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【核心阅读】
● 作为破题之道，氢可在源网荷储四方面与电力系统深度融合，支撑新能源大规模开发利用
● “电－氢”耦合可以促进可再生能源消纳，有助于可再生能源电力成本的降低，进而实现绿色电能和绿色氢能的经济性的共同提高
● 立足国情，加速氢能的规模化发展，不但可以为我国能源安全与低碳转型保驾护航，同时有望通过“氢能牌”助力全球气候治理下的能源转型，加强氢能领域国际合作，为全球能源安全和绿色转型提供中国方案
氢，宇宙中丰度最大的元素，在地球上氢的单质通常以气态形式存在，拥有工业原料和能源载体的双重身份。过去，氢更多地作为一种基本工业原料或产物出现在化工行业中，或作为化石燃料的重要成分被固化在煤炭、石油或天然气中。在全球化石能源短缺和气候变化的双重压力下，氢因其可再生、零排放、高能量密度的绿色属性，受到了越来越多的关注。
先立后破
“双碳”目标下的新型电力系统
面对日趋复杂的国际政治经济形势，大国博弈导致的地缘政治格局动荡对能源安全造成严重冲击，全球能源供需格局面临深度调整。中国油气进口集中度高，航运通道风险大，中国能源安全面临的外部形势更趋复杂。在能源安全和碳减排的双重要求下，无碳和低碳燃料相关产业发展迎来重大机遇。可再生能源制取的绿氢，能够实现工业领域化石能源制氢的替代，也可以在钢铁、化工、交通等难以通过可再生能源实现降碳的领域发挥重要作用。
电力领域碳减排是实现“双碳”目标的主战场，其主要手段在于不断提高太阳能、风能等新能源在电力系统中的占比。近年来，我国的新能源发电成本快速下降，装机规模快速提升，但光伏、风电存在间歇性、随机性、波动性的特点，无法直接满足电网及用户的需求，如无有效的调节方案将造成弃风、弃光现象。
作为破题之道，氢可在源网荷储四方面与电力系统深度融合，支撑新能源大规模开发利用。在电源方面，氢可通过燃气轮机甲烷掺氢燃烧、氢燃料电池、煤电锅炉掺氨燃烧等手段降低发电端的碳排放，实现发电端的灵活性调节。在网方面，氢可通过管道进行长距离输送，作为特高压电力输送的一种有效补充。在负荷方面，电解水可作为柔性负荷，可提供需求侧灵活响应，实现可再生能源大规模消纳。在储能方面，氢作为储能手段，可实现电、热、氢三者安全高效地互相转化，是一种跨日、月、季节的长时储能形式。
能源转型
氢能引领的新型能源系统解题之法
目前全世界正处于能源生产和消费革命新时代，构建清洁低碳、安全高效的能源体系是未来能源发展的方向。我国能源结构是以高碳的化石能源为主，推动碳减排，就必须推动以化石能源为主的能源结构转型。能源系统低碳化需要供应方和消费方进行系统性的转变，油气资源未来将与可再生能源协同开发、相互转化、共同利用，形成以化石能源为代表的油气资源和以氢能、电能为代表的可再生能源共同构成的新型能源系统。新型能源系统应该是由以新能源为主体的新型电力系统和以“新型油气”为主体的新型非电系统两部分作为主要支撑，两者相互促进，相互依托，以绿色氢能为桥梁，共同组建中国式新型能源体系。为此，新型能源系统需要在建设分布式能源设施，发展多能融合的区域供能系统，支持清洁燃料接入油气管网等方向寻求突破。
大规模电气化是实现降碳的有力抓手。然而，仍有部分行业难以通过直接电气化实现降碳，包括钢铁、化工、公路运输、航运和航空等。由于氢能具有动力燃料和工业原料双重属性，通过构建“电—氢”耦合体系可以在稳定电力系统同时，实现绿色能源以氢的形式向新型能源系统拓展，在难以通过直接电气化实现降碳的领域发挥重要作用。
氢能可以促进更高比例的可再生能源发展，有效减少我国对油气的进口依存度；“电－氢”耦合可以促进可再生能源消纳，有助于可再生能源电力成本的降低，进而实现绿色电能和绿色氢能的经济性的共同提高；大规模建设的储氢设施和输氢管网可以实现能源的时空转移，促进我国能源供应和消费的区域平衡；氢能与电能作为能源枢纽，更容易耦合热能、冷能、燃料等多种能源，共同建立互联互通的现代能源网络，形成极具韧性的能源供应体系，提高能源供应体系的效率和经济性。
氢与甲醇
“氢基”能源的多元化转变
氢气的质量能量密度（120MJ/kg）高，但常温常压下的体积能量密度（标况10.7MJ/m3）低，爆炸极限浓度（4%）低。目前氢主要以压缩气体或液体的形式储存并输送，经济性并不理想，人们一直在寻找氢的高效载体，实现氢能安全、高效且廉价的存储和输送。
氨作为储氢载体和理想零碳燃料的研究近年来得到迅速发展，其生产技术工业化成熟，储存运输难度小，并更易于长时间储存和运输。氨既可与煤粉混烧发电，也可单独应用于锅炉和燃气轮机发电，亦可替代化石燃料应用于船用内燃机，其将随着技术的进步成为一种重要的二次能源。目前以氨供氢、以氨代氢也已成为国际发展趋势之一，各主要经济体均对其规模化生产和使用高度重视。
甲醇亦是理想的储氢载体。作为重要的化工原料，是有机合成工业的重要中间体和溶剂，在化学工业中具有重要地位，其在能源和化工产业链技术基本成熟，已经具备大规模推广应用的条件。作为一种动力燃料，甲醇具备高辛烷值，可用作内燃机中的汽油添加剂或替代品，既可实现内燃机高效燃烧，还可降低碳和氮氧化物的排放，可以作为汽油的低成本替代品。
因此，氢能的发展无法脱离氨醇，一方面，氨和甲醇是氢的重要下游产物，工业应用广泛且具有较为成熟的绿色制取手段；另一方面，作为氢的载体，氨和甲醇更方便储存和运输，可以作为重要的化石能源替代品，实现发电、交通等领域的降碳减排。从能源供给端来看，氢基能源与电能类似，长远看，将成为未来清洁能源体系中重要的二次能源；从能源消费端来看，氢基能源是用能终端实现绿色低碳转型发展的重要载体；从工业生产过程来看，氢基能源是重要的清洁低碳工业原料。因此，我们已可以隐约看到包括氢、氨、甲醇在内的氢基能源在未来能源体系中的重要角色。
“氢基”能源作为电能之后极具潜力的二次能源，其发展路径具有多元化的特征。从供应端来看，未来将形成以可再生能源制氢为主体，化石能源制氢+碳捕捉、生物质制氢为补充的多元供氢格局；从消费端来看，未来将形成氢基能源回流发电、交通消费、工业消费和跨地区运输并重的多元应用局面。
与发达国家相比，我国氢能的技术水平和产业基础较为薄弱，各个环节装备及产品的性能、使用寿命、制造工艺等方面较国际第一技术梯队仍有一定差距。然而，我国具有良好的氢基能源供应和应用市场，且是目前全球唯一具有氢能全产业链优势的国家，发展氢能的规模化优势显著。氢能产业链包括制－储－输－用四个主要阶段，其多元化特点显著，规模化发展是实现氢能行业攻克难题、降本增效的有效途径。氢基能源体系建设可有效释放全国规模化新能源制氢潜力，拉动氢能全产业链规模化发展，有效加速我国氢能领域核心竞争力提升，培育我国新能源产业第二个增长极，促进国内经济持续高质量发展。
当前全球正经历百年未有之大变局，我国审时度势提出了“四个革命，一个合作”的能源发展新战略。立足国情，加速氢能的规模化发展，不但可以为我国能源安全与低碳转型保驾护航，同时有望通过“氢能牌”助力全球气候治理下的能源转型，加强氢能领域国际合作，为全球能源安全和绿色转型提供中国方案。展望未来，氢能产业大有可为，我们一起为其下一步的波澜壮阔的发展而蓄势待发吧。
《南方电网报》特约撰稿人 李昇 姜海 余官培
（作者单位：水电水利规划设计总院）
标签：南方电网报,双碳目标,氢能发展
