氫能作為一種優質的二次能源,在能源存儲和利用中有巨大的應用潛力,且有助于新能源電量消納。2022年3月,國家發展改革委、國家能源局聯合發布《氫能產業發展中長期規劃(2021~2035年)》,明確了氫能產業的戰略定位和綠色低碳的發展方向。發展綠色氫能可促進我國新能源規模化利用,助力實現“雙碳”目標,為加快我國發展方式綠色轉型提供強勁動力。
綠電制氫可促進新能源電量消納
中國已成為世界上最大的能源生產國,風電和光伏發電裝機容量均位居世界第一。新能源裝機容量的快速增長給電網安全穩定運行帶來了挑戰。“十四五”中后期,預計新能源年發電新增裝機容量仍將保持快速增長,新能源電量消納挑戰嚴峻。
我國新能源電量消納能力主要受限于源荷反向分布、靈活調峰能力不足、新能源基地外送通道不夠、電力市場機制不完善等因素。加快儲能資源配置是提升新能源電量消納水平的重要途徑。
氫儲能技術是具備物質和能量雙重屬性的儲能技術,在能量、時間、空間三個維度上具有優勢,是僅有的儲能容量能達到太瓦級、可跨季節儲存的能量儲存方式。氫在新型電力系統中存在三種主要應用形式:一是通過電解槽把電變成氫之后,以氫或氫基能源的形式儲存起來,再通過燃料電池發電;二是把氫和煤/天然氣摻燒,國內已經有小規模示范;三是把氫制成氨或易于儲存的甲醇,用作原料或者燃料。
在電力系統源側,氫可發揮長時儲能的作用,促進波動性電源的平滑上網;在電力系統網端,氫可參與調峰,在能源需求較小的季節存儲多余的電量,在能源需求較大的季節釋放。隨著構建新型電力系統的不斷推進,綠電制氫對促進新能源電量消納的優勢將逐漸凸顯。今年,我國多個綠電制氫項目獲批、簽約或開建,已投產項目規模達4.9萬噸,已立項產能合計約270萬噸。
綠電制氫有助于構建新型能源體系
在能源消費終端,電能具有效率高、污染少等優勢。源側高比例新能源滲透和終端快速電氣化將成為實現“雙碳”目標的兩大重要抓手。然而,電力生產、輸送、消費具有瞬時性,儲存和運輸難度高于煤、石油、天然氣等一次能源,加之新能源發電不穩定,使得100%的電氣化難以實現。難以實現高比例電氣化的行業主要包括長途重卡運輸、冶金和石化等重工業、航運和航空。目前,這些行業的碳排放量約占用能領域碳排放總量的三分之一。實現“雙碳”目標要構建新型電力系統,更要建設新型能源體系。
氫能在建設新型能源體系中可發揮不可替代的作用。氫電耦合等方式可推動形成煤油氣、電熱氫等靈活轉換、多元互補的現代能源體系。氫能作為二次能源,在交通領域可減少汽油、柴油消費;作為高品質熱源,在工業領域可減少煤炭、天然氣等化石能源消費;作為大規模、長周期、跨季節儲能方式,可提高電力系統靈活調節能力,促進新能源大基地電量集中外送;作為清潔化工原料和還原劑,可推動形成“風光發電+氫儲能”一體化、“綠電-綠氫-綠氨(綠色甲醇)”產業鏈,與地方工業、農業發展相融合,促進化工等相關產業綠色低碳轉型,帶動相關地區經濟社會發展。
未來,我國綠色氫能發展可考慮“兩條腿”走路,一方面發展管道輸氫,另一方面因地制宜地將綠電制氫與當地煤化工、石油煉化、冶金產業結合起來。
制儲輸用協同共促氫能綠色發展
目前,綠色氫能發展在制、儲、輸、用各個環節均存在一定挑戰。需要政府、企業、高校、科研院所等多方力量協同,推動產學研用貫通,解決好氫能產業各環節存在的難點問題。
標準先行,加強綠氫標準研究制定。結合我國發展實際,進一步明確綠氫行業標準或國家標準,并與歐盟等國際組織制定的標準接軌,推動編制國際標準,為綠氫發展夯實標準基礎。
降本增效,通過技術創新與市場機制改革,提高綠氫產業經濟性。持續攻關新能源發電技術,提高制氫電解槽、儲存及運輸、燃料電池、內燃機等設備的可靠性,攻克綠電制氫難以適應新能源發電間歇性和波動性的技術難題,加強氫能產業投入與研發,加快氫能各項技術商業示范應用。支持綠氫減排量納入自愿碳減排市場交易,逐步探索建設全國性綠氫交易所。
多管齊下,支持氫能儲存運輸技術朝著“低壓到高壓”“氣態到多相態”“單一到復合”的方向發展,解決好綠氫跨季節大規模存儲難、綠氫供需不匹配等產業堵點問題。在新能源資源豐富的“三北”地區,鼓勵配套建設合成氨、合成甲醇等工廠,通過改進氫基能源合成技術來適應新能源發電波動性,促進綠氫就地消納。
需求引領,以推動綠氫在工業領域規模化應用為目標,出臺相關扶持政策。結合碳捕集、利用和封存技術,采用捕集的二氧化碳與氫反應制取甲烷、甲醇作為工業原料,拓寬綠氫應用場景,釋放工業領域對綠氫的需求,強化需求對供給的牽引。
示范推進,通過開展風光制氫合成氨、跨季節規模化儲氫、氫能燃氣輪機發電、制氫加氫一體化、綠氫碳交易機制示范等項目,以點帶面推進綠氫產業發展。
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