碳中和下“氫能+儲(chǔ)能”的創(chuàng)新引領(lǐng)與管理決策

摘要：以燃料電池為代表的氫能技術(shù)突破，同我國(guó)新型儲(chǔ)能與新型電力系統(tǒng)發(fā)展要求形成歷史性交匯，為實(shí)現(xiàn)碳中和下的能源轉(zhuǎn)型提供了關(guān)鍵支撐技術(shù)與解決方案。作為典型的顛覆性能源技術(shù)，氫能與儲(chǔ)能的發(fā)展不僅依賴于關(guān)鍵技術(shù)的突破，也受到市場(chǎng)機(jī)制、政策工具等管理決策的激勵(lì)和約束，而由此形成的電—?dú)洹?、用能終端替代等創(chuàng)新模式也會(huì)給市場(chǎng)運(yùn)行與政策設(shè)計(jì)帶來(lái)新的問(wèn)題。聚焦氫儲(chǔ)耦合相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，針對(duì)當(dāng)前氫儲(chǔ)規(guī)?；瘧?yīng)用所面臨的瓶頸問(wèn)題，從技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)、減排效益、市場(chǎng)與政策激勵(lì)、安全部署等多個(gè)維度進(jìn)行分析；搜集整理了2020年1月至2023年6月間刊發(fā)的與氫儲(chǔ)相關(guān)的3 302篇文獻(xiàn)，識(shí)別了未來(lái)氫儲(chǔ)領(lǐng)域的潛在研究方向，包括技術(shù)演化與擴(kuò)散規(guī)律、“氫儲(chǔ)+”市場(chǎng)機(jī)制、協(xié)同減排潛力、產(chǎn)業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)等，并通過(guò)熱力圖劃分出各方向的發(fā)展程度與相關(guān)程度，凝練出各方向未來(lái)值得探索的典型科學(xué)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：氫儲(chǔ)能；規(guī)?；瘧?yīng)用；市場(chǎng)機(jī)制；政策體系；產(chǎn)業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類號(hào)：TK91;F426.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5595（2024）06-0008-06

一、引言

伴隨全球“碳中和”浪潮的興起，能源轉(zhuǎn)型已成為應(yīng)對(duì)氣候變化、環(huán)境污染等挑戰(zhàn)的全球共識(shí)，亦是我國(guó)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的根本途徑與必然選擇。在過(guò)去20年間，世界見(jiàn)證了可再生能源的技術(shù)快速進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展^［1-2］，其發(fā)展速度以及對(duì)全球產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境的影響超出了學(xué)界和業(yè)界的預(yù)期，深刻影響著電力、交通等高耗能高排放部門的發(fā)展模式^［3-4］。當(dāng)前，我國(guó)正處于全面融入全球能源轉(zhuǎn)型的初級(jí)階段，也是高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略下以市場(chǎng)配置能源資源為主的深化改革階段，更是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的攻堅(jiān)階段。^［5-6］以氫能、儲(chǔ)能為代表的顛覆性能源技術(shù)取得重大突破，為實(shí)現(xiàn)零排放的能源轉(zhuǎn)型提供了重要支撐。^［7-8］氫能和儲(chǔ)能的快速發(fā)展繼可再生能源規(guī)模化后形成又一輪技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)。

相較于其他儲(chǔ)能技術(shù)而言，氫儲(chǔ)能在能量轉(zhuǎn)化、響應(yīng)時(shí)間、空間利用性等方面具有突出優(yōu)勢(shì)，是建設(shè)未來(lái)電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能以及新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)^［9-10］；同時(shí)，其涵蓋的“電—?dú)洹姟鞭D(zhuǎn)換模式也是支撐“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化建設(shè)和多能互補(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)營(yíng)的重要選擇^［11］。我國(guó)發(fā)展氫儲(chǔ)能具有先天優(yōu)勢(shì)，例如，國(guó)家新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案明確了氫儲(chǔ)的創(chuàng)新與示范引領(lǐng)作用，可再生能源裝機(jī)量全球第一，在綠色低碳的氫能供給上具有巨大潛力，較為完備的“制—儲(chǔ)—輸—用”氫鏈條在交通運(yùn)輸、工業(yè)原料等行業(yè)已經(jīng)得到了應(yīng)用。但當(dāng)前，氫儲(chǔ)能有限的市場(chǎng)規(guī)模證明了該技術(shù)與其他儲(chǔ)能技術(shù)相比仍具有較為明顯的劣勢(shì)，如能源轉(zhuǎn)換效率低、系統(tǒng)成本遠(yuǎn)高于常見(jiàn)的電化學(xué)儲(chǔ)能^［12］，這與光伏、風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期的特征相近，但規(guī)模經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)的規(guī)模擴(kuò)張超出了多數(shù)研究的預(yù)期^［13-14］。因此，加速氫儲(chǔ)部署不僅涉及技術(shù)裝備的突破與示范應(yīng)用，也與產(chǎn)業(yè)、市場(chǎng)、政策引導(dǎo)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)、供需交互、價(jià)格機(jī)制等密切相關(guān)。^［15］本文從以氫能與儲(chǔ)能共性關(guān)鍵技術(shù)為牽引的能源市場(chǎng)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展新格局出發(fā)，聚焦氫儲(chǔ)耦合相關(guān)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)與規(guī)?；瘽摿?，從全產(chǎn)業(yè)鏈視角識(shí)別當(dāng)前產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)、市場(chǎng)機(jī)制、示范應(yīng)用、政策體系等方面的發(fā)展瓶頸，研判未來(lái)重點(diǎn)研究方向與科學(xué)問(wèn)題。

二、氫儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)與瓶頸

（一）技術(shù)成熟度與成本競(jìng)爭(zhēng)性不足，供給側(cè)和需求側(cè)規(guī)?；瘽摿ω酱诰?/p>

其一，全產(chǎn)業(yè)鏈氫能技術(shù)目前多處于研發(fā)示范階段，未來(lái)技術(shù)路線亟待理清。國(guó)際能源署（IEA）報(bào)告指出，在氫能生產(chǎn)環(huán)節(jié)，以可再生能源制氫、碳?xì)浠衔锖铣蔀榇淼年P(guān)鍵技術(shù)處于樣機(jī)研發(fā)與技術(shù)示范階段；在應(yīng)用環(huán)節(jié)，工業(yè)、交通、電力等行業(yè)的用氫技術(shù)逐步由技術(shù)示范向市場(chǎng)成熟過(guò)渡，如加氫站、氫燃料電池。^［12］我國(guó)在化石能源制氫、氫燃料電池規(guī)?；瘧?yīng)用等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，但伴隨全球碳中和發(fā)展態(tài)勢(shì)，可再生能源制氫被認(rèn)為是具有巨大規(guī)模效應(yīng)的技術(shù)。由于當(dāng)前可再生能源制氫產(chǎn)業(yè)規(guī)模占比小、成本競(jìng)爭(zhēng)性弱、帶動(dòng)下游用氫環(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益不確定，所以大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)路線有待進(jìn)一步設(shè)計(jì)明確。其二，可再生能源電解水制氫的規(guī)模效應(yīng)凸顯。2021年，電解水制氫的產(chǎn)量?jī)H占全球氫產(chǎn)量的0.1%，但作為新興技術(shù)，其發(fā)展增速迅猛，相對(duì)于2020年產(chǎn)量提高了70%。^［12］預(yù)計(jì)2030年電解槽裝機(jī)量將達(dá)到61.3GW，相比2021年提高近7倍，其中我國(guó)裝機(jī)量占比36.4%^［12］，規(guī)模效應(yīng)能夠推動(dòng)可再生能源制氫成本快速下降，并進(jìn)一步帶動(dòng)中下游儲(chǔ)運(yùn)、用氫階段的系統(tǒng)成本下降^［16］。因此，如何量化制氫技術(shù)規(guī)模效應(yīng)，把控技術(shù)進(jìn)步速度與應(yīng)用規(guī)模，對(duì)于未來(lái)氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃以及用氫產(chǎn)業(yè)碳中和潛力評(píng)估至關(guān)重要。

（二）電—碳市場(chǎng)機(jī)制逐步完善，氫儲(chǔ)減排效益亟待釋放

一方面，電力體制改革有利于氫儲(chǔ)發(fā)展，但支持性價(jià)格機(jī)制尚未建立。氫儲(chǔ)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于能夠促進(jìn)可再生能源消納、服務(wù)電網(wǎng)調(diào)峰、支持微電網(wǎng)建設(shè)等。伴隨我國(guó)電力體制改革的不斷深化，現(xiàn)貨交易市場(chǎng)、電力輔助服務(wù)市場(chǎng)等逐步建立，并成為氫儲(chǔ)技術(shù)發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的重要載體。但可再生能源制氫的支持性電價(jià)機(jī)制、氫儲(chǔ)的儲(chǔ)能價(jià)格機(jī)制存在空白，致使氫儲(chǔ)技術(shù)難以借助市場(chǎng)機(jī)制將自身技術(shù)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益。另一方面，碳價(jià)覆蓋范圍有限，氫儲(chǔ)替代難以實(shí)現(xiàn)減排效益。當(dāng)前我國(guó)碳交易市場(chǎng)僅在電力行業(yè)施行，而工業(yè)、交通等行業(yè)是用氫的主要領(lǐng)域，氫儲(chǔ)替代在這些行業(yè)的減排經(jīng)濟(jì)效益難以通過(guò)碳價(jià)進(jìn)行準(zhǔn)確核算，氫儲(chǔ)技術(shù)的成本競(jìng)爭(zhēng)性被削弱。^［11］此外，我國(guó)“溫室氣體自愿減排項(xiàng)目”處于起步階段，加之多數(shù)氫儲(chǔ)技術(shù)尚處于示范階段，其減排能力以及參與碳排放權(quán)抵消的方式、時(shí)限等尚不明確，進(jìn)一步削弱了氫儲(chǔ)的經(jīng)濟(jì)性與減排效益。

（三）氫儲(chǔ)多元化示范應(yīng)用穩(wěn)步推進(jìn)，政策與保障體系存在空白

一方面，氫儲(chǔ)多元化應(yīng)用場(chǎng)景逐步形成，商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式亟待拓展。近年來(lái)，氫儲(chǔ)技術(shù)已形成風(fēng)光氫儲(chǔ)一體化、虛擬電廠、儲(chǔ)能集成商等多元化應(yīng)用模式，有效推動(dòng)了技術(shù)研發(fā)向市場(chǎng)化過(guò)渡。但當(dāng)前激勵(lì)政策主要聚焦于技術(shù)示范項(xiàng)目與交通行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，并以地方補(bǔ)貼手段為主要方式，而針對(duì)電力、工業(yè)等行業(yè)的氫儲(chǔ)投資、運(yùn)營(yíng)等缺乏商業(yè)模式創(chuàng)新，銀行業(yè)金融機(jī)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)投資基金等難以按照商業(yè)可持續(xù)性原則或市場(chǎng)化原則給予其金融支持，難以保障未來(lái)產(chǎn)業(yè)持續(xù)性部署，亦容易導(dǎo)致如可再生能源補(bǔ)貼等的財(cái)政缺口。另一方面，政策引導(dǎo)作用不斷增強(qiáng)，創(chuàng)新政策體系亟待建立?！稓淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021—2035年）》提出要“打造氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展1+N政策體系”，強(qiáng)化政策對(duì)氫儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)的激勵(lì)引導(dǎo)作用。但目前金融、稅收、獎(jiǎng)勵(lì)等扶持政策尚存在空白，以往針對(duì)新興產(chǎn)業(yè)的傳統(tǒng)激勵(lì)策略（如補(bǔ)貼、減免稅）對(duì)技術(shù)演化與產(chǎn)業(yè)部署的影響程度亦難以準(zhǔn)確評(píng)估，亟需針對(duì)氫儲(chǔ)在交通、儲(chǔ)能、電力、工業(yè)等不同領(lǐng)域的替代作用與減排效益^［17-18］，從技術(shù)裝備創(chuàng)新到基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運(yùn)營(yíng)再到示范項(xiàng)目商業(yè)化轉(zhuǎn)型，設(shè)計(jì)多級(jí)政策體系^{［11，19］}。

（四）氫儲(chǔ)全產(chǎn)業(yè)鏈部署發(fā)展，風(fēng)險(xiǎn)防控能力亟待提升

氫能產(chǎn)業(yè)鏈涉及制氫、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用等多個(gè)環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)事故風(fēng)險(xiǎn)誘因復(fù)雜、多樣。目前我國(guó)已加強(qiáng)氫氣泄漏檢測(cè)、儲(chǔ)運(yùn)與應(yīng)用終端風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警等關(guān)鍵安全技術(shù)研發(fā)，但隨著產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)的市場(chǎng)滲透不斷提升，不同地區(qū)依據(jù)自身資源稟賦與技術(shù)優(yōu)勢(shì)形成的產(chǎn)業(yè)鏈各不相同，所引發(fā)的宏觀層面社會(huì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境健康等風(fēng)險(xiǎn)多樣。因此，為落實(shí)屬地管理責(zé)任，風(fēng)險(xiǎn)防控不僅需要提升檢測(cè)、報(bào)警等安全技術(shù)，更需要加強(qiáng)本地全產(chǎn)業(yè)鏈的安全風(fēng)險(xiǎn)測(cè)度與監(jiān)測(cè)，動(dòng)態(tài)識(shí)別產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展中的潛在風(fēng)險(xiǎn)誘因，提升事故預(yù)防能力。此外，氫能產(chǎn)業(yè)安全事故屬于突發(fā)公共事件，具有不確定性高、影響廣泛、危害嚴(yán)重等特征，因此，借助大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)手段，模擬事故發(fā)生全過(guò)程并對(duì)各時(shí)段的風(fēng)險(xiǎn)演化規(guī)律進(jìn)行研判，是及時(shí)有效應(yīng)對(duì)各類氫能安全風(fēng)險(xiǎn)的重要基礎(chǔ)。

三、潛在研究方向的思考與展望

為避免以往光伏、風(fēng)電技術(shù)的過(guò)度補(bǔ)貼問(wèn)題，氫儲(chǔ)能的激勵(lì)政策正快速?gòu)墓┙o推動(dòng)型轉(zhuǎn)向需求拉動(dòng)型。因此，相關(guān)研究的重點(diǎn)不僅要關(guān)注研發(fā)階段的材料、化學(xué)、工程科學(xué)問(wèn)題，更要聚焦技術(shù)替代、市場(chǎng)機(jī)制、減排效益、政策協(xié)同等經(jīng)濟(jì)管理問(wèn)題。以“hydrogen energy storage”或“hydrogen storage”為關(guān)鍵詞，從Science Citation Index Expanded （SCI-EXPANDED）和Social Sciences Citation Index （SSCI）搜集到3 302篇文獻(xiàn)，文章發(fā)表時(shí)間跨度為2020年1月至2023年6月。通過(guò)關(guān)鍵詞熱力圖（見(jiàn)圖1）分析發(fā)現(xiàn)：氫儲(chǔ)能涉及的吸附、釋放材料研發(fā)處于基礎(chǔ)主題（Basic Themes）中，所運(yùn)用的化學(xué)、物理理論方法則處于邊緣主題（Emerging or Declining Themes）中，其特點(diǎn)是發(fā)展程度偏低；與氫儲(chǔ)能密切相關(guān)的可再生能源技術(shù)、微電網(wǎng)系統(tǒng)、碳減排以及市場(chǎng)與商業(yè)模式等，成為熱點(diǎn)主題（Moto Themes），其與氫儲(chǔ)能發(fā)展的關(guān)系更加密切并且發(fā)展程度也較高，證明了這些主題是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。圍繞這些熱點(diǎn)主題下的關(guān)鍵詞，本文凝練了四個(gè)方向的研究重點(diǎn)及其相關(guān)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

（一）氫儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)下顛覆性能源技術(shù)演化與擴(kuò)散規(guī)律

從技術(shù)創(chuàng)新的生命周期看，顛覆性能源技術(shù)擴(kuò)散可分為研發(fā)、示范、商業(yè)化等不同階段；同時(shí)，由于該類技術(shù)具有顯著的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，其擴(kuò)散速度、部署規(guī)模等會(huì)明顯優(yōu)于其他技術(shù)。學(xué)者們已經(jīng)開(kāi)展了儲(chǔ)能、光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等顛覆性能源技術(shù)擴(kuò)散的模擬預(yù)測(cè)，主要通過(guò)引入學(xué)習(xí)效應(yīng)來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)技術(shù)系統(tǒng)的成本下降趨勢(shì)，并進(jìn)一步測(cè)算其應(yīng)用潛力與部署規(guī)模。^［1-2］氫儲(chǔ)能具有長(zhǎng)周期、大規(guī)模儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)，其規(guī)?；l(fā)展將直接影響能源供給與消費(fèi)革命。從生產(chǎn)側(cè)看，氫儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)的多元化供給模式，包括“電—?dú)洹姟?、風(fēng)光氫儲(chǔ)一體化等，能夠促進(jìn)可再生能源發(fā)電的規(guī)?；{，加速能源綠色低碳轉(zhuǎn)型，但前提是必須平衡技術(shù)替代的節(jié)能減排效果和經(jīng)濟(jì)成本間的關(guān)系。^［20］從消費(fèi)側(cè)看，氫能是交通、工業(yè)等用能終端綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體，不同制氫模式的經(jīng)濟(jì)與減排效益存在較大差異，會(huì)影響其在用能終端的部署規(guī)模，增加能源消費(fèi)轉(zhuǎn)型的不確定性。^［16］因此，揭示氫儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)下的顛覆性能源技術(shù)擴(kuò)散規(guī)律、識(shí)別成本有效的技術(shù)轉(zhuǎn)型路徑，是有效應(yīng)對(duì)技術(shù)變革對(duì)能源市場(chǎng)沖擊、實(shí)現(xiàn)氫儲(chǔ)技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用的重要保障。

該方向的典型科學(xué)問(wèn)題包括：風(fēng)光氫儲(chǔ)一體化的全生命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性與減排潛力、不同制氫技術(shù)（灰氫、綠氫等）的擴(kuò)散與市場(chǎng)滲透規(guī)律、電氫耦合下顛覆性能源技術(shù)耦合機(jī)制與轉(zhuǎn)型路徑等。

（二）“電—碳”耦合下“氫儲(chǔ)+”的市場(chǎng)機(jī)制及其作用效果

推進(jìn)電能替代是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要手段，但僅依靠電氣化難以充分實(shí)現(xiàn)交通、工業(yè)等行業(yè)的零碳轉(zhuǎn)型，亟需形成電力、碳、氫儲(chǔ)能等多市場(chǎng)聯(lián)動(dòng)，以市場(chǎng)機(jī)制帶動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新、引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。^［21-22］圍繞市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)，學(xué)者們已經(jīng)開(kāi)展了電力/碳市場(chǎng)定價(jià)機(jī)制、“電—碳”市場(chǎng)交互影響規(guī)律、市場(chǎng)主體博弈關(guān)系等研究，揭示了不同機(jī)制下主體決策行為規(guī)律與市場(chǎng)演化特征，為市場(chǎng)上電力交易、碳交易規(guī)則以及二者的聯(lián)動(dòng)機(jī)制設(shè)計(jì)提供了依據(jù)^［23-24］；此外，部分學(xué)者針對(duì)電力市場(chǎng)化影響、碳市場(chǎng)實(shí)施效果等問(wèn)題展開(kāi)研究，闡明了“電—碳—能”市場(chǎng)化交易對(duì)綠色低碳轉(zhuǎn)型的作用機(jī)制^［25-26］。隨著氫儲(chǔ)能的加入，一方面，市場(chǎng)主體的多元化程度加深，新的激勵(lì)機(jī)制亟需建立，如氫儲(chǔ)能拍賣機(jī)制、分布式制氫/氫儲(chǔ)參與的虛擬電廠定價(jià)機(jī)制、基于溫室氣體自愿減排交易的碳排放權(quán)低效機(jī)制等，這些機(jī)制將直接提高氫儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)效益；另一方面，氫儲(chǔ)能的市場(chǎng)參與將改變電力系統(tǒng)原有供給特征和運(yùn)行規(guī)律，影響用能終端的用能效率與減排效益，并會(huì)對(duì)電力/碳市場(chǎng)的定價(jià)模式造成沖擊，增加市場(chǎng)運(yùn)行的不穩(wěn)定性以及可再生能源規(guī)?；{的不確定性。因此，以市場(chǎng)機(jī)制培育、提高氫儲(chǔ)能的競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)原有的電—碳市場(chǎng)研究提出了新的要求。

該方向的典型科學(xué)問(wèn)題包括：氫儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)的交易機(jī)制及其影響、“電—碳—能”市場(chǎng)耦合關(guān)系與協(xié)調(diào)機(jī)制、氫儲(chǔ)能參與電力輔助服務(wù)市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益及其對(duì)可再生能源消納的影響等。

（三）氫儲(chǔ)多元化應(yīng)用的減排潛力與政策協(xié)同

可再生能源的規(guī)?；渴鹗切滦碗娏ο到y(tǒng)的重要特征之一，其發(fā)電的不穩(wěn)定性和間歇性需要電力平衡由原來(lái)的“源隨荷動(dòng)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸春苫?dòng)”。氫儲(chǔ)能作為大規(guī)模、長(zhǎng)周期、跨季節(jié)的儲(chǔ)能技術(shù)，在“源—網(wǎng)—荷—儲(chǔ)”互動(dòng)中具有豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，但由于市場(chǎng)規(guī)模有限，其減排潛力、激勵(lì)政策效果等相關(guān)研究尚未充分得到關(guān)注，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。第一，商業(yè)模式缺乏實(shí)證研究支撐。學(xué)者們圍繞顛覆性能源技術(shù)的商業(yè)模式已經(jīng)開(kāi)展了較多的理論模型研究，包括共享儲(chǔ)能、股權(quán)融資、虛擬電廠等，揭示了不同模式下的企業(yè)收益與社會(huì)福利變化規(guī)律^{［22-23，27］}，但由于缺乏實(shí)證研究的支撐，部分理論成果難以指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用。第二，對(duì)低碳電力轉(zhuǎn)型的宏觀影響缺乏探究。學(xué)者們圍繞氫儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)的能源系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化策略、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等開(kāi)展了一系列研究^{［16，26，28］}，但由于當(dāng)前氫儲(chǔ)能的市場(chǎng)規(guī)模占比較小，有關(guān)氫儲(chǔ)能替代的減排潛力以及“風(fēng)光氫儲(chǔ)一體化”“氫儲(chǔ)能電站調(diào)峰”“分布式制氫”等多元化應(yīng)用方式對(duì)低碳電力轉(zhuǎn)型影響的研究尚未充分展開(kāi)。第三，支持性政策效果缺乏綜合評(píng)估。當(dāng)前有關(guān)綠色低碳轉(zhuǎn)型的政策研究主要聚焦于可再生能源激勵(lì)與碳定價(jià)政策，由于電氫耦合的政策體系尚未形成，特別是有關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈上游的制取綠氫環(huán)節(jié)缺乏清晰的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)，導(dǎo)致學(xué)界與業(yè)界對(duì)于氫儲(chǔ)能的支持性電價(jià)、補(bǔ)貼、獎(jiǎng)勵(lì)等政策的關(guān)注較少。但氫儲(chǔ)能技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)性與發(fā)展?jié)摿θQ于碳定價(jià)對(duì)化石能源成本的影響程度，同時(shí)又影響了可再生能源技術(shù)的規(guī)?；l(fā)展，因此，亟需開(kāi)展氫儲(chǔ)能政策體系設(shè)計(jì)以及多維政策效果的綜合評(píng)估。

該方向的典型科學(xué)問(wèn)題包括：“氫儲(chǔ)+”商業(yè)模式的適用規(guī)律與激勵(lì)作用、用能終端（工業(yè)、交通等）氫儲(chǔ)能替代的減排潛力及經(jīng)濟(jì)效益、基于電氫耦合的多能協(xié)同路徑與減排潛力、“電—碳—能”多元政策的影響機(jī)制與協(xié)同效果等。

（四）大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的安全風(fēng)險(xiǎn)防控

安全風(fēng)險(xiǎn)防控是氫能產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展的重要基礎(chǔ)。從圖1可以看出，有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)分析的關(guān)鍵詞屬于利基主題，即該主題已經(jīng)具備一定研究基礎(chǔ)，但與當(dāng)前氫儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展并不密切相關(guān)。這主要是由于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)研究涉及范圍較廣，包括示范項(xiàng)目（加氫站、儲(chǔ)氫站等）的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理、投資項(xiàng)目的環(huán)境與經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)分析、納入氫儲(chǔ)的電力調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避等^［29-30］，而針對(duì)全產(chǎn)業(yè)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與防控研究涉及的較少。從現(xiàn)實(shí)需求來(lái)看，氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的安全防控與應(yīng)急水平尚難以滿足產(chǎn)業(yè)規(guī)?；踩l(fā)展的需要。^［31］一方面，亟需依靠大數(shù)據(jù)分析，建立“制—儲(chǔ)—運(yùn)—用”基礎(chǔ)設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估方法，綜合技術(shù)設(shè)備參數(shù)、故障率、隱患概率、建設(shè)與運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)等數(shù)據(jù)信息，動(dòng)態(tài)評(píng)估不同地區(qū)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展安全水平。另一方面，針對(duì)泄漏、擴(kuò)散、爆炸等突發(fā)事故，亟需開(kāi)展事故的風(fēng)險(xiǎn)演化與災(zāi)變機(jī)理研究，借助數(shù)智化仿真與決策技術(shù)，開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)快速評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)事故發(fā)生、演化等環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確預(yù)判以及各環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)與防控。

該方向的典型科學(xué)問(wèn)題包括：氫能全產(chǎn)業(yè)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的氫儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施安全風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估方法、典型氫能安全事故風(fēng)險(xiǎn)演化機(jī)理及其社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響、基于數(shù)智仿真的氫能安全事故風(fēng)險(xiǎn)測(cè)度等。

四、結(jié)語(yǔ)

伴隨著新型能源體系的加快建設(shè)以及以儲(chǔ)能為代表的顛覆性能源技術(shù)的顯著進(jìn)步，氫能技術(shù)將憑借靈活的供應(yīng)形式、獨(dú)立的市場(chǎng)地位與巨大的減排潛力在碳中和中發(fā)揮重要作用。本文探討了氫儲(chǔ)能作為創(chuàng)新技術(shù)在能源轉(zhuǎn)型中的引領(lǐng)作用及其管理決策的重要性，從技術(shù)創(chuàng)新、市場(chǎng)機(jī)制、政策體系、安全保障等方面識(shí)別了當(dāng)前氫儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的態(tài)勢(shì)特征與瓶頸問(wèn)題，并基于對(duì)3 302篇相關(guān)文獻(xiàn)的系統(tǒng)性分析，揭示了氫能與儲(chǔ)能技術(shù)融合發(fā)展的研究熱點(diǎn)與潛在研究方向。研究結(jié)果表明，氫能技術(shù)盡管在產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)都有所進(jìn)展，但關(guān)鍵技術(shù)的成熟度尚需提高，特別是可再生能源制氫技術(shù)的規(guī)?；瘽摿统杀靖?jìng)爭(zhēng)力方面亟待進(jìn)行精細(xì)化評(píng)估；此外，市場(chǎng)機(jī)制和政策體系的不完善也成為限制其規(guī)?；瘧?yīng)用的瓶頸。制定清晰的技術(shù)路線圖，完善市場(chǎng)激勵(lì)和政策引導(dǎo)機(jī)制，包括盈利模式、參與電力、碳市場(chǎng)規(guī)則等，對(duì)于推動(dòng)氫儲(chǔ)能技術(shù)的創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化至關(guān)重要。

此外，本文從經(jīng)濟(jì)管理角度出發(fā)，提出了氫儲(chǔ)能領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究方向，即技術(shù)演化與擴(kuò)散規(guī)律預(yù)測(cè)，該方向是評(píng)估技術(shù)應(yīng)用潛力與減排潛力的前提和關(guān)鍵。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)市場(chǎng)機(jī)制與政策激勵(lì)，從供給推動(dòng)與需求拉動(dòng)兩方面切入，列舉了提升氫儲(chǔ)競(jìng)爭(zhēng)力與環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益的典型科學(xué)問(wèn)題。最后，結(jié)合信息化、數(shù)字化技術(shù)，給出了與氫儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展密切相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法、風(fēng)險(xiǎn)演化機(jī)理及社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響等關(guān)鍵問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)了這一方向的可拓展性。

參考文獻(xiàn)：

［1］ Helveston J，He G，Davidson M.Quantifying the Cost Savings of Global Solar Photovoltaic Supply Chains［J］.Nature，2022，612：83-87.

［2］ Kittner N，Lill F，Kammen D.Energy Storage Deployment and Innovation for the Clean Energy Transition［J］.Nature Energy，2017，2：17125.

［3］ Zeyringer M，Price J，F(xiàn)ais B，et al.Designing Low-carbon Power Systems for Great Britain in 2050 that are Robust to the Spatiotemporal and Inter-annual Variability of Weather［J］.Nature Energy，2018，3：395-403.

［4］ Kammen D，Sunter D.City-integrated Renewable Energy for Urban Sustainability［J］.Science，2016，352：922-928.

［5］ 中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于加快建設(shè)全國(guó)統(tǒng)一大市場(chǎng)的意見(jiàn)［EB/OL］.（2022-03-25）［2023-11-10］.https：//www.gov.cn/zhengce/2022-04/10/content_5684385.htm.

［6］ 國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳 國(guó)家能源局綜合司關(guān)于進(jìn)一步加快電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)工作的通知［EB/OL］.（2023-10-12） ［2023-11-05］.https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202311/t20231101_1361704.html.

［7］ 國(guó)家發(fā)展改革委，國(guó)家能源局.氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021—2035年）［EB/OL］.（2022-03-23）［2023-11-05］.http：//zfxxgk.nea.gov.cn/1310525630_16479984022991n.pdf？eqid=eab0ba2f0002760500000003646c2af1.

［8］ 凌文，李全生，張凱.我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究［J］.中國(guó)工程科學(xué)，2022，24（3）：80-88.

［9］ 杜忠明， 鄭津洋， 戴劍鋒，等.我國(guó)綠氫供應(yīng)體系建設(shè)思考與建議［J］.中國(guó)工程科學(xué)，2022，24（6）：64-71.

［10］ Zhang X.The Development Trend of and Suggestions for ChinaIs Hydrogen Energy Industry［J］.Engineering，2021，7（6）：719-721.

［11］ 許傳博，劉建國(guó).氫儲(chǔ)能在我國(guó)新型電力系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值、挑戰(zhàn)及展望［J］.中國(guó)工程科學(xué)，2022，24（3）：89-99.

［12］ Global Hydrogen Review 2022［EB/OL］.［2023-11-05］.https：//www.iea.org/reports/global-hydrogen-review-2022.

［13］ Louwen A，Sark W，F(xiàn)aaij A，et al.Re-assessment of Net Energy Production and Greenhouse Gas Emissions Avoidance after 40 Years of Photovoltaics Development［J］.Nature Communications，2016，7：13728.

［14］ Cherp A，Vinichenko V，Tosun J，et al.National Growth Dynamics of Wind and Solar Power Compared to the Growth Required for Global Climate Targets［J］.Nature Energy，2021，6：742-754.

［15］ Zeyen E，Victoria M，Brown T.Endogenous Learning for Green Hydrogen in a Sector-coupled Wnergy Model for Europe［J］.Nature Communications，2023，14：3743.

［16］ Yang X，Nielsen C，Song S，et al.Breaking the Hard-to-abate Bottleneck in ChinaIs Path to Carbon Neutrality with Clean Hydrogen［J］.Nature Energy，2022，7：955-965.

［17］ Devlin A，Kossen J，Goldie-Jones H，et al.Global Green Hydrogen-based Steel Opportunities Surrounding High Quality Renewable Energy and Iron Ore Deposits［J］.Nature Communications，2023，14：2578.

［18］ Odenweller A，Ueckerdt F，Nemet G，et al.Probabilistic Feasibility Space of Scaling up Green Hydrogen Supply［J］.Nature Energy，2022，7：854-865.

［19］ 凌文，劉瑋，李育磊，等.中國(guó)氫能基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究［J］.中國(guó)工程科學(xué)，2019，21（3）：76-83.

［20］ Song S，Lin H，Sherman P，et al.Production of Hydrogen from Offshore Wind in China and Cost-Competitive Supply to Japan［J］.Nature Communications，2021，12：6953.

［21］ Kersey J，Popovich N，Phadke A.Rapid Battery Cost Declines Accelerate the Prospects of All-electric Interregional Container Shipping［J］.Nature Energy，2022，7：664-674.

［22］ Feng Y，Menezes M.Integrated Production and Renewable Energy Generation in the Presence of Hydrogen Energy Storage［J］.Production and Operations Management，2022，31：2222-2236.

［23］ Morstyn T，F(xiàn)arrell N，Darby S，et al.Using Peer-to-peer Energy-trading Platforms to Incentivize Prosumers to Form Federated Power Plants［J］.Nature Energy，2018，3：94-101.

［24］ Wang X，Cho S，Scheller-Wolf A.Green Technology Development and Adoption： Competition， Regulation， and Uncertainty：a Global Game Approach［J］.Management Science，2021，67：201-219.

［25］ Guo F， Ruijven B，Zakeri B，et al.Implications of Intercontinental Renewable Electricity Trade for Energy Systems and Emissions［J］.Nature Energy，2022，7：1144-1156.

［26］ He G， Lin J，Sifuentes F，et al.Rapid Cost Decrease of Renewables and Storage Accelerates the Decarbonization of ChinaIs Power System［J］.Nature Communications，2020，11：2486.

［27］ Lossner M，Bottger D，Bruckner T.Economic Assessment of Virtual Power Plants in the German Energy Market：A Scenario-based and Model-supported Analysis［J］.Energy Economics，2017，62：125-138.

［28］ Sepulveda N，Jenkins J，Edington A，et al.The Design Space for Long-duration Energy Storage in Decarbonized Power System［J］.Nature Energy，2021，6：506-516.

［29］ Mohammadfam L，Zarei E.Safety Risk Modeling and Major Accidents Analysis of Hydrogen and Natural Gas Releases： A Comprehensive Risk Analysis Framework［J］.International Journal of Hydrogen Energy，2015，40：13653-13663.

［30］ Caliendo C，Genoverse G.Quantitative Risk Assessment on the Transport of Dangerous Goods Vehicles Through Unidirectional Road Tunnels： An Evaluation of the Risk of Transporting Hydrogen［J］.Risk Analysis，2021，41：1522-1539.

［31］ 曹湘洪，魏志強(qiáng).氫能利用安全技術(shù)研究與標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)思考［J］.中國(guó)工程科學(xué)，2020，22（5）：144-151.

責(zé)任編輯：曲"紅

Innovation Leadership and Management Decisions Regarding

\"Hydrogen + Energy Storage\" under Carbon Neutrality

DU Huibin^1，2， ZOU Hongyang^1，2

（1.College of Management and Economics， Tianjin University， Tianjin 300072， China;

2.National Industry-Education Platform of Energy Storage， Tianjin University， Tianjin 300192， China）

Abstract： The breakthrough in hydrogen energy technology， represented by fuel cells， aligns with the development requirements of China's new energy storage and new power systems， providing key support technologies and solutions for achieving energy transformation under carbon neutrality. As a disruptive energy technology， the development of hydrogen energy and energy storage relies not only on breakthroughs in key technologies but also on the incentives and constraints of market mechanisms and policy design. The innovative models such as electricity-hydrogen-electricity and energy end-use substitution that emerge from this also bring new challenges to market operations and policy design. This article focuses on the development trends of hydrogen-storage coupling technologies and industries， and analyzes the bottleneck problems faced by the current large-scale application of hydrogen storage from multiple dimensions including technological competition， emission reduction benefits， market and policy incentives， and safety deployment. At the same time， by collecting and organizing 3，302 literatures related to hydrogen storage from January 2020 to June 2023， potential research directions in the field of hydrogen storage in the future have been identified， including technological evolution and diffusion patterns， \"hydrogen storage +\" market mechanisms， collaborative emission reduction potential， and industrial safety risks. Through heatmap analysis， the development level and relevance of each direction have been identified， and typical scientific questions worth exploring in each direction have been summarized.

Key words： hydrogen energy storage; large-scale application; market mechanism; policy system; industrial security risks

英文編校：馬志強(qiáng)