推動電氫耦合發(fā)展 助力新型電力系統(tǒng)建設

　　隨著我國能源綠色低碳轉型的推進，風能、太陽能等可再生能源快速發(fā)展，電力系統(tǒng)平衡調節(jié)、電力供應保障、電網安全穩(wěn)定運行等方面面臨挑戰(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、應用場景豐富等特點，是未來國家能源體系的重要組成部分，也是用能終端實現綠色低碳轉型的重要載體。在技術、成本、政策等因素的作用下，氫能與電力系統(tǒng)將呈現耦合發(fā)展態(tài)勢，促進可再生能源規(guī)?；咝Ю茫苿忧鍧嵉吞?、安全充裕、經濟高效、供需協同、靈活智能的新型電力系統(tǒng)建設。

　　電制氫或將成為新型電力系統(tǒng)重要的靈活性調節(jié)資源

　　《氫能產業(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，鼓勵建設基于分布式可再生能源或電網低谷負荷的制氫工程?？梢灶A測，大規(guī)模制氫將推動可再生能源高效利用。預計到2030年，我國風電和太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上。據國際能源署預測，屆時我國電解槽裝機容量將達到8000萬千瓦。據中國氫能聯盟預測，到2060年，我國氫氣需求量將達1.3億噸，電解水制氫占制氫總量的比例將達到70%。

　　在新型電力系統(tǒng)建設中，氫能可發(fā)揮靈活調節(jié)作用。先進電解水制氫裝備具有較強的功率波動適應性，可實現輸入功率秒級響應，追蹤可再生能源出力，為電網提供調峰調頻服務。未來，電解水制氫作為高度可調節(jié)負荷，或將成為新型電力系統(tǒng)重要的靈活性調節(jié)資源，促進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上，傳統(tǒng)能源比重將有計劃分步驟逐步降低。根據仿真模擬分析得知，當電力系統(tǒng)中風能、太陽能發(fā)電量占比超過50%時，就需要解決數天、數周乃至跨季節(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一步凸顯。綜合考慮儲能容量、儲能時長、應用場景等因素可以發(fā)現，在各類長周期儲能技術中，氫儲能技術是實現大規(guī)模、長周期、跨季節(jié)儲能的關鍵技術，適合參與季節(jié)性調峰、提高新能源基地送出能力等長周期調節(jié)場景。氫儲能電站采用“電-氫-電”轉換方式，將富余的電能轉化為氫能儲存起來，實現規(guī)?；?、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、負荷密集接入等關鍵電網節(jié)點，可因地制宜布局氫儲能電站，發(fā)揮其調峰、調頻等作用，支撐電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

　　特高壓可在跨區(qū)域的綠氫輸送中發(fā)揮作用

　　通過風能、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。預計到2030年，全國各地區(qū)綠氫供需基本自給自足，西北地區(qū)的綠氫產量及需求量在各地區(qū)中均為最高。預計到2060年，西北地區(qū)依然是我國最大綠氫產地，產量超出本地需求，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，需要實現跨區(qū)域輸送。從遠期來看，我國綠氫發(fā)展在地理分布上存在供需不匹配問題，綠氫生產與消費需求呈現逆向分布的特征。保障能源安全、經濟供給，需要對綠氫進行遠距離、大規(guī)模輸送。

　　綠氫的遠距離、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)域輸送至需求側消納;后者是利用特高壓輸電技術跨區(qū)域輸送可再生能源電力，在需求側通過電制氫滿足當地綠氫需求。在不同輸送距離的場景中，輸氫與輸電的經濟性不同。隨著輸送距離增加，輸氫管道建設、運維等成本明顯增加。我國特高壓輸電技術較為成熟，在遠距離、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濟性。

　　綜合考慮輸送場景、經濟性等因素，需要通過電氫耦合的方式來實現未來我國各地區(qū)綠氫供需平衡。2030年前，以區(qū)域內部綠氫輸送為主，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同規(guī)劃建設。

　　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)中應用氫能需要統(tǒng)籌安全、技術、經濟等因素，結合我國能源轉型及氫能產業(yè)發(fā)展各階段面臨的挑戰(zhàn)，按照發(fā)展時序，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)的靈活調節(jié)作用，并實現電氫耦合發(fā)展。

　　2030年前，建議開展電氫耦合技術攻關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裝備的工程化商業(yè)化應用，實現可再生能源電力電解水制氫工程規(guī)?；l(fā)展，促進可再生能源消納。

　　2030至2045年，建議進一步加強儲氫、氫能發(fā)電技術研究，推動低成本、高密度、大容量儲氫技術工程化商業(yè)化應用，實現電制氫、氫發(fā)電、熱電聯供等特定場景下工程規(guī)模化部署，讓氫能的調峰調頻作用得到更大發(fā)揮。隨著新型電力系統(tǒng)建設不斷推進，氫能產業(yè)鏈逐步完善，可再生能源電力制氫成為重要的可調節(jié)負荷。同步規(guī)劃可再生能源發(fā)展、電網輸送通道建設、輸氫管道建設及電制氫項目建設，形成可再生能源電力電解水制氫與電網協同互動的建設格局。

　　2045年后，建議開展大規(guī)模、長周期、跨季節(jié)氫儲能工程應用，支撐電力系統(tǒng)季節(jié)性電力電量平衡。氫能制取、儲運、發(fā)電等各個環(huán)節(jié)與新型電力系統(tǒng)源、網、荷各個環(huán)節(jié)深度耦合。采用可再生能源電力進行電解水制氫，逐步成為氫能的主要來源。因地制宜建設氫儲能電站，利用氫儲能特性實現電能跨季節(jié)長周期大規(guī)模存儲，支撐電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

　　來源：國家電網報

　　作者：閆華光 萬金明 康建東單位：中國電力科學研究院有限公司技術戰(zhàn)略研究中心