隨著我國能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的推進(jìn)，風(fēng)能、太陽能等可再生能源快速發(fā)展，電力系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)、電力供應(yīng)保障、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行等方面面臨挑戰(zhàn)。氫能作為一種二次能源，具有清潔低碳、可長期存儲、靈活高效、應(yīng)用場景豐富等特點(diǎn)，是未來國家能源體系的重要組成部分，也是用能終端實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體。在技術(shù)、成本、政策等因素的作用下，氫能與電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)耦合發(fā)展態(tài)勢，促進(jìn)可再生能源規(guī)模化高效利用，推動清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟(jì)高效、供需協(xié)同、靈活智能的新型電力系統(tǒng)建設(shè)。
電制氫或?qū)⒊蔀樾滦碗娏ο到y(tǒng)重要的靈活性調(diào)節(jié)資源
《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021～2035年)》確定了可再生能源制氫是主要發(fā)展方向，鼓勵建設(shè)基于分布式可再生能源或電網(wǎng)低谷負(fù)荷的制氫工程?？梢灶A(yù)測，大規(guī)模制氫將推動可再生能源高效利用。預(yù)計(jì)到2030年，我國風(fēng)電和太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上。據(jù)國際能源署預(yù)測，屆時(shí)我國電解槽裝機(jī)容量將達(dá)到8000萬千瓦。據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，到2060年，我國氫氣需求量將達(dá)1.3億噸，電解水制氫占制氫總量的比例將達(dá)到70%。
在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中，氫能可發(fā)揮靈活調(diào)節(jié)作用。先進(jìn)電解水制氫裝備具有較強(qiáng)的功率波動適應(yīng)性，可實(shí)現(xiàn)輸入功率秒級響應(yīng)，追蹤可再生能源出力，為電網(wǎng)提供調(diào)峰調(diào)頻服務(wù)。未來，電解水制氫作為高度可調(diào)節(jié)負(fù)荷，或?qū)⒊蔀樾滦碗娏ο到y(tǒng)重要的靈活性調(diào)節(jié)資源，促進(jìn)可再生能源消納利用，提高電力系統(tǒng)的靈活性。
在新能源安全可靠替代的基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)能源比重將有計(jì)劃分步驟逐步降低。根據(jù)仿真模擬分析得知，當(dāng)電力系統(tǒng)中風(fēng)能、太陽能發(fā)電量占比超過50%時(shí)，就需要解決數(shù)天、數(shù)周乃至跨季節(jié)的電力電量平衡問題，大規(guī)模長周期儲能的作用將會進(jìn)一步凸顯。綜合考慮儲能容量、儲能時(shí)長、應(yīng)用場景等因素可以發(fā)現(xiàn)，在各類長周期儲能技術(shù)中，氫儲能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、長周期、跨季節(jié)儲能的關(guān)鍵技術(shù)，適合參與季節(jié)性調(diào)峰、提高新能源基地送出能力等長周期調(diào)節(jié)場景。氫儲能電站采用“電-氫-電”轉(zhuǎn)換方式，將富余的電能轉(zhuǎn)化為氫能儲存起來，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、長期、廣域儲能，可解決電力系統(tǒng)電力電量平衡問題。在大規(guī)模新能源匯集、負(fù)荷密集接入等關(guān)鍵電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，可因地制宜布局氫儲能電站，發(fā)揮其調(diào)峰、調(diào)頻等作用，支撐電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
特高壓可在跨區(qū)域的綠氫輸送中發(fā)揮作用
通過風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電電解水制得的氫氣被稱為綠氫。預(yù)計(jì)到2030年，全國各地區(qū)綠氫供需基本自給自足，西北地區(qū)的綠氫產(chǎn)量及需求量在各地區(qū)中均為最高。預(yù)計(jì)到2060年，西北地區(qū)依然是我國最大綠氫產(chǎn)地，產(chǎn)量超出本地需求，但華東、西南、華南、華北、華中等地區(qū)的綠氫供給難以滿足本地需求，需要實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域輸送。從遠(yuǎn)期來看，我國綠氫發(fā)展在地理分布上存在供需不匹配問題，綠氫生產(chǎn)與消費(fèi)需求呈現(xiàn)逆向分布的特征。保障能源安全、經(jīng)濟(jì)供給，需要對綠氫進(jìn)行遠(yuǎn)距離、大規(guī)模輸送。
綠氫的遠(yuǎn)距離、大規(guī)模輸送可通過輸氫、輸電兩種方式開展。前者是利用可再生能源電力就地制氫，通過輸氫管道將綠氫跨區(qū)域輸送至需求側(cè)消納;后者是利用特高壓輸電技術(shù)跨區(qū)域輸送可再生能源電力，在需求側(cè)通過電制氫滿足當(dāng)?shù)鼐G氫需求。在不同輸送距離的場景中，輸氫與輸電的經(jīng)濟(jì)性不同。隨著輸送距離增加，輸氫管道建設(shè)、運(yùn)維等成本明顯增加。我國特高壓輸電技術(shù)較為成熟，在遠(yuǎn)距離、大規(guī)模等特定能源輸送場景中，特高壓輸電代替管道輸氫具有更好的經(jīng)濟(jì)性。
綜合考慮輸送場景、經(jīng)濟(jì)性等因素，需要通過電氫耦合的方式來實(shí)現(xiàn)未來我國各地區(qū)綠氫供需平衡。2030年前，以區(qū)域內(nèi)部綠氫輸送為主，少部分綠氫需要跨區(qū)域輸送。2030年后，需要綜合考慮可再生能源基地分布、輸電通道與輸氫管道最優(yōu)容量配置，因地制宜開展電氫協(xié)同規(guī)劃建設(shè)。
制訂分階段發(fā)展路徑推動電氫耦合發(fā)展
在新型電力系統(tǒng)中應(yīng)用氫能需要統(tǒng)籌安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素，結(jié)合我國能源轉(zhuǎn)型及氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展各階段面臨的挑戰(zhàn)，按照發(fā)展時(shí)序，制訂分階段發(fā)展路徑，才能充分發(fā)揮氫能對新型電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)作用，并實(shí)現(xiàn)電氫耦合發(fā)展。
2030年前，建議開展電氫耦合技術(shù)攻關(guān)及典型場景下的工程示范，推動寬范圍、大容量、高效率、低成本、模塊化電解水制氫技術(shù)裝備的工程化商業(yè)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)可再生能源電力電解水制氫工程規(guī)?；l(fā)展，促進(jìn)可再生能源消納。
2030至2045年，建議進(jìn)一步加強(qiáng)儲氫、氫能發(fā)電技術(shù)研究，推動低成本、高密度、大容量儲氫技術(shù)工程化商業(yè)化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電制氫、氫發(fā)電、熱電聯(lián)供等特定場景下工程規(guī)?；渴?，讓氫能的調(diào)峰調(diào)頻作用得到更大發(fā)揮。隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)不斷推進(jìn)，氫能產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，可再生能源電力制氫成為重要的可調(diào)節(jié)負(fù)荷。同步規(guī)劃可再生能源發(fā)展、電網(wǎng)輸送通道建設(shè)、輸氫管道建設(shè)及電制氫項(xiàng)目建設(shè)，形成可再生能源電力電解水制氫與電網(wǎng)協(xié)同互動的建設(shè)格局。
2045年后，建議開展大規(guī)模、長周期、跨季節(jié)氫儲能工程應(yīng)用，支撐電力系統(tǒng)季節(jié)性電力電量平衡。氫能制取、儲運(yùn)、發(fā)電等各個環(huán)節(jié)與新型電力系統(tǒng)源、網(wǎng)、荷各個環(huán)節(jié)深度耦合。采用可再生能源電力進(jìn)行電解水制氫，逐步成為氫能的主要來源。因地制宜建設(shè)氫儲能電站，利用氫儲能特性實(shí)現(xiàn)電能跨季節(jié)長周期大規(guī)模存儲，支撐電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
來源：國家電網(wǎng)報(bào)
作者：閆華光 萬金明 康建東單位：中國電力科學(xué)研究院有限公司技術(shù)戰(zhàn)略研究中心
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