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，氫能的發展便進入了“快車道”。

近年來，氫能在重點場景、重點區域、重點行業的開發利用，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“保安全、保供應”的影響，大幅提高高比例新能源發展和消納能力。

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區域內消外送，完成能源資源的跨區域調度、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、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、煤炭等傳統化石能源使用。

不容小覷的是，氫儲能可實現充電功率、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模可從百千瓦到吉瓦，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、規模化方面有明顯優勢，可實現能源系統跨時間/跨空間的協調優化，支撐電力系統的靈活性。

中能傳媒：氫與電進行耦合有哪些優勢?若想促成更大規模的推廣應用，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，二是深遠海綜合能源島開發，三是工業場景氫電耦合開發。

新能源大基地開發，即通過氫能實現風光大基地高質量建設和特高壓高水平發展，依托大基地規模化開發使制氫成本較傳統開發總成本降低40%以上。通過“發電上網+離網制氫”耦合化，在滿足項目收益率要求的基礎上，將上網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范圍或與質子交換膜(PEM)電解水制氫技術聯合應用，充分發揮ALK大規模優勢和PEM靈活性優勢，提高項目整體運行效率。這方面的重點研發任務包括：寬范圍、高效率、低電耗的ALK制氫技術;大規模、低成本、長壽命的PEM制氫技術;P2G(可再生能源發電技術)場景下ALK+PEM集群聯合控制技術等。

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能力，可助力我國部分地區的電力保供。

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、控制系統等方面的自主化和可靠性;推動綠氫制儲輸技術研發，建設低成本、大規模供應鏈，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場景，依托可再生能源制氫技術實現深遠海區域就地發電制氫(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。

我國深遠海區域風能資源豐富、開發潛力大，是海上風電未來發展的趨勢。海上風電制氫是解決海上風電大規模并網消納難、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。實現深遠海氫能及其衍生品的大規模、低成本輸送需重點圍繞基礎設施開展技術研發。轉存方面，包括穩定氫液化及綠氫合成氨裝置、大型液氫儲罐;輸送環節，包括液氫運輸船、海底抗腐蝕氫(氨)軟/硬管道等。

對于工業場景氫電耦合開發，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，引導工業產業布局再集聚。要以氫能為中心打造可再生能源—“電力系統+氫能網絡”—工業產線的能源循環系統，提高我國能源大系統的綜合利用小時數和利用效率，降低整體能源應用成本。

工業場景的氫電耦合應用從需求端出發，依托綠色減碳轉型需求，具備大規模部署能力。在技術研發需求方面，根據領域劃分，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)和煤摻氮發電技術(發電領域)。

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，聚焦產業鏈重點環節加大氫電耦合關鍵技術攻關力度。研究歐盟、美國、日本等發達經濟體技術發展路線，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新迭代。設立并實施一批具有前瞻性、戰略性的重大科技專項，穩步增加氫電耦合領域科技研發投入力度，布局一批氫能國家研發中心。

二是努力協同創新，打造綠色氫能產業創新聯合體。央企等骨干企業應加強協同創新，推動科技研發平臺建設和人才引進，高質量打造氫能原創技術策源地。氫能骨干企業聯合創新打造氫能“百站萬輛”和“氫能高速”等重點場景全產業鏈規模化、一體化工程，降低產業成本。加強氫能骨干企業跨行業溝通交流，開展覆蓋基礎材料、零部件、系統裝備等全產業鏈合作，共同發力引導市場進步。

三是積極開展示范，打造規模化、低成本可再生氫大基地。推動“源網荷儲”“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示范。探索深遠海風電開發，打造“海上能源島”;開展百兆瓦級氫儲能試點示范。優化傳統產業體系，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，梳理我國氫能產業標準體系缺口，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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