中國能源新聞網(wǎng)記者 卓越 黃豫 聶金峰 彭呂斌

　　隨著(zhù)新能源大規模并網(wǎng)和新型用能設備廣泛接入，新型電力系統“雙高”“雙低”“雙波動(dòng)”特征日趨明顯，大規模新能源發(fā)電將對持續可靠供電、電網(wǎng)安全穩定和用電成本控制等造成沖擊。電氫融合能夠有機結合電能與氫能優(yōu)勢特性，推動(dòng)多能源互聯(lián)互濟與源網(wǎng)荷儲深度協(xié)同，是“雙碳”目標下新型電力系統構建的重要載體。

　　電氫融合發(fā)展價(jià)值判斷

　　一是電氫融合可全面提升電力系統全時(shí)間尺度靈活調節能力，支撐新能源大規模安全穩定消納。

　　短時(shí)間尺度看，電氫融合響應速度快，可快速平抑新能源出力波動(dòng)。電制氫環(huán)節，以堿性電解水技術(shù)路線(xiàn)為例，其功率爬坡速度可達到每秒25%額定功率，調節范圍為30%~120%，是較理想的可調柔性負荷。氫發(fā)電環(huán)節，氫燃料電池響應速度為毫秒至秒級，氫燃氣輪機響應速度為分鐘至小時(shí)級，調節性能優(yōu)越，可全面參與調頻、抑制短時(shí)功率波動(dòng)、日內調峰等。

　　長(cháng)時(shí)間尺度看，氫以氣、液、固等物質(zhì)形態(tài)長(cháng)期存儲，可滿(mǎn)足新能源跨周、跨季等長(cháng)周期調節需求。與傳統儲能技術(shù)相比，除了轉換效率偏低，氫儲能在功率容量和儲能周期等方面均具有顯著(zhù)優(yōu)勢。由于儲氫容量投資相對較小，在跨季節調峰、應急備用等充放電循環(huán)次數較少、儲能時(shí)長(cháng)較長(cháng)的場(chǎng)景下，氫儲能具有明顯的成本優(yōu)勢。

　　二是電氫融合可推動(dòng)電網(wǎng)與氫網(wǎng)靈活互濟，促進(jìn)更大范圍能源優(yōu)化配置，提升電力系統運行效率及本質(zhì)安全水平。

　　時(shí)間維度上，通過(guò)儲氫平抑電源、負荷波動(dòng)，提高發(fā)輸變電設備效率。隨著(zhù)新能源占比不斷提高，源荷兩側的工況波動(dòng)進(jìn)一步增大，按傳統平衡配置原則建設的發(fā)輸變電設備利用效率將不斷下降，推高電力系統運行成本。若電氫深度融合發(fā)展，可彌補電力供需即時(shí)平衡的缺陷，通過(guò)儲氣罐等存儲、釋放氫氣的緩沖作用增加平衡柔性。近中期電制氫負荷可作為柔性負荷參與電力需求響應；遠期隨著(zhù)氫發(fā)電技術(shù)的成熟還可發(fā)揮儲能、虛擬電廠(chǎng)作用，同步平抑電源、負荷兩側波動(dòng)，提高發(fā)輸變電設備的利用效率，降低系統運行成本。

　　空間維度上，通過(guò)輸氫輸電綜合優(yōu)化，“宜電則電、宜氫則氫”，緩解大規模、遠距離送電壓力，提升電網(wǎng)安全穩定水平及運行效率。電氫融合通過(guò)“電—氫—電”跨區域大循環(huán)，將電網(wǎng)難以外送的新能源轉為氫能或氫基燃料，經(jīng)公路、鐵路、航運、管道等廣義的氫網(wǎng)直接送入長(cháng)三角、珠三角、京津冀等負荷中心發(fā)電，變“電從遠方來(lái)”為“電從身邊來(lái)”，既打通了新能源大規模開(kāi)發(fā)瓶頸，也緩解了遠距離集中送電所造成的壓力和風(fēng)險，還對受端電網(wǎng)形成更強有力的本地電源支撐，實(shí)現電力系統本質(zhì)安全。此外，隨著(zhù)電制氫、氫儲運、氫發(fā)電等技術(shù)的進(jìn)步，關(guān)鍵核心設備的高度集成化和整體撬裝化，讓其運輸和裝卸將更加靈活。不僅氫能本身可以通過(guò)管束車(chē)運輸和轉供，甚至連電氫融合成套設備也可以實(shí)現空間的轉移和重新分配，從而極大地拓展電網(wǎng)和氫網(wǎng)靈活互濟空間。當局部地區電力負荷大幅增長(cháng)時(shí)，氫能供給路徑可重新規劃為發(fā)電騰出容量空間，從而取消或延遲新建變電站或擴建變壓器、線(xiàn)路等，提高輸電走廊、變電站址資源緊張地區電網(wǎng)資產(chǎn)的利用率和經(jīng)濟性。

　　三是電氫融合可助力終端能源消費脫碳，進(jìn)一步強化新型電力系統在現代能源體系中的樞紐作用。

　　化石能源發(fā)電將逐步被氫能發(fā)電取代。高比例新能源發(fā)電的隨機性、波動(dòng)性導致電力系統在未來(lái)相當長(cháng)一段時(shí)期內仍離不開(kāi)煤電、氣電等化石能源發(fā)電所發(fā)揮的兜底保障及靈活調節作用。而氫能或氫基燃料（氨、甲醇、甲烷）同樣具備煤、氣等燃料型能源發(fā)電的主要優(yōu)勢，終端消費過(guò)程則零碳或低碳。隨著(zhù)氫能生產(chǎn)、儲運及發(fā)電技術(shù)不斷突破，氫燃機容量增大、成本下降、氫網(wǎng)全面鋪開(kāi)、大規模氫能安全存儲商業(yè)化，氫能發(fā)電將從氫儲能、煤摻氨、氣摻氫等，逐步過(guò)渡到氫燃機替代調峰氣電、熱電聯(lián)產(chǎn)等，最終替代退役中小煤機乃至存量大型煤電。

　　氫能替代也是其他行業(yè)終端能源脫碳的重要途徑。除電力外，工業(yè)、交通、建筑等也是我國碳排放的重要來(lái)源，分別占能源活動(dòng)碳排放量的37.5%、10%、10%左右。氫既是重要的化工原料，又是優(yōu)質(zhì)的燃料，可通過(guò)燃料替代和原料替代等形式，減少工業(yè)、交通、建筑等領(lǐng)域的化石能源消費，助力其低碳轉型。

　　綠氫替代將加快推動(dòng)電氫融合，打造以電為核心的綠色能源樞紐。在“雙碳”目標推動(dòng)下，氫能供需兩端均有強烈的碳減排需求，綠氫替代灰氫是大勢所趨。以當前全國年消費3300萬(wàn)噸氫氣為例，若全部采用可再生能源發(fā)電制氫替代，按每標方5千瓦時(shí)電測算，年需電量達1.85萬(wàn)億千瓦時(shí)。綠氫有望成為未來(lái)電力需求增長(cháng)的重要驅動(dòng)力。

　　電氫融合應用場(chǎng)景設想

　　從電源側分析。近期場(chǎng)景是風(fēng)光制氫耦合化工、鋼鐵，改善電源特性、促進(jìn)風(fēng)光消納?？稍偕茉锤患貐^電力邊際成本較低，風(fēng)光制氫供給周邊化工、鋼鐵等用氫大戶(hù)具有一定的成本優(yōu)勢，且可降低用戶(hù)對外來(lái)原材料的依賴(lài)、助力其深度脫碳，并從改善新能源出力特性中獲得收益，有望最早實(shí)現經(jīng)濟可行性，是近期電源側電氫融合的主要應用場(chǎng)景。遠期場(chǎng)景是可再生能源就地轉換為氫基燃料，輸氫輸電并舉，支撐新能源全面替代化石能源。隨著(zhù)電制氫、氫發(fā)電等技術(shù)進(jìn)步和成本下降，西部豐富的新能源可就地轉換為氫基燃料，供給氫燃氣輪機發(fā)電需要，徹底解決新能源隨機性、間歇性的問(wèn)題。此外，還可通過(guò)公路、鐵路、航運、管道等將氫基燃料直送負荷中心，與輸電并舉，滿(mǎn)足西部清潔能源向中東部、南部負荷中心大范圍優(yōu)化配置的需要。

　　從電網(wǎng)側分析。近期場(chǎng)景是采用開(kāi)環(huán)流動(dòng)的“電—氫”模式，搭配儲氫罐以大型可調負荷形態(tài)服務(wù)電網(wǎng)與氫網(wǎng)。當前技術(shù)條件和市場(chǎng)環(huán)境下，電網(wǎng)側氫儲能的經(jīng)濟性仍較差，建議以電制氫形態(tài)通過(guò)儲氫罐作為大型可調負荷支撐電網(wǎng)，利用氫能大規模、長(cháng)周期的儲能特性，耦合氫能用戶(hù)為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)、應急備用等，提升綜合收益。遠期場(chǎng)景是采用閉環(huán)流動(dòng)的“電—氫—電”模式，搭配儲氫罐以源、荷雙重形態(tài)服務(wù)電網(wǎng)與氫網(wǎng)。一方面，通過(guò)電制氫平衡功率，將滿(mǎn)足就地發(fā)電需求以外的富余氫氣支撐不同領(lǐng)域的下游應用，提升各行業(yè)減碳強度；另一方面，通過(guò)氫發(fā)電為電網(wǎng)提供調峰、調頻、備用等輔助服務(wù)支持，且電氫融合系統具有時(shí)空平移特性，電制氫和氫發(fā)電2個(gè)環(huán)節能夠異地分時(shí)運行，更好滿(mǎn)足系統在時(shí)空上對靈活調節資源的需求。

　　從用戶(hù)側分析。近期場(chǎng)景是分布式就地制氫參與需求響應，提升系統調節能力和加氫站競爭力。電制氫響應速度快、調節范圍寬，且對電價(jià)極其敏感，參與電力需求響應意愿強烈。因此，在現有的技術(shù)條件下，負荷側試點(diǎn)分布式就地制氫參與需求響應是較合適的，通過(guò)合適的價(jià)格信號引導其參與需求響應，可顯著(zhù)平抑電網(wǎng)的負荷波動(dòng)。遠期場(chǎng)景是“分布式電制氫+氫燃料電池”在用戶(hù)側廣泛應用，產(chǎn)消一體負荷大量涌現，源荷、網(wǎng)荷互動(dòng)能力大幅提升。隨著(zhù)以光伏為代表的分布式電源快速發(fā)展，在用戶(hù)側大量建設電制氫裝置和氫燃料電池，形成產(chǎn)消一體負荷，快速響應不匹配電量，提升負荷靈活互動(dòng)能力，推動(dòng)多能源品種互聯(lián)互補。

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　　責任編輯：沈馨蕊