也将推动光伏转换效率和工艺制造水平持续提升,光伏发电成本有望快速下降,届时光伏将成为我国上网电价最低、规模最大的电源。

不过,可再生能源具有明显的不稳定生产特征,而氢能与电能的深度耦合恰恰能支撑更高份额可再生能源电力的发展。

“氢能与电能同属二次能源,更容易耦合电能、热能、燃料等多种能源并与电能一起建立互联互通的现代能源网络。”谢宏文指出,可再生能源制氢与氢储运、氢应用技术的不断进步,有望使部分优势地区的可再生能源摆脱电网设施及消纳条件的限制。

据谢宏文先容,开展可再生能源制氢利用,可将丰水期富余水电、负荷低谷时段富余风电、午间富余光伏发电等可再生能源电力转化为氢能并存储,促进可再生能源主动参与电网调峰,提升新能源利用效率。

“随着电力现货市场的试点及铺开,可再生能源富余时段电力直接反映为系统电价降低,电制氢经济性提升。同时,制氢具有较好的扩展性和运行灵活性,能够适应新能源的随机波动。”谢宏文进一步指出,可再生能源的发展将为制氢提供推动力。

“可再生能源将助推电解制氢降低成本。”谢宏文指出,过去10年间,风电、光伏发电度电成本分别下降了69%和88%,2019年的风电、光伏规模化利用已实现平价上网。随着可再生发电成本快速下降,电解水制氢经济性将逐步提升。可再生能源将助推电解水制氢走向主流。2050年,预计氢能在中国能源体系中的占比约为10%,氢气需求量接近6000万吨,年经济产值超过10万亿元。

不仅如此,氢能还将促进可再生能源电力在终端应用的整合。谢宏文表示,可再生能源制氢可提供灵活性,以适应电力系统中不断增加的可再生能源电力份额,氢气有助于实现电力系统与工业、建筑和交通运输部门之间的“产业互连”,提高灵活性,同时促进可再生能源与电力系统整合。

核心技术要实现自主可控

当前,我国氢能发展尚处于起步阶段,但研发创新能力和技术进步很快,随着中国石化、国家电投等诸多央企的入局,以及一批有实力的跨国企业向我国氢能市场聚集,极大加速了我国氢能产业的发展进程。

据中国石化销售股份有限企业发展规划首席专家江宁先容,中国石化将在现有的炼化、煤化工制氢基础上,进一步扩大氢气生产利用规模,大力发展可再生电力制氢,并积极利用边际核电、可再生能源弃电、电网谷电等制氢,持续优化氢气来源结构,利用“绿氢”实现炼油化工领域碳减排。

除了各大央企积极布局,一些知名新能源企业也在着力进行氢能应用模式的探索,浙江正泰新能源开发有限企业对氢能分布式应用的创新实践就成为典型代表。该企业总裁助理戴骏先容,氢能分布式发电是跨领域、跨行业的应用结合,包含输配电、电源、储能、氢能等产业,他强调,“氢电体系是未来能源结构重要组成部分。”

对于未来氢能的发展路径,国家电投集团氢能科技发展有限企业首席技术官柴茂荣建议,为了推动成本下降,首先要在核心技术上实现自主可控,同时以一家大型企业牵头,带领一批零部件企业联合攻关,形成规模效应。

恩泽基金总经理周雨萱则表示,氢能发展必须具备三大要素,缺一不可。首先是建立氢气制、储、运、加供应链;其次是与应用场景相结合;最后是资金和资源。只有三大要素协调发展,才能形成健康的良性循环,打破鸡生蛋和蛋生鸡的逻辑困局。

而从多能互补的角度来说,谢宏文建议,中国应大力开展可再生能源与氢能融合发展建设,实现“两中心、三基地”的建设布局。同时,通过风光氢高比例耦合技术研究、氢能制储加一体化示范项目、交通领域“风光+绿氢”体系项目孵化、化工领域 “绿氢”对“灰氢”部分替代的解决方案等专项研究和示范项目,提高可再生能源与氢储能耦合比例,助力提升新能源消纳,带动氢能产业发展。

“氢能产业供应链的发展需依靠上游产业链制氢、储运、加氢各环节的整合,采用更高效的氢气制取方式和更安全的氢气运输渠道。”中集安瑞科控股有限企业氢能技术总监李怀恩表示,从长远看,随着用氢需求的扩大,结合可再生能源的分布式制氢加氢一体站、经济高效的集中式制氢、液氢等多种储运路径并行的方案将是主要发展方向。

根据中国产业发展促进会氢能分会研究预测,到“十四五”末,氢能产业链各环节的关键技术、材料、部件的研发和制造将基本实现自主可控,生产经营成本大幅度下降。同时,随着新能源技术的发展,绿氢成本也将大幅下降,国内基础设施建设、法规政策的进一步健全,也将使氢能产业具备规模化发展条件。

来源(中国科学报) 编辑(李惠钰)

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