3月27日，中國電力科學(xué)研究院有限公司技術(shù)戰(zhàn)略研究中心室主任康建東在綠氫技術(shù)與氫電協(xié)同發(fā)展專題論壇上發(fā)表了《電氫耦合技術(shù)戰(zhàn)略及發(fā)展趨勢》的主題演講。

以下為康建東演講全文：

各位嘉賓、各位同仁上午好。

我是來自中國電力科學(xué)研究院的康建東，我今天演講的題目是電氫耦合技術(shù)綻裂及發(fā)展趨勢。從電力行業(yè)的角度來看氫能，從電力行業(yè)的角度來看電氫耦合。

一、背景

新型電力系統(tǒng)具有典型特征是清潔低碳、安全可靠、靈活高效、智能友好開放互動，我們電力系統(tǒng)現(xiàn)在圍繞著構(gòu)建新型電力系統(tǒng)和新型能源體系的路子在發(fā)展。

它的基本特征在用戶側(cè)、供給側(cè)和電網(wǎng)側(cè)將形成新的一些格局，供給側(cè)主要是以可再生能源為主體。2022年底我國風(fēng)能和太陽能的發(fā)電量裝機容量增速及容量是世界第一，總量達(dá)到了7.2億千瓦。可再生能源和煤電裝機總力分別是47.3%和43.8%。2060年前新能源發(fā)電量將超過50%。

用戶側(cè)終端將會形成以電為主的趨勢，電動汽車的保有量達(dá)到了800多萬輛，既是電能的消費者也是電能的生產(chǎn)者。

整體來講電力系統(tǒng)運行機理隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)也會發(fā)生重大的變化，一般發(fā)電主要是根據(jù)動態(tài)調(diào)整新型電力系統(tǒng)必須要有相關(guān)的儲能和需求響應(yīng)的措施才能實現(xiàn)電力的供需平衡。

氫能到2023年底大概有40個國家制定了國家氫能戰(zhàn)略，其中以綠氫為主發(fā)展方向，國際氫能委員會調(diào)查報告指出2050年全球氫能占比達(dá)到18%，目前氫能的產(chǎn)業(yè)鏈尤其在中國已經(jīng)初具規(guī)模，未來5年到10年形成爆發(fā)趨勢。我們看到國際能源署發(fā)布的數(shù)據(jù)在2020年到2023年電解槽的裝機容量迅速提升，達(dá)到百GW級，現(xiàn)在中國的量是GW級，2050年達(dá)到3600GW。

我們總結(jié)氫能在電力系統(tǒng)中的一些作用，首先是源端利用可再生能源制氫促進可再生能源的消納。我國可再生能源的發(fā)展是世界領(lǐng)先的，可再生能源制氫可以有效提升我國可再生能源的消納水平。

二是對于新型電力系統(tǒng)和新型能源體系來講氫儲能特征具備長周期的特點，未來是一個重要的方式在這些場景中發(fā)揮重要的作用。

三是充分利用氫能的調(diào)節(jié)特性實行電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)，電力系統(tǒng)是發(fā)和用同步的系統(tǒng)，所以中間要有很多靈活性調(diào)節(jié)的環(huán)節(jié)，氫能目前先進的電解水制氫技術(shù)具備了一些調(diào)節(jié)能力。

四是終端，推進多種能源的互補，拓展電能綜合利用的途徑

二、全球氫能戰(zhàn)略政策及技術(shù)布局

首先是美國的政策，美國是在2022年9月份先公布了國家清潔氫戰(zhàn)略與路線圖，主要是致力于綠色制氫大國，布局在交通、發(fā)電、住宅、建筑、工業(yè)等幾大領(lǐng)域，生產(chǎn)量在2030年達(dá)到1000萬噸，2040年2000萬噸，2050年5000萬噸。2030年提出了電解槽成本要降到每千瓦300美元，運行壽命8萬小時，效率達(dá)到65%。2023年到2025年在建筑供暖領(lǐng)域?qū)嵭刑烊粴夤芫W(wǎng)混氫輸送，2026年到2030年在運輸領(lǐng)域加氫站基礎(chǔ)設(shè)施形成網(wǎng)絡(luò)，生產(chǎn)領(lǐng)域氨和甲醇?xì)涞难苌镞^渡到逐漸使用低碳?xì)涞碾A段，2030年以后氫能在各個行業(yè)要迅速大規(guī)模的部署，推動清潔氫在工業(yè)重型運輸和電網(wǎng)長期儲能等領(lǐng)域的應(yīng)用。

美國的技術(shù)戰(zhàn)略部分我們也是梳理了美國能源部相關(guān)的氫能的計劃，梳理了一些技術(shù)。2023年2月份到10月份推出了非常多的補貼計劃，在2023年10月份70億美元主要投資于清潔氫的研發(fā)計劃，也是關(guān)注于氫能發(fā)電和工業(yè)領(lǐng)域。技術(shù)角度來看，2018年到2020年均布局了PEM的質(zhì)子交換膜技術(shù)，2019年開始關(guān)注固體氧化物制氫技術(shù)，前沿布局了成本耐用的陰離子交換膜技術(shù)，美國在2020年前布局相關(guān)方面都達(dá)到的比較前沿的水平。在電力用氫方面，美國2018年到2022年布局了質(zhì)子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池技術(shù)。2021年、2022年開始關(guān)注氫燃?xì)廨啓C、熱電聯(lián)產(chǎn)相關(guān)技術(shù)研發(fā)，氫燃?xì)廨啓C也是我們在發(fā)電端未來可能適用于電力系統(tǒng)的一個重要的方式。2030年除了制氫和用氫重點關(guān)注了地質(zhì)儲氫、低溫液態(tài)輸氫和管道輸氫技術(shù)。

德國的戰(zhàn)略是2030年7月份更新了新版國家氫能戰(zhàn)略，首要是大幅提升了國內(nèi)電解制氫能力，產(chǎn)品從生產(chǎn)到氫能價值的全產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)，并逐漸應(yīng)用于航空航運和電力部門。歐洲主要還是做管道輸氫技術(shù)，歐洲利用波羅的海和北海的海上風(fēng)電以及芬蘭的陸上風(fēng)電，還有通過中東北非光伏比較發(fā)達(dá)，相對比較低的光伏制電成本把氫通過管道或者船運輸送到歐洲，歐洲相關(guān)的材料也提供，在北部、南部、西部、東部都有相關(guān)的氫氣運輸?shù)淖呃扔媱潯?/p>

從德國的技術(shù)角度考慮，主要是歐洲的地平線計劃，2023年1月份到10月份，投資也是比較多的。它主要還是聚焦在固體氧化技術(shù)和太陽能化學(xué)制氫方法的研究，同時也關(guān)注管道、管道缺陷相關(guān)的定位、檢測等技術(shù)。2023年重點布局了航空氫氣發(fā)動機工業(yè)高效燃燒系統(tǒng)固體氧化電池以及相關(guān)的控制算法研究。

日本也是在去年公布了新版的氫能國家戰(zhàn)略，主要還是在產(chǎn)量上相對之前有一個比較大的提升，同時成本也有相關(guān)的降低。同時特別關(guān)注低碳?xì)涞奶紡姸饶繕?biāo)的規(guī)劃。日本主要是新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展機構(gòu)NEDO推動相關(guān)方面的研究，在2023年主要還是聚焦在質(zhì)子交換膜膜電極和催化劑的研發(fā)，用氫方面關(guān)注催化劑、納米膜等相關(guān)研究，同時也關(guān)注固體氧化物和氫燃?xì)廨啓C相關(guān)技術(shù)。

中國的政策，我們在推出了氫能的首個中國的規(guī)劃到相關(guān)中國氫能標(biāo)準(zhǔn)體系的研究，都是在氫能的制儲輸用各個環(huán)節(jié)進行布局，有一些政策還是提到了電解制氫在谷電超過50%的時候，免收容量費，還有在化工園區(qū)外實施可再生能源的制氫，探索還有加氫和制氫一體化相關(guān)的建設(shè)，這對行業(yè)的推動還有很大的促進作用。

中國也分析了國家可再生能源與氫能的重點專項，中國的研究也是從開始比較大的方面到現(xiàn)在比較細(xì)的一些具體的方面。制氫方面也是在2022年開始關(guān)注了固體氧化物燃料電池方向，2023年開始攻關(guān)了陰離子交換膜的相關(guān)的技術(shù)以及直接海水制氫技術(shù)。儲氫方面也是2022年布局了固態(tài)儲氫技術(shù)，2023年開始關(guān)注大規(guī)模地質(zhì)儲氫技術(shù)研發(fā)。用氫方面也是質(zhì)子交換膜和固體氧化物2023年重點關(guān)注摻氫和摻氨燃燒技術(shù)，2023年主要是對電解制氫、地質(zhì)儲氫、氫能微網(wǎng)等方面進行相關(guān)的布局研究。

三、電氫耦合發(fā)展的場景和一些路徑

首先，未來氫能可能是在電網(wǎng)氣網(wǎng)相融合的途徑，氫能在其中扮演著重要的載體作用，氫能也在發(fā)電輸電配電以及終端消費各個環(huán)節(jié)都對新型電力系統(tǒng)構(gòu)建和新型能源體系構(gòu)建起著重要的作用。

我們梳理了一些典型的場景，首先是電源側(cè)，電源側(cè)場景主要是跟可再生能源波動的一些結(jié)合，還有傳統(tǒng)火電機組與氫的聯(lián)合的場景，最主要還是要促進新能源的消納，提升并網(wǎng)的友好性，相關(guān)的工程有寧夏的，還有荷蘭海上風(fēng)電制氫的項目也通過管道輸氫輸?shù)綒W洲。

電網(wǎng)側(cè)的場景，主要是要考慮發(fā)揮電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻的輔助作用，提升電網(wǎng)的安全性、可靠性和靈活性。同時長周期儲能也是我們未來在網(wǎng)上關(guān)注的重點的方向。

負(fù)荷側(cè)主要是發(fā)揮了冷熱電氣氫多種耦合發(fā)揮互補效應(yīng)，推動綜合能源的發(fā)展。

電解槽的經(jīng)濟性，電費在1毛5到2毛錢的時候，制氫出氫口成本是10塊錢左右的，具有一定的競爭的優(yōu)勢。我們也對氫能參與長周期儲能做了相關(guān)的分析，這是四個季節(jié)的典型日情況，可以看到在可再生能源的比例達(dá)到一定階段的時候，在某一些季節(jié)會出現(xiàn)電力的盈余，某一些季節(jié)會出現(xiàn)電力的缺失。這是從一個季度的電能挪到另一個季節(jié)，這是長周期跨季節(jié)儲能作用。目前來看氫能或許是未來一個比較明顯的方向。這是我們模擬得出的結(jié)論。這是在有一定的邊界條件和假設(shè)的情況下做的一些分析，初步的分析結(jié)果是在可再生能源比例達(dá)到50%左右的時候，會出現(xiàn)跨季節(jié)長周期儲能的需求，國際上其他的報告可能有提到60%到70%的情況。

長周期儲能氫能為什么會有這么重要的角色呢？因為它還是有一些特點，主要是易儲存、能在各個場景發(fā)揮相關(guān)的作用，調(diào)峰和新能源基地送出等上面具有一定的優(yōu)勢。

我們也做了一下各個氫儲能相關(guān)的研究，氫能現(xiàn)在還是有物理存儲、化學(xué)存儲和一些其他存儲方式，現(xiàn)在電力系統(tǒng)目前正在研究的方向是金屬的固態(tài)儲氫。

另外一個大家關(guān)注的焦點就是天然氣摻氫還有輸氫管道相關(guān)的研究，我們也分析了各類氫儲能經(jīng)濟性包括鹽穴儲氫的情況，鹽穴儲氫還受制于地理條件和相關(guān)因素的影響，在我國來看分布也不是特別均勻，未來可能結(jié)合這個方向大規(guī)模的儲氫會有一定的前景。在美國的加州南部還是有大規(guī)模的鹽穴儲氫跟氫管道配合的項目和規(guī)模在進行。這是不同的儲氫的對比，4公斤氫氣在不同存儲方向下的一些存儲的情況。固態(tài)儲氫還是有一定的優(yōu)勢。

另外氫能支撐新型電力系統(tǒng)的發(fā)展路徑和影響分析，這個研究的思路一個是看氫能在不同國家不同的地方，不同的區(qū)域需氫量還有可再生能源的發(fā)展的潛力。我們初步分析了一些主要的結(jié)論，最后得到了氫能能流圖，重點看一下這個方向。通過模擬未來可能在2030、2060年從西北到華北，西北到華南，西北到西南，西北還是氫主要的輸出口。結(jié)合海上發(fā)電的發(fā)展未來在負(fù)荷側(cè)華東地區(qū)，如果海上風(fēng)電發(fā)展足夠的話，它可能在某種程度上能達(dá)到對華東的使用。

另外輸氫和輸電相關(guān)比較，初步結(jié)論就是輸電和輸氫進行協(xié)同，長距離的角度還是輸電具有迅速和比較經(jīng)濟的優(yōu)勢。我們也提出了氫能在新型電力系統(tǒng)發(fā)展的路線圖，后續(xù)我們也隨時關(guān)注著，通過今天的展會和大家的介紹和分享，我們也要在基礎(chǔ)上逐漸的完善相關(guān)路線圖的計劃。

2030年重點還是要布局風(fēng)光制氫路線，2060年還是要重點關(guān)注大規(guī)模儲氫技術(shù)、雙向可逆燃料電池技術(shù)、氫燃?xì)廨啓C技術(shù)裝備要達(dá)到國際的水平。目前有一些技術(shù)美國和其他國家的一些技術(shù)，我們對某一些技術(shù)的研究可能要適度的提前。

支撐新型電力系統(tǒng)發(fā)展的路徑，2021到2030年這是加速轉(zhuǎn)型的階段，逐漸推動風(fēng)光氫制氫工程的規(guī)?；l(fā)展和商業(yè)模式的成熟，促進可再生能源的消納。在2030年到2045年是總體形成期，要推動電制氫氫發(fā)電和熱電聯(lián)供等多種功能場景的布局和使用，在鞏固和完善期要深度發(fā)展電氫融合，長周期跨季節(jié)儲能方向要扮演重要的角色。

四、總結(jié)與展望

國際上紛紛把氫能作為重要的抓手，2022年和2023年相關(guān)工程會進一步提升，未來還有巨大的潛力。

電制氫作為可調(diào)節(jié)的負(fù)荷，未來在電力系統(tǒng)扮演重要的角色，隨著未來可再生能源比例的攀升，長周期跨季節(jié)的儲能將是氫能發(fā)展的方向。

氫能在電力系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)還處于導(dǎo)入期，未來是一個長期發(fā)展的階段，我們認(rèn)為具有廣泛的發(fā)展前景。

我們做的一些工作，中國電力科學(xué)研究院2021年聯(lián)合30余家產(chǎn)學(xué)研用單位成立了電氫耦合技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)合體，在座的各位可能有很多是同仁，目的是推動氫能行業(yè)以及氫能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用發(fā)生一個重要的推動作用。同時我們也每月發(fā)布相關(guān)的課題快報，未來希望跟各位開展更多的交流。

這是我們布局的項目，我們在對于電網(wǎng)在源網(wǎng)儲荷四個環(huán)節(jié)以及總體的電網(wǎng)的經(jīng)濟性和場景的構(gòu)建方面做一些分析，目前這個項目研究也進行了一段時間，隨著我們的研究和示范工程的推進，我們也發(fā)現(xiàn)未來研究的課題也會逐漸的深入。

我們發(fā)布的報告，在2022年發(fā)布了電力氫能的科技前沿的報告這個主要是基于論文和專利的分析情況，分析出目前氫能研究未來重點和產(chǎn)業(yè)未來布局的方向，還有我們在2022年電氫耦合專業(yè)發(fā)展的報告，同時有一些專題研究，2023年的報告是在4、5月份同時發(fā)布。

建議：

一是強化頂層設(shè)計，深度推進電氫融合發(fā)展。

二是加強產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合，開展跨行業(yè)、跨學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)。

三是深度參與國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系，引領(lǐng)電氫行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

四是打造典型示范工程，推進電氫產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展。

謝謝大家。