專訪丨發(fā)展離網(wǎng)制氫 推進(jìn)電氫耦合
來源：中國電力報 時間：2024-01-02 13:44
中國能源新聞網(wǎng)見習(xí)記者 李東海
氫能，被視為“21世紀(jì)的終極能源”，是清潔低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源。發(fā)展氫能對于減少二氧化碳等溫室氣體排放、實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。
當(dāng)前，我國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局中存在哪些制約因素？影響綠氫走向規(guī)?；钠款i是什么？日前，天府永興實驗室首席科學(xué)家、西南石油大學(xué)教授、德國國家工程院院士雷憲章在接受中能傳媒記者專訪時指出，氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的終極目標(biāo)是構(gòu)建以綠氫為主體的氫能體系。離網(wǎng)制氫將是綠氫走向規(guī)?；a(chǎn)的關(guān)鍵點，要用市場化手段去刺激綠氫產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展，通過技術(shù)的快速提升和成本的大幅下降來推動綠氫產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。
中能傳媒：對標(biāo)發(fā)達(dá)國家的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局，我國在發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)方面有哪些成績，是否存在一些壁壘？
雷憲章：以德國為例，德國是歐盟發(fā)展氫能最具代表性的國家之一。德國計劃到2032年在全國范圍內(nèi)建成9700千米的輸氫管道，其中60%是改造現(xiàn)有的天然氣管道用于輸送純氫，40%是新建輸氫管道。除此之外，德國計劃和意大利聯(lián)合建設(shè)一條3300千米的聯(lián)結(jié)北非和歐洲的氫能走廊專用管道，從突尼斯的北非海岸出發(fā)，經(jīng)由意大利天然氣主干線，過境奧地利/瑞士，最終到達(dá)德國南部工業(yè)重鎮(zhèn)巴伐利亞州。另外，一些歐盟國家還組成了一個由33家燃?xì)饣A(chǔ)設(shè)施運(yùn)營商組成的歐洲氫骨干聯(lián)盟，計劃建設(shè)5.3萬千米氫管道系統(tǒng)。這些通道建設(shè)完成后，將極大解決歐盟用氫難題，快速推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
從生產(chǎn)角度來看，我國是世界上最大的制氫國，2022年氫氣生產(chǎn)能力為3353萬噸，主要以煤制氫（灰氫）為主，占比56.2%，天然氣制氫占比21.2%，工業(yè)副產(chǎn)氫占比20.2%，電解水制氫（綠氫）和甲醇制氫各占比1.2%。在“雙碳”背景下，我國氫能發(fā)展的終極目標(biāo)是構(gòu)建以綠氫為主體的氫能體系，通過電解水制氫來獲取綠氫。綠氫是由可再生能源驅(qū)動的電解槽中的水生產(chǎn)的，其經(jīng)濟(jì)性受電價的影響較大。如果按照當(dāng)前平均工業(yè)電價0.6元/千瓦時計算，成本約40~50元/千克，明顯偏高。當(dāng)電價低于0.3元/千瓦時時，電解水制氫成本才與其他制氫（灰氫）工藝路線相當(dāng)。
從輸運(yùn)角度來看，輸氫管道運(yùn)量大、能耗低、邊際成本低，是實現(xiàn)規(guī)模化氫輸運(yùn)的重要方式。若能形成類似德國、意大利的多點供應(yīng)氫氣管網(wǎng)，既可以確保氫源供應(yīng)，又能通過規(guī)模化輸送攤薄儲運(yùn)成本。但從現(xiàn)實情況來看，受制于關(guān)鍵技術(shù)和材料，我國的純氫管道建設(shè)尚處于起步階段且規(guī)模較小，天然氣摻氫管道大多處于研究和示范階段。我國要實現(xiàn)純氫或者摻氫天然氣管道的安全可靠運(yùn)輸，還需要很長一段時間。
中能傳媒：影響綠氫規(guī)?；a(chǎn)及應(yīng)用的關(guān)鍵因素是什么？具體的解決思路是什么？
雷憲章：當(dāng)前影響綠氫規(guī)?；a(chǎn)及應(yīng)用的關(guān)鍵因素是經(jīng)濟(jì)成本太高?，F(xiàn)實情況是制氫用電成本只有低于0.15元/千瓦時，才具有經(jīng)濟(jì)性。生產(chǎn)用電價格降不下來，綠氫就沒有經(jīng)濟(jì)性，就做不到大規(guī)模生產(chǎn)及應(yīng)用。
目前，儲氫技術(shù)路線主要有高壓儲氫、液態(tài)儲氫、固態(tài)儲氫3種形式。這3種儲氫方式中，高壓儲氫具有充放氫速度快、裝備結(jié)構(gòu)簡單、溫度適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點，是我國目前主要采用的儲氫方式，在氫氣儲運(yùn)中發(fā)揮著重要作用。然而，這些儲氫裝備的共同特點是，它們都承受一定的壓力，絕大多數(shù)都屬于承壓類特種設(shè)備，具有潛在的氫氣泄漏和爆炸危險。高壓儲氫是在常溫下通過壓縮機(jī)將氫氣壓縮到儲氫容器中，以提高單位體積的氫氣密度。根據(jù)應(yīng)用場景不同分為固定式儲氫和移動式儲氫，固定式儲氫主要應(yīng)用于加氫站、應(yīng)急電源、備用電源和氫儲能等場合。固定式儲氫最高壓力均在100兆帕；我國的移動式儲氫壓力大多在20兆帕左右，在20兆帕情況下輸運(yùn)氫氣，根本沒有經(jīng)濟(jì)性可言。
當(dāng)前，綠氫實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)首要解決的問題就是降低用電成本，以靈活的電價機(jī)制推動綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展。要擺脫制氫工藝對電網(wǎng)的依賴，離網(wǎng)制氫是一個很好的思路。比如，利用海上風(fēng)電制氫、大型風(fēng)光基地制氫，這樣既可以使新能源實現(xiàn)就地消納，帶動制氫用電成本大幅下降；又可以將能量高效轉(zhuǎn)化，將電能以綠氫的形式儲存起來，促進(jìn)全時域儲能機(jī)制的形成，從而保障電力系統(tǒng)負(fù)荷平衡。因此，這種制氫模式將是未來新能源制氫的重要發(fā)展方向。
中能傳媒：請談一下電氫耦合在新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用？
雷憲章：電氫耦合協(xié)調(diào)，是建設(shè)新型能源體系的關(guān)鍵一環(huán)，在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)中扮演著重要角色。當(dāng)前，新型電力系統(tǒng)面臨的最大挑戰(zhàn)是新能源高比例接入電網(wǎng)后，其間歇性、波動性等先天缺陷與用電負(fù)荷剛性需求之間的矛盾。新能源高比例接入電網(wǎng)后，帶來4個突出問題：功率平衡增難、系統(tǒng)調(diào)控復(fù)雜、電能質(zhì)量受損、穩(wěn)定裕度減少。
解決這4個問題有3條基本路徑：小時級調(diào)峰可以利用電池充放電實現(xiàn)調(diào)峰、調(diào)頻；以天為單位的調(diào)峰可以利用抽水蓄能、壓縮空氣儲能等技術(shù)來實現(xiàn)功率平衡；未來，利用電解水制氫技術(shù)消納新能源發(fā)電、以氫燃料發(fā)電來匹配功率、以氫能作為全時域儲能機(jī)制的重要組成，才是構(gòu)建新型能源體系的根本路徑。
從新能源發(fā)展規(guī)模及速度來看，電氫耦合大有可為。到2025年，光伏與風(fēng)電的新增裝機(jī)發(fā)電成本預(yù)計將達(dá)到0.3元/千瓦時，綠氫成本將低至25元/千克，具備與天然氣制氫進(jìn)行競爭的條件；到2030年，光伏與風(fēng)電的新增裝機(jī)發(fā)電成本預(yù)計將達(dá)到0.2元/千瓦時，屆時綠氫成本將低至15元/千克，可實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，我國各區(qū)域綠氫供需將基本實現(xiàn)自給自足。
從當(dāng)前我國能源現(xiàn)實情況來看，清潔電力還不可能完全替代化石能源，清潔電能目前還不具備化石能源所具有的燃燒屬性以及提供離網(wǎng)大型動力的能力?？傊?，綠色轉(zhuǎn)型并非一蹴而就。要先立后破，而不能未立先破。先立后破的具體路徑是在大力發(fā)展清潔能源的同時，依托技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)突破，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，逐步完成化石能源的零碳替代，最終實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。
責(zé)任編輯：楊娜
校對：江蓬新
