目前，氫氣主要來源有兩個：化石能源重整和水電解。其中，化石能源重整制氫是最主要的來源，占比約97%；電解水制氫立足于未來碳中性甚至負(fù)碳，被各界寄予厚望，但核心在于電力來源。按照當(dāng)前全球和中國電力的平均碳強(qiáng)度計算，電解水制得1千克氫氣的碳排放分別為25.2千克和35.84千克，甚至高于煤制氫（約20千克）的碳排放。

風(fēng)電制氫潛力

可再生能源發(fā)電制氫是解決這一問題的最佳手段，但其在全球整個能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)占比還非常小，技術(shù)仍需進(jìn)一步突破。以風(fēng)電為例，全球風(fēng)能約為2740TW，其中可利用規(guī)模至少為20TW，但風(fēng)電在能源消費(fèi)中占比不足2%。在現(xiàn)有風(fēng)電技術(shù)條件下，我國風(fēng)能資源足夠支撐1太瓦以上風(fēng)電裝機(jī)，僅按照陸上年利用2100小時計算，理論上發(fā)電可提供近4000萬噸氫氣和2000萬噸氧氣。尤其考慮到風(fēng)電間歇性特點以及電網(wǎng)消納問題，通過制氫可實現(xiàn)電力大規(guī)?？缂竟?jié)調(diào)節(jié)成為可能，大幅提升電網(wǎng)靈活性水平。


風(fēng)電制氫前沿

德國，美國等多個國家較早開始探索可再生能源制氫并轉(zhuǎn)化為氣體燃料（Power to Gas）技術(shù)。目前，僅歐洲在營和在建P2G項目已達(dá)45個。該技術(shù)主流的路線有三種：第一種方法是將所產(chǎn)生的氫氣直接輸入天然氣管網(wǎng)作為交通運(yùn)輸燃料或工業(yè)利用；第二種方法是將氫和二氧化碳相結(jié)合轉(zhuǎn)化為天然氣（若采用生物甲烷化，會造成8%額外能量損失）后再輸入天然氣管網(wǎng)；第三種方法是電解裝置與沼氣發(fā)生裝置結(jié)合獲得高品質(zhì)的生物氣，但需排除二氧化碳、水、硫化氫和顆粒物等雜質(zhì)方能用于管道輸送。

為什么是管道？一方面，在改用天然氣之前，德國的天然氣管網(wǎng)使用煤氣運(yùn)行的，其中氫占比50-60％；另一方面，通過天然氣管網(wǎng)的能源輸送損失小于0.1%，遠(yuǎn)比電網(wǎng)8%?。ó?dāng)然國內(nèi)特高壓可以做到5%，未來泛在電力物聯(lián)實現(xiàn)后也許更低），氫氣的每千瓦時存儲成本僅為0.1歐元。

綜合效率如何？通過使用聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置，電力-氫氣往返綜合路徑效率能夠達(dá)到約43％的最大效率（當(dāng)下僅30%-35%）。通過熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，綜合效率可以高于60％；通過使用可逆固體氧化物燃料電池并在儲存過程中回收廢熱，可以使綜合效率達(dá)到70％-80%。

國內(nèi)風(fēng)電制氫現(xiàn)狀

2018年10月，國家發(fā)改委、能源局印發(fā)《清潔能源消納計劃（2018-2020年）》。文件提出“探索可再生能源富余電力轉(zhuǎn)化為熱能、冷能、氫能，實現(xiàn)可再生能源多途徑就近高效利用”。按照當(dāng)前國內(nèi)各省份的風(fēng)電發(fā)電量并結(jié)合棄風(fēng)和消納情況，可直接制取55萬噸氫氣。


自2009年開始，國家電網(wǎng)已經(jīng)率先開展風(fēng)光電結(jié)合海水制氫技術(shù)前期研究和氫儲能關(guān)鍵技術(shù)及其在新能源接入中的應(yīng)用研究。2014年至今，中節(jié)能、河北建投、國家電投和國家能源相繼啟動了風(fēng)電制氫項目，但受制于國內(nèi)制氫場地需建設(shè)在化工園區(qū)以及發(fā)電過網(wǎng)等因素，風(fēng)電制氫僅停留在示范階段（規(guī)模最大為10MW），審批政策以及經(jīng)濟(jì)性均面臨較大挑戰(zhàn)。