寫稿
投稿
走進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點城市，創(chuàng)新驅(qū)動再升級！9月14日，令人期待已久的2023中國（嘉興）氫能產(chǎn)業(yè)大會暨2023氫能專精特新創(chuàng)業(yè)大賽決賽于浙江省嘉興市隆重開賽。開幕式現(xiàn)場，中國工程院院士黃其勵作《氫電協(xié)同為新型能源系統(tǒng)提供有力支撐》主旨演講，圍繞氫電耦合主題，介紹氫與電的發(fā)展，氫能發(fā)展的典型案例，氫能需要技術(shù)進(jìn)步的要求，以及相關(guān)的建議思路等。
以下為黃其勵演講實錄
（內(nèi)容有編輯）
氫和電是最親密的能源伴侶，是人類未來的二次能源
有電以來人類社會經(jīng)過了工業(yè)時代、現(xiàn)代時代以及信息化和智能化時代，電給社會帶來了繁榮幸?！，F(xiàn)在我國二次能源中的電氣化比例是27%，計劃到2060年將達(dá)到60%。根據(jù)各方面的研究，到2060年氫能占的比例有的報告是10%，有的報告是20%，取平均值15%，60%電和15%的氫就是2060年社會用能的最大組成部分。
但是電這個老革命碰到了新問題，能源轉(zhuǎn)型從煤到石油再到可再生能源（為了簡單起見下面叫新能源），這樣一個變化給能源電力的保供安全帶來非常大的挑戰(zhàn)。新能源有兩大優(yōu)點、兩大缺點。優(yōu)點第一是國產(chǎn)，不需要進(jìn)口，第二是資源特別豐富，可開發(fā)的太陽能裝機(jī)可以達(dá)到156億千瓦。其兩大缺點，第一是靠天吃飯，有很大的隨機(jī)性和波動性，第二是對電網(wǎng)有弱支撐性和很低的抗干擾能力。
今天針對第一個問題需要對波動性和隨機(jī)性進(jìn)行補償，出現(xiàn)了很多儲能技術(shù)。其中，氫儲能和氫電耦合成為一個新秀。水由氫和氧組成，氫的另外一個名字是水素，地球70%被水覆蓋，氫是非常豐富的、也是最輕的元素。氫的能量密度高，單位質(zhì)量的熱量是煤炭的4倍、汽油的3.1倍、天然氣的2.6倍。
氫有能源和資源的雙重屬性，幾乎可以連接所有能源，是各類能源的橋梁和紐帶。常見的二次能源有電、熱和氫，綠電和綠氫是二次能源的最佳選擇，氫和電是最親密的能源伴侶，是人類未來的二次能源。
報告共分為三個部分。首先講氫能發(fā)展的驅(qū)動力，其次講氫能發(fā)展的典型案例和技術(shù)進(jìn)步的要求，最后是政策建議。
報告第一方面
氫能提高我國能源大系統(tǒng)的綜合利用效率
能源轉(zhuǎn)型從煤到石油到可再生能源，并不是前一個能源用完了，才開始下一個進(jìn)程，而是主要是由于人類生活環(huán)境的變化，要保護(hù)地球，實際是保護(hù)人類自己，必須向新能源、可再生能源轉(zhuǎn)化。
新能源系統(tǒng)發(fā)展面臨若干困難和挑戰(zhàn)：
第一個挑戰(zhàn)是常規(guī)消納的矛盾突出，新能源可以發(fā)電，但發(fā)出電后消納不足?，F(xiàn)在國家發(fā)展速度很快，有些地區(qū)的可再生能源的滲透率（裝機(jī)容量與最大負(fù)荷的比值）已經(jīng)達(dá)到了233%，必須有4個小時以上、甚至季節(jié)間的調(diào)節(jié)需求，需要挖掘長時間、規(guī)模化的靈活儲能技術(shù)的潛力；
第二個挑戰(zhàn)是綠電外送通道容量空間利用?，F(xiàn)在開發(fā)的“沙戈荒”和“深遠(yuǎn)海”位置的新能源發(fā)電，電力如何輸送出來？能夠和特高壓輸電并行、為能源輸送做貢獻(xiàn)的，非氫莫屬；
第三個挑戰(zhàn)是用戶側(cè)要加強(qiáng)電氣化、綠氫化比例。交通、建筑、冶金、化工等工業(yè)部門，都是難以減碳和取代的，需要處理好現(xiàn)在的化石能源和未來的可再生能源的關(guān)系，提高電氣化和綠氫化的比例；
由于氫電耦合可以降低或平衡隨機(jī)性、波動性對電力系統(tǒng)的影響，可以消納新能源，預(yù)計到2030年新能源要發(fā)展到16.4億，2060年到60多億，新能源如此大的發(fā)展，如果沒有巨大的消納能力是做不到的。
第一，用電解水制氫及其衍生品提高新能源消納的能力和區(qū)域調(diào)度能力。電力輸送的特高壓很好，但也不是唯一的方式，可以用管道或其他方式將氫外送，完成跨區(qū)域跨品種的耦合。氫及衍生品的能源存儲規(guī)?？梢詮陌偾叩郊?，存儲時間可以從小時到季，技術(shù)潛力可以到百吉瓦。
第二，可支撐終端用電大幅度提高電氣化比例，特別對于難減排的重工業(yè)，由于歷史原因不好替代，通過氫氣衍生品作為二次能源，可以推動原料、材料、終端用能的清潔化、低碳化，減少化石能源的利用；
第三是助力我國建設(shè)氫能國際貿(mào)易樞紐。
儲能越來越重要，與抽水蓄能或其他儲能方式比較，氫儲能（或氫電耦合）有很多類似的地方，氫儲能最大的特點就是能夠長時間、大容量、跨季節(jié)儲存，是其他方式所不具備的。到2060年氫能需求量要達(dá)到1.3億噸，如果按照50%轉(zhuǎn)化為靈活性資源，相當(dāng)于火電裝機(jī)3億千瓦。
未來氫電耦合發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動力，首先是區(qū)域能源資源稟賦導(dǎo)致靈活性需求差異明顯。不同的區(qū)域資源稟賦不一樣，青海白天光伏棄電量大，晚上全時段電源不足，依托氫儲能技術(shù)實現(xiàn)大規(guī)?！半?氫-電”大規(guī)模轉(zhuǎn)化利用。湖南白天依托特高壓送電+本地光伏自發(fā)，晚高峰供電不足，依托氫儲能可實現(xiàn)高峰“氫-電”保障用電。吉林晚上風(fēng)電大發(fā)但消納不足，白天火電電源供應(yīng)不足，無法支撐特高壓外送利用率。通過“電-氫”轉(zhuǎn)換可支撐類似地區(qū)大規(guī)模新能源外送。氫能可以提高能源系統(tǒng)靈活性。時間靈活性，充電時間和放電時間不對等，可實現(xiàn)慢充快放，快充慢放，或者慢充慢放?？臻g靈活性，充電和放電空間解耦，在價格最低的地方充電，價格最高的地方放電。
第二個驅(qū)動力，離網(wǎng)-并網(wǎng)型新能源開發(fā)模式逐漸成為擴(kuò)大新能源規(guī)?；_發(fā)潛力的重要手段，”沙戈荒”、”深遠(yuǎn)?！钡葓鼍俺蔀楦哔|(zhì)量發(fā)展重要抓手?！澳茉磪^(qū)域綜合化”和“源網(wǎng)荷儲一體化”發(fā)展趨勢明顯，進(jìn)一步強(qiáng)化了區(qū)域氫電耦合需求，需更好挖掘氫電耦合的綜合效益。
我國海上風(fēng)電技術(shù)可開發(fā)潛力約22.5億千瓦，按20%比例制氫可年產(chǎn)綠氫超過3500萬噸，替代石油超過1億噸。2030年，風(fēng)電制氫的度電成本將降至0.25元/千瓦時，海洋風(fēng)電制氫成本可達(dá)22-25元/公斤。
報告第二個方面
氫電耦合應(yīng)用的典型場景和需要重視的技術(shù)開發(fā)
第一個場景：新能源大基地
也就是“沙戈荒”，國家要開發(fā)4億多千瓦的風(fēng)電、光伏。通過氫能實現(xiàn)風(fēng)光大基地高質(zhì)量建設(shè)和特高壓高水平發(fā)展，依托大基地規(guī)?；_發(fā)使制氫成本較傳統(tǒng)開發(fā)模式總成本低40%以上。通過“發(fā)電上網(wǎng)”+“離網(wǎng)制氫”耦合化，在滿足項目收益率要求的基礎(chǔ)上，將上網(wǎng)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(guī)?？焖贁U(kuò)大的重要解決方案。如果把風(fēng)、光、電、氫、站、車、化工一體化開發(fā)就很有前途。寧東可再生氫碳減排示范區(qū)項目是全國首個化工、交通多場景一體化協(xié)同耦合的商業(yè)化綠氫項目，以電補氫后制氫成本可達(dá)17元/公斤。衡陽有大量副產(chǎn)氫作為初期氣源，后期依托衡陽及以南地區(qū)光伏資源，充分利用湖南高電價優(yōu)勢，逐步提高制氫配比制低價氫，通過多元化氫源耦合，為衡陽調(diào)峰基礎(chǔ)和湖南省多元化能源輸入和耦合提供方案。
為了實現(xiàn)這些大規(guī)模開發(fā)，對技術(shù)方面有什么需求呢？
第一對制氫電解槽的靈活性以及堿性電解和質(zhì)子交換膜電解的聯(lián)合控制技術(shù)提出了要求，因為這兩種電解方式都有各自的優(yōu)點。重點的研發(fā)任務(wù)就是寬范圍、高效率、低能耗堿性電解水制氫，大規(guī)模、低成本、長壽命質(zhì)子交換膜制氫技術(shù)，以及兩者耦合的綜合控制技術(shù)。
第二個技術(shù)開發(fā)需求是燃?xì)廨啓C(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)可作為靈活電源，但我國的燃?xì)廨啓C(jī)很少，目前使用的都是天然氣燃?xì)廨啓C(jī)，但天然氣資源又缺乏。用摻氫或純氫燃燒，跟天然的燃?xì)廨啓C(jī)有一樣的調(diào)節(jié)電網(wǎng)的能力，增強(qiáng)電網(wǎng)的供電安全。荊門摻氫燃?xì)廨啓C(jī)成功實現(xiàn)30%摻氫燃燒改造和運行，機(jī)組具備純天然氣和天然氣摻氫兩種運行模式的兼容能力。在這方面需要解決的重點任務(wù)，包括重點解決燃?xì)漭啓C(jī)核心設(shè)計、部件制造、控制系統(tǒng)等方面的自主化和可靠性；推動綠氫制儲輸技術(shù)研發(fā)，建設(shè)低成本、大規(guī)模供應(yīng)鏈，支撐燃機(jī)用氫需求；開展燃?xì)漭啓C(jī)燃燒過程中低氮氧化物低排放技術(shù)和方案研究，形成完整方法；加快建立燃?xì)漭啓C(jī)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系，支撐相關(guān)裝備的推廣和安全應(yīng)用。
第二個場景：深遠(yuǎn)海
我國深遠(yuǎn)海區(qū)域風(fēng)能資源豐富、開發(fā)潛力大，是海上風(fēng)電未來發(fā)展的趨勢，但深遠(yuǎn)海風(fēng)電的開發(fā)也面臨低成本、大容量、遠(yuǎn)距離輸電等嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。依托可再生能源制氫技術(shù)實現(xiàn)深遠(yuǎn)海區(qū)域就地發(fā)電制氫（氨）后送至岸上，或直接進(jìn)行氫基能源的跨國貿(mào)易，可高效支撐深遠(yuǎn)海能源基地建設(shè)。特別是華東地區(qū)是海上風(fēng)電的豐富地區(qū)，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的豐富地區(qū)，可以深遠(yuǎn)海上風(fēng)電與經(jīng)濟(jì)發(fā)展同步發(fā)展，歐洲德國、荷蘭和英國等已開展相關(guān)的項目。
深海環(huán)境更加惡劣，存在著海流、波浪、潮汐、內(nèi)波等多種水文現(xiàn)象以及腐蝕、沖刷、淘空等長期理化作用，對風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)、海底電纜、海上平臺集成等技術(shù)無疑提出了更嚴(yán)苛的要求。與近海風(fēng)電場相比，深海風(fēng)電場的建設(shè)需要重新評估和考慮機(jī)組基礎(chǔ)型式和機(jī)組安裝方式，例如漂浮式光伏和漂浮式風(fēng)電機(jī)組，一旦臺風(fēng)來了以后，問題也會很嚴(yán)重。
因此在技術(shù)研發(fā)需求方面，海水原位制氫就成為氫能發(fā)展的原動力。海水里面的雜質(zhì)有92種，非常復(fù)雜，對電解槽有很大影響，對系統(tǒng)和控制有嚴(yán)格的要求。海上的原位制氫就可以解決這個問題，深圳大學(xué)謝和平院士研制的全球首套400L/h海水原位直接電解制氫技術(shù)與儲備，海水無需淡化、無額外催化劑，與東方公司合作做了首臺套海水原位制氫裝備，運行10天，非常穩(wěn)定，氫的純度達(dá)到了99.99%，該技術(shù)未來很有發(fā)展前途。海洋將來是人類的寶藏，一方面可以通過制氫來供給人類，另外海洋里有氫的同位素，氘和氚，可作為核聚變的原材料。
因此，海上氫能的制氫、儲存和輸送，比如制氫完成后通過管道輸送或運輸船輸送，制氫以后的傳送、氫的液化、氫合成氨、儲氫罐等等問題，都需要進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和投入。
深遠(yuǎn)海綜合能源島的建設(shè)，不只是單一需要能源資源的消納和外送，更需要打造“電-氫-儲-運-用”一體化生態(tài)閉環(huán)，協(xié)同能源島穩(wěn)定用電、跨國貿(mào)易航運減排等多方位需求，推動氫能島上就地應(yīng)用。
第三個場景：工業(yè)
推動氫能與工業(yè)耦合應(yīng)用，將綠氫作為“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(dǎo)工業(yè)產(chǎn)業(yè)布局再集聚。以氫能打造可再生能源-(電力系統(tǒng)+氫能網(wǎng)絡(luò))-工業(yè)產(chǎn)線的能源循環(huán)，提高我國能源大系統(tǒng)的綜合利用小時數(shù)和利用效率，降低整體能源應(yīng)用成本。國家能源集團(tuán)國華投資有風(fēng)電氫氨的項目，新能源裝機(jī)容量110萬千瓦，可以產(chǎn)30萬噸的綠氨；國家電投集團(tuán)和吉電股份在吉林大安計劃建設(shè)的“風(fēng)光氫氨一體化”項目，年產(chǎn)6萬噸的綠氨、30萬噸綠氨；寶鋼湛江有氫基豎爐工程項目；河鋼集團(tuán)有富氫冶金項目；嘉興也有一些項目得到了示范，開了個好頭。
工業(yè)場景方面需要開發(fā)的技術(shù)比較多，根據(jù)應(yīng)用對象不一樣，通過石油化工與煤化工、能源化工與多能融合高效耦合，重點突破烯烴、芳烴、含氧化合物、特種油品和化學(xué)品低碳新技術(shù)，構(gòu)建有機(jī)融合的工業(yè)低碳關(guān)鍵技術(shù)體系，增強(qiáng)我國大宗（基礎(chǔ)）化學(xué)品供給體系的韌性和靈活性，形成更高效率和更高質(zhì)量的投入產(chǎn)出關(guān)系。
氫冶金技術(shù)研發(fā)重點圍繞提高小時噴氫量，提高噸鐵噴氫量，開發(fā)高爐噴氫噴嘴、氫氣加壓機(jī)、氫氣加熱器以及具有最大噴氫量的大高爐噴氫減碳技術(shù)，不斷提高高爐對氫基氣體還原性的適應(yīng)性、氫碳比和二氧化碳的減排量，并持續(xù)降低焦比，盡可能增加鐵產(chǎn)量。
“煤摻氨技術(shù)”的創(chuàng)新研發(fā)將為鄂爾多斯、寧夏等火電外送基地的低碳轉(zhuǎn)型帶來機(jī)遇，協(xié)同新能源大基地的開發(fā)建設(shè)，可促進(jìn)煤基能源、新能源、氫（氨）能的高效利用，以支撐能源基地轉(zhuǎn)型發(fā)展。國家能源集團(tuán)“燃煤鍋爐混氨燃燒技術(shù)”以35%摻燒比例在40兆瓦燃煤鍋爐上實現(xiàn)了混氨燃燒應(yīng)用，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。我是這個項目的鑒定委員會主任，我的鑒定結(jié)果是該項目達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，以后還有更大的摻燒比例和問題需要解決，大有可為。
報告第三方面
提出氫電協(xié)同發(fā)展的建議：加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，協(xié)同創(chuàng)新，示范先行，完善標(biāo)準(zhǔn)
一是加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)。國外對氫研究啟動較早，都有氫能計劃，我們應(yīng)該研究歐美日等國技術(shù)發(fā)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(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)路線圖；聚焦大規(guī)模電解水制氫技術(shù)、氫高效轉(zhuǎn)化、柔性綠氫耦合煤化工、高比例煤摻氨等關(guān)鍵技術(shù)工藝和核心器件領(lǐng)域的創(chuàng)新迭代；設(shè)立并實施一批前瞻性、戰(zhàn)略性的重大科技專項，穩(wěn)步增加氫電耦合領(lǐng)域科技研發(fā)投入強(qiáng)度，布局一批氫能國家工程中心。
二是加快協(xié)同創(chuàng)新，加快氫能的骨干企業(yè)的協(xié)同，打造創(chuàng)新聯(lián)合體，中國氫能聯(lián)盟就是一個很重要的聯(lián)合體，推動科技研發(fā)平臺建設(shè)和人才引進(jìn)，高質(zhì)量打造氫能原創(chuàng)基礎(chǔ)策源地；氫能骨干企業(yè)聯(lián)合創(chuàng)新打造氫能“百站萬輛”和“氫能高速”等重點場景全產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)?；⒁惑w化工程，降低產(chǎn)業(yè)成本；加強(qiáng)氫能骨干企業(yè)跨行業(yè)溝通交流，開展覆蓋基礎(chǔ)材料、零部件、系統(tǒng)裝備等全產(chǎn)業(yè)鏈合作，共同發(fā)力引導(dǎo)市場進(jìn)步。
三是積極開展示范。前面提的示范量比較小，處于起步階段，積極打造規(guī)模化、低成本的可再生能源的綠氫大基地，推動”源網(wǎng)荷儲”“風(fēng)光氫儲一體化”項目，支撐風(fēng)光資源消納；打造孤島等新型分布式能源系統(tǒng)示范；探索深遠(yuǎn)海風(fēng)電開發(fā)，打造“海上能源島”；開展百兆瓦級氫儲能試點示范；優(yōu)化傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)體系，圍繞綠氫耦合煤化工、氫電融合、綠氫耦合冶金等領(lǐng)域開展超前示范，支撐先進(jìn)技術(shù)先行先試。
四是完善標(biāo)準(zhǔn)管理。氫能領(lǐng)域國外發(fā)展更早，我們要積極參加國際氫能相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作，梳理中國氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系缺口，構(gòu)建面向氫電耦合場景的標(biāo)準(zhǔn)體系；重視參與國際標(biāo)準(zhǔn)的制修訂，積極、實質(zhì)地申請參與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的工作和活動，將中國的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)與國際接軌；加快推動氫能“領(lǐng)跑者”行動實施，圍繞氫能重點裝備、氫氣品質(zhì)等方面推動檢測實證平臺建設(shè)。
嘉興是一個東方氫都，有很多的成熟經(jīng)驗?，F(xiàn)在的副產(chǎn)品還沒有得到很好的應(yīng)用，如大量應(yīng)用的話，將來可能是供不應(yīng)求。正好借這個良好的起步，采取舉措，將嘉興打造成真正的東方氫都，為人類將來的能源可持續(xù)發(fā)展和地球可持續(xù)發(fā)展作出更大更好的貢獻(xiàn)。
