“零”碳排放

　　7月23日，東京奧運會開幕式在東京新國立競技場舉行，奧運圣火熊熊燃起。

　　日本采用氫能點燃本屆奧運圣火。在奧運歷史上，奧運圣火的燃料經歷了多次變革，開始是金屬鎂，后來使用過天然樹脂、橄欖油等，近幾屆奧運會使用丙烷作為燃料。在本屆奧運會上，日本將氫能作為奧運圣火的燃料。同時，奧運村使用氫能作為能源，為奧運村供電。氫氣來源于6.8萬塊太陽能電池板，利用光伏發電制氫，擺脫對化石燃料的依賴。

　　與煤炭、石油和天然氣相比，氫能在自然界不是天然存在，需要通過一次能源化學加工或轉化產生，此外，氫燃燒時只產生水，不產生二氧化碳，因此，氫能是清潔的二次能源。氫能在能源、交通、工業、建筑等領域具有廣泛的應用前景，可以作為能源互聯轉化的重要媒介，推動能源清潔高效利用，實現大規模深度脫碳。

　　氫能被廣泛認為是未來最有發展潛力的二次能源，它具有儲量豐富、能量密度高、可存儲等多種優點。氫既可由可再生能源，如水能、風能、太陽能、生物質和地熱能制取，也可由不可再生能源，如煤、天然氣和核能制取，所以，氫的生產途徑廣泛，具備可再生、可持續性。另外，氫在使用后的排放物是水，可以達到“零”碳排放和“零”污染。世界各國普遍認為，氫能是最適合人類社會未來應用的新型清潔能源之一，對解決當前全球能源危機、環境惡化和溫室效應問題具有重要作用。

　　氫氣來源包括：煤、天然氣等化石能源制氫，工業副產品制氫，電解水制氫，以及甲醇等其他方式制氫。現階段氫氣來源仍以化石能源制氫為主，在碳達峰碳中和目標驅動下，零碳制氫將是未來發展的主要趨勢，灰氫→藍氫→綠氫將成為未來發展的主要路徑。

　　氫儲能及應用

　　氫能對構建低碳高效現代能源體系具有重要作用。目前，我國氫用量2300萬噸，約占全球用量的1/3，應用市場廣闊；2030年綠氫占比預計達1.5%~2%，未來，氫能供應將成為能源行業競爭的新熱點。

　　中國氫能聯盟發布的《中國氫能源及燃料電池產業白皮書2019》預測，到2050年氫能在中國能源體系中的占比約為10%，氫氣需求量接近6000萬噸，年經濟產值超過10萬億元。

　　氫能能量密度高，運行維護成本低，可長時間存儲且可實現過程無污染，是少有的能夠儲存上百吉瓦時以上，且可同時適用于極短或極長時間供電的能量儲備。對可再生和可持續能源系統而言，氫氣是一種極好的能量存儲介質。氫儲能被認為是極具潛力的新型大規模儲能技術。

　　氫儲能技術即通過電解水制取氫氣，將氫氣存儲或通過管道運輸，制取的氫氣可用于交通、鋼鐵、合成氨等領域，也可在有用能需求時通過燃料電池進行熱電聯供。氫儲能技術適用于大規模儲能和長周期能量調節，是實現電、氣等多類型能源互聯的關鍵。氫儲能技術主要包含電解制氫、儲氫及燃料電池發電技術，可用于可再生能源消納、調峰調頻輔助服務、削峰填谷、需求側響應、微電網等場景。

　　可再生能源消納。將電解制氫技術用于可再生能源發電場景，在提升可再生能源發電規模化消納的同時，還能夠優化風電/光伏場群的出線容量，從而降低電網外送輸電容量的投資，提高輸電線路的利用率。

　　調峰調頻輔助服務。具備快速響應及啟停能力的電解制氫系統，在用電高峰時可用于調峰調頻輔助服務。大容量燃料電池發電系統可在電網超負荷運行時用作調峰機組，以滿足發電需求。

　　削峰填谷、需求側響應。電解制氫系統可在用戶側利用谷電制氫實現調峰，也可通過電力需求側實時管理系統，作為靈活負荷參與需求側響應。制取的氫氣儲存起來，還可用于加氫站加氫服務。

　　微電網。電解制氫+儲氫+氫燃料電池發電用于構建微電網系統，分布式可再生能源消納，進行氫、熱、電聯供，實現偏遠地區可靠供能。

　　氫利用示范工程

　　由全球能源互聯網研究院和國網浙江省電力有限公司共同研發的百千瓦級氫利用系統裝備及管控技術成果，將在浙江臺州大陳島氫利用工程進行示范應用。示范工程制氫與發電功率100千瓦，儲氫容量200立方米（標準狀態），供電時長逾2小時，“制氫—燃料電池熱電氣聯供”全系統綜合能效超過72%，整體技術國際領先。

　　該工程是氫能在偏遠地區供能的首次示范，也是國內首個針對海島的氫能綜合利用工程。工程采用先進質子交換膜電解制氫技術，具有動態調節響應快、啟停時間短、功率可控范圍寬等突出的先進性。工程不僅可實現新能源就地消納、長時備電等應用，還可實現電、熱、氫、氧的清潔供應，滿足島內用戶多種用能需求。該工程以“綠氫”打造“全綠海島”，降低海島碳排放，將為可再生能源制氫、含氫能源網絡化與規模化應用提供示范樣板。

　　【專訪】

　　圍繞氫儲能技術及應用，《亮報》對全球能源互聯網研究院有限公司電力電子研究所副所長徐桂芝進行了專訪。

　　《亮報》：據了解，美國、日本、德國等國家非常重視氫能發展，多年前開始出臺各項政策。現在這些國家的氫儲能技術及應用進展如何？

　　徐桂芝：當前，美國、日本、德國等國依據本國實際情況大力培育各自的氫儲能產業，制定詳細的發展路線圖，發布氫能相關的產業政策。

　　美國氫能及燃料電池技術和市場全球領先，并具有完善的氫能技術產業鏈。目前美國每年氫氣產量超過1000萬噸，約占全球供應量的15%。美國Proton公司研制的PEM制氫設備已實現商品化，應用到多個風電制氫場中。

　　日本在儲運氫、燃料電池技術及商業化應用方面世界領先，尤其重視家庭用燃料電池熱電聯供系統發展。以家庭管道燃氣現場重整制氫氣為燃料，松下、東芝等用于照明供電和沐浴熱水的燃料電池微型熱電聯供安裝量已超5萬臺/年，價格折合人民幣約4萬元/臺。日本于2020年2月完成福島10兆瓦級制氫裝置試運營，這是目前全球最大的光伏制氫裝置。

　　德國近年來已逐步明確氫能發展路線，2020年發布《德國國家氫能戰略》，明確了“綠氫”的優先地位，目標是2030年前將電解綠氫產能提高至5吉瓦，2040年達到10吉瓦。

　　總體上看，美國、日本、德國等國家已經將氫能技術上升為重要的國家戰略，在技術研發、產業培育等方面正加快推進。

　　《亮報》：在氫儲能研究及應用方面，我國主要取得了哪些方面的成就？下一步，還將實現哪些方面的重點突破？

　　徐桂芝：我國在氫儲能領域取得了長足發展，在制氫、儲氫及氫燃料電池方面具有專業化、有國際影響力的研究隊伍，形成了一大批具有自主知識產權的新技術、新材料和新工藝。燃料電池電堆國產化程度大幅提高，培養了一大批具備核心技術的企業；在氫儲能研究向實際應用發展方面，取得了重要的突破，國內已研制出百千瓦級制氫及氫利用設備，并啟動兆瓦級示范應用。

　　目前，我國氫儲能領域的關鍵技術與國際先進水平相比，仍有一定差距。裝備方面仍需提升單體功率，提高關鍵部件/材料國產化水平；應用方面還需進一步完善基礎設施和標準規范，提升氫電互動水平，降低綠氫制取成本等。

　　未來，應以實現氫儲能技術規模化應用為最終目標，突破氫儲能關鍵材料、部件在服役過程中的基礎問題，攻克關鍵材料、部件及裝備共性關鍵技術，實現核心部件及設備自主化研發，突破波動性能源電制氫、氫燃料電池冷熱電聯供、氫能主動支撐電網運行等核心技術，開展電氫融合能源樞紐及氫能綜合利用示范，實現區域清潔能源、電網、氫能協同運行，提高能源利用效率，促進清潔能源消納。

　　來源：亮報