隨著“雙碳”工作推進，發展綠氫是未來重要趨勢之一
氫能是氫在物理與化學變化過程中釋放的能量，可用于發電，也可作為車輛和飛行器用燃料、家用燃料等。作為能源，氫具有以下特點：單位熱值高，氫氣的低位熱值為120兆焦/千克，是同質量天然氣、石油、煤炭等化石燃料熱值的2.6～4倍；儲量豐富，氫主要以化合物的形態貯存于水中，地球上豐富的水資源中蘊含著大量可供開發的氫能；清潔環保，氫本身無味、無毒，氫燃燒或發電后的產物是水，能夠實現零排放。
根據生產來源，氫能可分為灰氫、藍氫、綠氫。灰氫是通過化石燃料（如石油、天然氣、煤炭等）燃燒產生的氫氣，在生產過程中會有二氧化碳排放。藍氫是在灰氫的基礎上，將二氧化碳捕獲、利用和封存，實現低排放生產。綠氫指的是主要通過使用風電、光伏發電等新能源發電制氫，實現零排放。目前，全球制氫手段仍主要是化石能源制氫。我國能源結構為“富煤少氣”，制氫的主要方式是煤制氫和工業副產氫。
雖然化石能源制氫成本較低，但隨著“雙碳”工作的推進，發展綠氫是未來制氫的主要趨勢。發展綠氫能夠推動我國能源結構轉型，保障能源安全。當前，我國能源結構仍以化石能源為主，碳減排任務艱巨，石油、天然氣對外依存度較高，需要探尋新的能源來保障能源安全。綠氫作為清潔能源載體，將在清潔低碳、安全高效的能源體系中發揮作用。綠氫可以幫助交通、工業等難以減排的領域深度脫碳。例如，氫燃料電池可用于長途運輸車輛和重載貨車，氫也可以作為原料代替化石燃料，大幅降低鋼鐵、化工和水泥等高碳排放行業的碳排放，是工業領域實現減碳的重要手段。利用新能源制氫可以提升新能源消納水平，促進新能源大規模發展，同時氫儲能可實現電力電量長周期跨季節調節，滿足電力系統多時間尺度調節需求，支撐電力系統安全可靠運行。
氫能將在制、用等環節和電力系統產生更多耦合關系
隨著能源革命推進，氫能技術和產業近年來快速發展。截至2021年年底，已有近20個國家制定了氫能戰略，其中大部分以綠氫為主要發展方向；同時加快電解槽的部署，推動氫能在交通運輸、建筑與工業供熱、新型工業原料和發電等領域的應用。根據國際能源署預測，在凈零排放愿景下，到2030年、2050年，全球電解槽裝機容量將從現在的30萬千瓦分別增長至8.5億千瓦、36億千瓦，現有工業用氫占比將由現在的99%分別降至71%、17%，交通運輸、建筑與工業供熱、新型工業原料和發電領域的用氫需求將由現在的不到1%分別上升到29%、83%。
我國已出臺多項促進氫能技術發展及產業創新的政策，并將氫能納入能源范疇，作為前沿科技和新興產業進行謀劃布局，同時采用以獎代補形式開展氫燃料電池車應用示范城市建設。當前，我國氫能產業鏈初步實現商業化，區域產業集群效應初步顯現，為氫能發展奠定了良好基礎。截至2021年年底，已有29個省份出臺了涉及氫能產業發展的政策。據中國氫能聯盟預測，到2030年、2060年，我國氫氣需求量將分別達3715萬噸、13000萬噸，在終端能源中占比分別為5%、20%左右，電解水制氫占制氫總量的比例分別為10%、70%。
氫能作為連接氣、電、熱等不同能源形式的橋梁，未來將在制、用等環節與電力系統產生更多的耦合關系。
氫能是促進新能源消納的重要手段。未來，大規模新能源將快速發展，利用新能源制氫可提升新能源消納水平。
氫能是實現電能跨季節長周期大規模存儲的重要途徑。氫儲能具有儲能容量大、儲存時間長、清潔無污染等優點，能夠在電化學儲能不適用的場景中發揮優勢。在大容量長周期調節的場景中，氫儲能與電化學儲能相比在經濟性上更具有競爭力。
氫能是新型電力系統靈活調節的重要手段。先進的電解水制氫裝備具有較寬的功率波動適應性，可實現輸入功率秒級、毫秒級響應，為電網提供調峰調頻等輔助服務，提高電力系統的安全性、可靠性、靈活性。
氫能是拓展電能利用、促進能源互聯互通的重要路徑。氫能作為靈活高效的二次能源，在能源消費側可以利用電解槽和燃料電池，通過電氫轉換實現電力、供熱、燃料等多種能源網絡的互聯互補和協同優化，推動分布式能源發展，提升終端能源利用效率。
電氫耦合應示范先行、逐步推廣、有序發展
新型電力系統對新能源消納、電網靈活調節、系統安全穩定運行提出了更高要求。氫能未來將應用于其中的源、網、荷各環節。
在電源側，新能源就地制氫、傳統電源與氫能耦合等將促進新能源高效消納利用，平衡新能源發電出力功率波動，提升新能源并網友好性，支撐大規模新能源電力外送。同時，傳統煤電耦合新能源、氫能將提升煤電靈活性和清潔低碳水平，促進煤電綠色可持續發展。
在電網側，在大規模新能源匯集、負荷密集接入、調峰調頻困難等關鍵電網節點合理布局氫儲能電站，可發揮調峰、調頻、調壓、爬坡等作用，提高電力系統安全性、可靠性、靈活性。
在負荷側，氫能熱電聯產、分布式電制氫加氫站等可參與電網輔助服務，同時支撐分布式供能系統建設，發揮電、氣、熱、冷、氫等不同能源系統的耦合互補效應，推動綜合能源服務發展，提升終端能源效率和綜合供能可靠性。
受技術、經濟性等因素的影響，氫能在新型電力系統中的應用仍面臨諸多挑戰：一是缺少電氫耦合的激勵政策與電氫協同規劃，二是氫能裝備部分器件“卡脖子”問題和核心關鍵技術有待突破，三是綠氫生產成本較高，四是電氫耦合標準體系有待完善。同時，氫在制取、儲運和使用過程中存在一定的安全隱患，因此安全性是氫能推廣應用的重要前提。
當前，氫能在電力系統尚不具備大規模推廣應用的條件，建議示范先行，隨著技術進步與產業成熟逐步推廣、有序發展。
強化頂層設計，推進電氫協同。建議氫能布局與新型電力系統建設相結合，明確氫能在新型電力系統應用發展的路線圖，開展激勵政策設計，進行應用引導和優化補貼。
加強產學研用協同，開展跨行業、跨學科聯合攻關。建議培育電氫耦合聯合科研創新團隊，建設技術創新聯合體，突破關鍵核心技術，開展電氫耦合全產業鏈技術成熟度分析，產學研用全方位入手推動電氫耦合產業發展。
建立健全標準體系，引領電氫產業高質量發展。建議圍繞產業發展需求，積極推進團體、行業標準及國家標準的制定，開展標準驗證，促進工程標準化建設和規范化管理。
打造典型示范工程，推動電氫產業規模化發展。建議圍繞綠氫生產基地，建設國家級風光氫儲試驗檢測基地和示范工程，開展氫能多類技術路線驗證；在大規模新能源匯集等電網節點探索建設氫儲能電站，參與電網靈活性調節；在國家氫燃料電池車示范城市，重點在重卡、物流車輛需求密集區，因地制宜建設分布式電制氫加氫站和充電站融合綜合能源服務站，打造電氫耦合精品示范工程。（來源：國家電網報，作者：閆華光 韓笑 康建東，作者單位：中國電科院戰略中心）
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