3月27日，中國(guó)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(shì)》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(lái)自中國(guó)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(shì)。從電力行業(yè)的角度來(lái)看氫能，從電力行業(yè)的角度來(lái)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(kāi)放互動(dòng)，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(guó)風(fēng)能和太陽(yáng)能的發(fā)電量裝機(jī)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(jī)總力分別是47.3%和43.8%。2060年前新能源發(fā)電量將超過(guò)50%。

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

整體來(lái)講電力系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)也會(huì)發(fā)生重大的變化，一般發(fā)電主要是根據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整新型電力系統(tǒng)必須要有相關(guān)的儲(chǔ)能和需求響應(yīng)的措施才能實(shí)現(xiàn)電力的供需平衡。

氫能到2023年底大概有40個(gè)國(guó)家制定了國(guó)家氫能戰(zhàn)略，其中以綠氫為主發(fā)展方向，國(guó)際氫能委員會(huì)調(diào)查報(bào)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(guó)已經(jīng)初具規(guī)模，未來(lái)5年到10年形成爆發(fā)趨勢(shì)。我們看到國(guó)際能源署發(fā)布的數(shù)據(jù)在2020年到2023年電解槽的裝機(jī)容量迅速提升，達(dá)到百GW級(jí)，現(xiàn)在中國(guó)的量是GW級(jí)，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(jìn)可再生能源的消納。我國(guó)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(guó)可再生能源的消納水平。

二是對(duì)于新型電力系統(tǒng)和新型能源體系來(lái)講氫儲(chǔ)能特征具備長(zhǎng)周期的特點(diǎn)，未來(lái)是一個(gè)重要的方式在這些場(chǎng)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(shí)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(jìn)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(jìn)多種能源的互補(bǔ)，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(guó)的政策，美國(guó)是在2022年9月份先公布了國(guó)家清潔氫戰(zhàn)略與路線圖，主要是致力于綠色制氫大國(guó)，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(wàn)噸，2040年2000萬(wàn)噸，2050年5000萬(wàn)噸。2030年提出了電解槽成本要降到每千瓦300美元，運(yùn)行壽命8萬(wàn)小時(shí)，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(yùn)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^(guò)渡到逐漸使用低碳?xì)涞碾A段，2030年以后氫能在各個(gè)行業(yè)要迅速大規(guī)模的部署，推動(dòng)清潔氫在工業(yè)重型運(yùn)輸和電網(wǎng)長(zhǎng)期儲(chǔ)能等領(lǐng)域的應(yīng)用。

美國(guó)的技術(shù)戰(zhàn)略部分我們也是梳理了美國(guó)能源部相關(guān)的氫能的計(jì)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(bǔ)貼計(jì)劃，在2023年10月份70億美元主要投資于清潔氫的研發(fā)計(jì)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(lái)看，2018年到2020年均布局了PEM的質(zhì)子交換膜技術(shù)，2019年開(kāi)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(guó)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(guó)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(kāi)始關(guān)注氫燃?xì)廨啓C(jī)、熱電聯(lián)產(chǎn)相關(guān)技術(shù)研發(fā)，氫燃?xì)廨啓C(jī)也是我們?cè)诎l(fā)電端未來(lái)可能適用于電力系統(tǒng)的一個(gè)重要的方式。2030年除了制氫和用氫重點(diǎn)關(guān)注了地質(zhì)儲(chǔ)氫、低溫液態(tài)輸氫和管道輸氫技術(shù)。

德國(guó)的戰(zhàn)略是2030年7月份更新了新版國(guó)家氫能戰(zhàn)略，首要是大幅提升了國(guó)內(nèi)電解制氫能力，產(chǎn)品從生產(chǎn)到氫能價(jià)值的全產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)，并逐漸應(yīng)用于航空航運(yùn)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(guò)中東北非光伏比較發(fā)達(dá)，相對(duì)比較低的光伏制電成本把氫通過(guò)管道或者船運(yùn)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(yùn)輸?shù)淖呃扔?jì)劃。

從德國(guó)的技術(shù)角度考慮，主要是歐洲的地平線計(jì)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(yáng)能化學(xué)制氫方法的研究，同時(shí)也關(guān)注管道、管道缺陷相關(guān)的定位、檢測(cè)等技術(shù)。2023年重點(diǎn)布局了航空氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)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(guó)家戰(zhàn)略，主要還是在產(chǎn)量上相對(duì)之前有一個(gè)比較大的提升，同時(shí)成本也有相關(guān)的降低。同時(shí)特別關(guān)注低碳?xì)涞奶紡?qiáng)度目標(biāo)的規(guī)劃。日本主要是新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)構(gòu)NEDO推動(dòng)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(shí)也關(guān)注固體氧化物和氫燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)技術(shù)。

中國(guó)的政策，我們?cè)谕瞥隽藲淠艿氖讉€(gè)中國(guó)的規(guī)劃到相關(guān)中國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)體系的研究，都是在氫能的制儲(chǔ)輸用各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行布局，有一些政策還是提到了電解制氫在谷電超過(guò)50%的時(shí)候，免收容量費(fèi)，還有在化工園區(qū)外實(shí)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(duì)行業(yè)的推動(dòng)還有很大的促進(jìn)作用。

中國(guó)也分析了國(guó)家可再生能源與氫能的重點(diǎn)專項(xiàng)，中國(guó)的研究也是從開(kāi)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(kāi)始關(guān)注了固體氧化物燃料電池方向，2023年開(kāi)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(chǔ)氫方面也是2022年布局了固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)，2023年開(kāi)始關(guān)注大規(guī)模地質(zhì)儲(chǔ)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(diǎn)關(guān)注摻氫和摻氨燃燒技術(shù)，2023年主要是對(duì)電解制氫、地質(zhì)儲(chǔ)氫、氫能微網(wǎng)等方面進(jìn)行相關(guān)的布局研究。

三、電氫耦合發(fā)展的場(chǎng)景和一些路徑

首先，未來(lái)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(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)都對(duì)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(chǎng)景，首先是電源側(cè)，電源側(cè)場(chǎng)景主要是跟可再生能源波動(dòng)的一些結(jié)合，還有傳統(tǒng)火電機(jī)組與氫的聯(lián)合的場(chǎng)景，最主要還是要促進(jìn)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(xiàng)目也通過(guò)管道輸氫輸?shù)綒W洲。

電網(wǎng)側(cè)的場(chǎng)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(shí)長(zhǎng)周期儲(chǔ)能也是我們未來(lái)在網(wǎng)上關(guān)注的重點(diǎn)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(bǔ)效應(yīng)，推動(dòng)綜合能源的發(fā)展。

電解槽的經(jīng)濟(jì)性，電費(fèi)在1毛5到2毛錢的時(shí)候，制氫出氫口成本是10塊錢左右的，具有一定的競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)。我們也對(duì)氫能參與長(zhǎng)周期儲(chǔ)能做了相關(guān)的分析，這是四個(gè)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(shí)候，在某一些季節(jié)會(huì)出現(xiàn)電力的盈余，某一些季節(jié)會(huì)出現(xiàn)電力的缺失。這是從一個(gè)季度的電能挪到另一個(gè)季節(jié)，這是長(zhǎng)周期跨季節(jié)儲(chǔ)能作用。目前來(lái)看氫能或許是未來(lái)一個(gè)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(shí)候，會(huì)出現(xiàn)跨季節(jié)長(zhǎng)周期儲(chǔ)能的需求，國(guó)際上其他的報(bào)告可能有提到60%到70%的情況。

長(zhǎng)周期儲(chǔ)能氫能為什么會(huì)有這么重要的角色呢？因?yàn)樗€是有一些特點(diǎn)，主要是易儲(chǔ)存、能在各個(gè)場(chǎng)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(shì)。

我們也做了一下各個(gè)氫儲(chǔ)能相關(guān)的研究，氫能現(xiàn)在還是有物理存儲(chǔ)、化學(xué)存儲(chǔ)和一些其他存儲(chǔ)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(chǔ)氫。

另外一個(gè)大家關(guān)注的焦點(diǎn)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(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性包括鹽穴儲(chǔ)氫的情況，鹽穴儲(chǔ)氫還受制于地理?xiàng)l件和相關(guān)因素的影響，在我國(guó)來(lái)看分布也不是特別均勻，未來(lái)可能結(jié)合這個(gè)方向大規(guī)模的儲(chǔ)氫會(huì)有一定的前景。在美國(guó)的加州南部還是有大規(guī)模的鹽穴儲(chǔ)氫跟氫管道配合的項(xiàng)目和規(guī)模在進(jìn)行。這是不同的儲(chǔ)氫的對(duì)比，4公斤氫氣在不同存儲(chǔ)方向下的一些存儲(chǔ)的情況。固態(tài)儲(chǔ)氫還是有一定的優(yōu)勢(shì)。

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(gè)研究的思路一個(gè)是看氫能在不同國(guó)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(diǎn)看一下這個(gè)方向。通過(guò)模擬未來(lái)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(lái)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(duì)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(jìn)行協(xié)同，長(zhǎng)距離的角度還是輸電具有迅速和比較經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)。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(shí)關(guān)注著，通過(guò)今天的展會(huì)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(jì)劃。

2030年重點(diǎn)還是要布局風(fēng)光制氫路線，2060年還是要重點(diǎn)關(guān)注大規(guī)模儲(chǔ)氫技術(shù)、雙向可逆燃料電池技術(shù)、氫燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)裝備要達(dá)到國(guó)際的水平。目前有一些技術(shù)美國(guó)和其他國(guó)家的一些技術(shù)，我們對(duì)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(dòng)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(jìn)可再生能源的消納。在2030年到2045年是總體形成期，要推動(dòng)電制氫氫發(fā)電和熱電聯(lián)供等多種功能場(chǎng)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(zhǎng)周期跨季節(jié)儲(chǔ)能方向要扮演重要的角色。

四、總結(jié)與展望

國(guó)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(huì)進(jìn)一步提升，未來(lái)還有巨大的潛力。

電制氫作為可調(diào)節(jié)的負(fù)荷，未來(lái)在電力系統(tǒng)扮演重要的角色，隨著未來(lái)可再生能源比例的攀升，長(zhǎng)周期跨季節(jié)的儲(chǔ)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(lái)是一個(gè)長(zhǎng)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(guó)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(dòng)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(gè)重要的推動(dòng)作用。同時(shí)我們也每月發(fā)布相關(guān)的課題快報(bào)，未來(lái)希望跟各位開(kāi)展更多的交流。

這是我們布局的項(xiàng)目，我們?cè)趯?duì)于電網(wǎng)在源網(wǎng)儲(chǔ)荷四個(gè)環(huán)節(jié)以及總體的電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和場(chǎng)景的構(gòu)建方面做一些分析，目前這個(gè)項(xiàng)目研究也進(jìn)行了一段時(shí)間，隨著我們的研究和示范工程的推進(jìn)，我們也發(fā)現(xiàn)未來(lái)研究的課題也會(huì)逐漸的深入。

我們發(fā)布的報(bào)告，在2022年發(fā)布了電力氫能的科技前沿的報(bào)告這個(gè)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(lái)重點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)未來(lái)布局的方向，還有我們?cè)?022年電氫耦合專業(yè)發(fā)展的報(bào)告，同時(shí)有一些專題研究，2023年的報(bào)告是在4、5月份同時(shí)發(fā)布。

建議：

一是強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，深度推進(jìn)電氫融合發(fā)展。

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

三是深度參與國(guó)際國(guó)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(jìn)電氫產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展。

謝謝大家。