氫氣儲能與清潔能源協(xié)同開發(fā)投資展望

中非發(fā)展基金 劉林海

能源是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的基礎(chǔ)，是人類社會賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)保障，當(dāng)今世界各國都十分重視能源安全戰(zhàn)略。根據(jù)國家規(guī)劃，預(yù)計到“十四五”末新能源將成為各地的主力電源，可再生能源發(fā)電裝機(jī)占電力總裝機(jī)的比例將超過50%，到2030年風(fēng)電和光伏的裝機(jī)將不低于12億千瓦，這意味著電網(wǎng)系統(tǒng)至少需要匹配2億千瓦的儲能。但新能源發(fā)電“靠天吃飯”，具有隨機(jī)性、波動性和間歇性的特點，而隨著風(fēng)光在未來的大規(guī)模高比例并網(wǎng)，如何保障電力穩(wěn)定供應(yīng)并實現(xiàn)高水平消納利用成為關(guān)鍵難題。

解決方案就是“新能源+儲能”，到2025年新能源成為全國電力裝機(jī)增量的主體能源，新能源裝機(jī)比重超過50%。推進(jìn)源網(wǎng)荷儲一體化、風(fēng)光火儲一體化綜合應(yīng)用示范。研究氫氣儲能在電力開發(fā)當(dāng)中的應(yīng)用，并挖掘其未來發(fā)展?jié)摿屯顿Y的可行性，能夠進(jìn)一步促進(jìn)可再生能源的大規(guī)模投資建設(shè)的同時，促進(jìn)我國能源生產(chǎn)的多元化，解決的是電網(wǎng)不穩(wěn)定、不平衡的問題。

1 氫氣儲能市場現(xiàn)狀

自1776年英國化學(xué)家和物理學(xué)家卡文迪什發(fā)現(xiàn)氫氣以來，人類對氫氣的各種性質(zhì)進(jìn)行了不斷深入研究。迄今為止，氫氣是人類了解和掌握其性質(zhì)最為透徹的物質(zhì)之一。氫是一種靈活的燃料，可用于各種應(yīng)用，燃燒時不會釋放任何溫室氣體，與石油或煤炭相比氫氣屬于二次能源。據(jù)推算，如海水中的氫元素能全部提取出來并產(chǎn)生熱量，其數(shù)值相當(dāng)于地球上探明的所有化石燃料熱值總和的9000倍，是人類取之不盡用之不竭的“氫礦”。它更適合被看成一種像電一樣的能量載體，或像電池一樣的存儲工具。

如果把電力比作牛奶，那氫能就是奶酪。氫能的一個重要應(yīng)用就是氫儲能發(fā)電，可以用來解決電網(wǎng)削峰填谷、新能源穩(wěn)定并網(wǎng)，提高電力系統(tǒng)的安全性、可靠性、靈活性，并大幅降低碳排放，推進(jìn)智能電網(wǎng)和節(jié)能減排、資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

1.1 全球氫能產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展

目前，氫能已成為許多經(jīng)濟(jì)體碳中和投資計劃中的核心要素。世界各國正圍繞快速擴(kuò)大清潔技術(shù)的規(guī)模的需求積極采取行動，截至2021年初全球已有30多個經(jīng)濟(jì)體發(fā)布?xì)淠苈肪€圖。新任美國能源部長詹妮弗·格蘭霍姆曾表示，清潔氫能將是游戲規(guī)則的改變者，有助于高污染的重工業(yè)部門脫碳，同時提供高薪的清潔能源工作，并在2050年實現(xiàn)凈零排放，“這是我們這一代人的登月計劃！”。

國際氫能委員會近期報告顯示，自2021年2月以來全球范圍內(nèi)啟動了131個大型氫能開發(fā)項目，預(yù)計2030年全球氫能領(lǐng)域投資總額將達(dá)5000億美元。世界能源理事會預(yù)計2050年氫能在全球終端能源消費量中的占比可達(dá)25%，產(chǎn)生2.5萬億美元的直接收入。屆時，全球平均氫能發(fā)電量占總發(fā)電量的8%～9%，基本與風(fēng)力和太陽能發(fā)電的總量持平。而日本的氫能發(fā)電量則占總發(fā)電量的78%，成為最主要的發(fā)電方式，是利用氫能發(fā)電最多的國家。歐洲和北美則緊隨日本之后，氫能發(fā)電量占總發(fā)電量的51%和42%，與風(fēng)力發(fā)電并行成為國內(nèi)最主要的發(fā)電方式。中國也會成為氫能發(fā)電的主要國家之一，占比將會達(dá)到20%。國際能源署預(yù)測，到2070年全球氫氣需求將達(dá)5.2億噸。

圖1 風(fēng)力發(fā)電制氫

圖2 中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展技術(shù)路線圖

當(dāng)前，美國生產(chǎn)的氫氣約占世界的七分之一，主要用于煉油廠和生產(chǎn)化肥用氨。美國的首要目標(biāo)是發(fā)展氫能技術(shù)并降低開發(fā)成本，到2030年將清潔氫的成本從每公斤5美元降到1美元，即下降80%。但是氫氣可能是減少一些最難脫碳活動排放的關(guān)鍵，例如工業(yè)生產(chǎn)過程、煉鋼、季節(jié)性為電網(wǎng)儲存清潔能源以及為長途、重型車輛提供動力。

1.2 我國氫能發(fā)展前景

中國氫能聯(lián)盟預(yù)計，到2025年我國氫能產(chǎn)值將達(dá)1萬億元；到2050年氫能在我國能源體系中占比將超過10%，產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值將達(dá)12萬億元。2020年以來我國出臺了一系列氫能相關(guān)政策，使我國氫能發(fā)展政策框架得到進(jìn)一步完善。氫能產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展是國家能源產(chǎn)業(yè)化頂層設(shè)計中的重要課題。通過技術(shù)創(chuàng)新，降低氫燃料相關(guān)零部件和產(chǎn)業(yè)鏈成本，解決高壓儲氫技術(shù)、大幅降低氫能儲存成本、提高儲氫能效，是當(dāng)前我國氫能產(chǎn)業(yè)化頂層設(shè)計中無法回避的問題。

氫能產(chǎn)業(yè)鏈當(dāng)中涉及到有關(guān)于制氫、儲氫、運氫、氫氣利用等多個環(huán)節(jié)，并且在不同地區(qū)之間的側(cè)重點有所不同，缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃，出現(xiàn)盲目投資、重復(fù)建設(shè)、或是引進(jìn)技術(shù)水平較低的現(xiàn)象。因此，需要積極促進(jìn)各區(qū)域間高效協(xié)作，形成核心產(chǎn)業(yè)，協(xié)同攻關(guān)創(chuàng)新技術(shù)，高效整合利用資源，結(jié)合不同城市中所呈現(xiàn)的資源優(yōu)勢，最終達(dá)到協(xié)同發(fā)展目標(biāo)。

同時，注重產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展過程當(dāng)中的綠色制氫技術(shù)的發(fā)展，解決目前電解水制氫技術(shù)的低效率問題，并同時解決石化制氫技術(shù)的碳排放污染現(xiàn)象，注重清潔能源的制氫技術(shù)應(yīng)用，發(fā)展可再生能源的制氫，與共同發(fā)展之間形成協(xié)同效應(yīng)尤為重要。利用富余的風(fēng)光電能進(jìn)行制氫，能夠降低制備成本、提升經(jīng)濟(jì)性，并同時提升清潔能源使用效率，避免放棄以往的風(fēng)電、光電能源使用造成盈利損耗?；跉錃獍l(fā)電效果下的時間與空間維度解耦，能夠以靈活可控的新能源發(fā)電效果促進(jìn)制氫技術(shù)的綠色發(fā)展。

2 氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸

數(shù)據(jù)表明，我國現(xiàn)有工業(yè)制氫產(chǎn)能達(dá)到2500萬噸，穩(wěn)居全球第一；而每年水、風(fēng)、光限電約1000億千瓦時，理論上可電解制氫200萬噸。但我國氫能產(chǎn)業(yè)還在發(fā)展初期，各個工業(yè)制氫產(chǎn)區(qū)的氫氣目前以就近消納為主。氫能儲運技術(shù)關(guān)系到氫氣能否被高效利用，是限制氫能大規(guī)模發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化的重要瓶頸，成為氫能推廣的重點和難點之一。

此外，氫能作為典型的二次能源，無論是通過煤制氫、甲烷重整等傳統(tǒng)方式獲得，還是利用可再生能源制氫等新興技術(shù)，成本是一個繞不開的話題。資料顯示，化石能源重整和可再生能源制氫的能量轉(zhuǎn)化率均超過70%，差異不大，但在實際應(yīng)用中化石能源獲得成本比風(fēng)電、光伏發(fā)電低得多，導(dǎo)致最終制氫成本不到可再生能源制氫的一半。

可再生能源制氫若想達(dá)到目前煤炭、天然氣重整制氫的平均能效，除了降低發(fā)電成本外，還要提高風(fēng)電、光伏發(fā)電轉(zhuǎn)化效率，單個項目配建風(fēng)、光電站裝機(jī)量需達(dá)到數(shù)百兆瓦甚至更多，才能保證足夠的電力輸出。雖然目前成本較高，但可再生能源制氫具有環(huán)保比較優(yōu)勢，經(jīng)過技術(shù)的不斷迭代更新，國家給與足夠力度政策扶持，氫能將助力我國實現(xiàn)雙碳目標(biāo)。

3 政策建議

圖3 各制氫方法基本指標(biāo)比較

3.1 加強(qiáng)頂層設(shè)計，支持企業(yè)研發(fā)

進(jìn)一步突出體系化設(shè)計、系統(tǒng)化布局，著力構(gòu)建推動新能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“四梁八柱”，對“十四五”時期我國氫能發(fā)展作出整體性部署。

一是突出發(fā)揮氫能要素價值。氫能作為新的電力能源，是發(fā)展新能源體系的關(guān)鍵，要進(jìn)一步完善體制機(jī)制，加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，有效調(diào)動各方面的積極性，進(jìn)一步激活要素潛能；二是帶動產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效。以氫能技術(shù)更好地驅(qū)動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型為發(fā)展重點，從骨干企業(yè)、重點行業(yè)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)和產(chǎn)業(yè)集群等方面進(jìn)行系統(tǒng)部署，促進(jìn)創(chuàng)新要素整合共享，不斷激發(fā)新能源發(fā)展新動能。

三是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)循環(huán)暢通。進(jìn)一步發(fā)展新能源普惠化的服務(wù)，針對發(fā)展不平衡問題，通過提升新能源供給水平，以新供給進(jìn)一步拉動新能源消費，助力供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，促進(jìn)加快構(gòu)建以國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進(jìn)的新發(fā)展格局；四是規(guī)范健康持續(xù)發(fā)展。努力把握我國新能源發(fā)展的階段性特征，對健全完善治理體系、強(qiáng)化安全保障能力等進(jìn)行系統(tǒng)部署，堅持在發(fā)展中守住安全底線，確保安全有序、規(guī)范健康發(fā)展。

3.2 完善配套設(shè)施，發(fā)展綜合效益

一是優(yōu)化升級氫能基礎(chǔ)設(shè)施。加快氫能網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，有序推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施智能升級；二是大力推進(jìn)新能源轉(zhuǎn)型。加快電力系統(tǒng)新能源轉(zhuǎn)型升級，全面深化重點行業(yè)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)雙碳轉(zhuǎn)型，培育轉(zhuǎn)型支撐服務(wù)生態(tài)；三是加快推動氫能產(chǎn)業(yè)化。增強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新能力，加快培育新業(yè)態(tài)新模式，營造繁榮有序的創(chuàng)新生態(tài)；四是提升氫能公共服務(wù)水平。提升新能源普惠水平，推動網(wǎng)源荷儲、風(fēng)光火儲融合發(fā)展，打造智慧共享的新型能源生活方式。

五是完善氫能新能源經(jīng)濟(jì)治理體系。強(qiáng)化協(xié)同治理和監(jiān)管機(jī)制，增強(qiáng)政府治理能力，推進(jìn)完善多元共治新格局；六是強(qiáng)化氫能經(jīng)濟(jì)安全體系。增強(qiáng)氫能網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力，提升重要氫能安全保障水平，有效防范系統(tǒng)性風(fēng)險；七是拓展氫能經(jīng)濟(jì)國際合作。提高能源利用效率需各國合作，科學(xué)是終極外交官。加快貿(mào)易化發(fā)展，推動區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)深入發(fā)展，營造良好的國際合作環(huán)境。

3.3 加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，促進(jìn)氫能經(jīng)濟(jì)

一是加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和組織實施。建立新能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展部際協(xié)調(diào)機(jī)制，加強(qiáng)形勢研判，協(xié)調(diào)解決重大問題，務(wù)實推進(jìn)規(guī)劃的貫徹實施；二是加大資金支持力度。加大對氫能經(jīng)濟(jì)薄弱環(huán)節(jié)的投入，突破制約氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展的短板與瓶頸，建立支持氫能經(jīng)濟(jì)發(fā)展的長效機(jī)制；三是提升全民新能源素養(yǎng)和技能。通過實施全民新能源素養(yǎng)與技能提升計劃、推進(jìn)中小學(xué)新能源技術(shù)課程建設(shè)、制定實施新能源技能提升專項培訓(xùn)計劃等，加快提高公民新能源文明素養(yǎng)，加強(qiáng)氫能人才培養(yǎng)。

四是實施試點示范。統(tǒng)籌推動新能源經(jīng)濟(jì)試點示范，完善創(chuàng)新資源高效配置機(jī)制，構(gòu)建引領(lǐng)性新能源經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)集聚高地，探索形成一批適應(yīng)新能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展的經(jīng)驗做法和制度性成果，形成以點帶面的良好局面；五是強(qiáng)化監(jiān)測評估。要加強(qiáng)對《規(guī)劃》落實情況的跟蹤監(jiān)測、成效分析，抓好重大任務(wù)推進(jìn)實施，及時總結(jié)工作進(jìn)展。

4 結(jié)語

2020年，習(xí)近平總書記代表中國宣布將力爭于2030年前達(dá)到碳排放峰值，努力爭取于2060年前實現(xiàn)碳中和。作為世界上最大的能源消費國和碳排放國，同時又是最大的可再生能源生產(chǎn)國，及電動汽車制造與使用量全球領(lǐng)先的國家，中國既是全球氣候挑戰(zhàn)的一部分，也是其解決方案的重要組成部分。

在此全球能源轉(zhuǎn)型的大背景下，太陽能、風(fēng)能大量接入將改變電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可再生能源發(fā)電比例長期將逐步提高至80%，電網(wǎng)側(cè)將實現(xiàn)靈活擴(kuò)容、靈活接入、靈活結(jié)構(gòu)。通過投資氫能技術(shù)示范項目實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型是實現(xiàn)雙碳目標(biāo)的路徑選擇之一，對氫氣儲能技術(shù)的電力開發(fā)應(yīng)用進(jìn)行研究，發(fā)掘出其未來發(fā)展的市場潛力，進(jìn)而促進(jìn)我國可再生資源大規(guī)模投資建設(shè)，促進(jìn)能源資源的可持續(xù)發(fā)展，對于我國的能源轉(zhuǎn)型發(fā)展以及國民經(jīng)濟(jì)增長等具有積極的助推作用。