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中國儲能網訊：近年來，我國積極推進碳減排工作并取得顯著成效，2019年碳排放強度比2005年降低48.1%。未來，我國將提高國家自主貢獻力度，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。煤炭等傳統化石能源是碳排放的主要來源，并處于我國主體能源地位，“電—氫”耦合能夠優化能源供給與消費結構，是助力實現“碳中和”的關鍵手段。
“電—氫”耦合是實現“碳中和”的關鍵
當前，我國的碳排放高居世界第一，我國在碳減排過程中遇到了可再生能源消納能力及電能替代能力有限的問題，“電—氫”耦合能夠對傳統化石能源進行深度替代，實現深度脫碳。
氫能更適宜在特定場景對傳統化石能源進行替代，填補電能在部分終端領域應用的不足。氫能與煤炭、油氣在儲運、燃燒等方面的特性相似，更適宜在特定終端領域開展對傳統化石能源的深度替代，未來有望廣泛應用于航空、鋼鐵生產、高溫工業熱能、長途公路運輸等電能替代受限的領域，實現能源消費側的深度脫碳。近期來看，氫燃料電池商用車是最主要的應用領域之一。相較純電動汽車領域重點推廣的乘用車，商用車具有能量消耗大、污染排放重的特點，替代潛力及碳減排潛力巨大。
“電—氫”耦合將有效降低氫能對傳統化石能源的依賴，實現氫能產業自身的低碳化轉型。目前，全球每年約有96%的氫能由傳統化石能源直接或間接制取，進而產生大量二氧化碳排放。受資源稟賦影響，我國是全球煤制氫最集中的國家，導致我國制氫產業每年排放二氧化碳總量高達3億噸。一方面可逐步推廣“化石能源制氫+CCUS”的低碳制氫模式；另一方面可在資源富集地區推廣可再生能源發電制氫，從源頭實現零碳氫能制取，且電解水制取的氫氣純度高，對于燃料電池汽車和多晶硅等高純度氫市場具有高適配性。
高滲透率可再生能源為“電—氫”耦合提供了契機，能夠推動低碳氫能的規模化發展。“十四五”期間，消納能力不足將進一步制約“三北”地區可再生能源的規模化發展。一方面，電解水制氫能夠作為一種需求側靈活性調節資源，增加電力負荷并參與需求側響應，提高電力系統對可再生能源的消納能力，從供給側增強對化石能源的替代。另一方面，高滲透率可再生能源能夠提供更為豐富的低價、零碳電能資源，在推動電解水制氫發展的同時撬動地區可再生能源發展規模。
“電—氫”耦合需要明晰“電—氫”格局
氫能在儲運、應用等環節與電能的交疊明顯，在缺乏頂層規劃的情況下，容易無序、低效發展，因此要明確“電—氫”發展格局，充分發揮電能與氫能各自的比較優勢及協同互補作用。
面向電解水制氫成為制氫主要來源情景，明晰“遠電近氫”的能量輸送格局。當前，氫氣主要以高溫氣態及低溫液態形式進行運輸。針對電解水制氫場景，電能是遠距離（超過1000千米）輸送場景下一種效率更高、更為安全的氫能輸送載體。尤其是隨著電解水制氫成為制氫主要來源，電解水所制取的綠氫將成為地區間貿易主體，相對于跨區輸氫，基于跨區輸電的需求側制氫將成為更優模式。
面向高滲透率可再生能源情景，明晰“短電長氫”的能量存儲格局。相較其他儲能，氫儲能在大規模、長時間儲能方面優勢明顯，然而“電—氫—電”全環節轉換效率較低，當前缺乏可大規模應用的場景。未來，隨著電化學儲能等靈活性資源發展，短時調峰需求將得以緩解，受可再生能源的季節特性影響，跨季節的長時調峰需求將凸顯。“電—氫”耦合能夠依托氫儲能提供跨季節儲能服務，甚至推動電、氣系統間跨季節調峰互濟。
面向新能源汽車大規模發展情景，明晰“南電北氫”的區域布局格局。近期來看，北方地區冬季寒冷，可再生能源資源豐富，由于純電動汽車耐低溫特性差，適宜推廣氫燃料電池汽車，并在可再生能源富集地區打造綠氫生產基地；南方地區氣候適宜，且主要需求地區可再生能源資源有限，應優先推廣基礎設施完善、經濟性好的純電動汽車，在純電動汽車難以應用的場景推動氫燃料電池汽車。
“電—氫”耦合需打通關鍵堵點
當前，“電—氫”耦合尚且處于示范階段，相關配套政策等尚需完善。未來，“電—氫”耦合需要進一步聚焦綠氫生產以及可再生能源消納，打通相關政策、管理模式及技術等方面的關鍵堵點。
加強氫能關鍵技術攻關和應用，注重通過聯合攻關等加強質子交換膜制氫技術布局。當前，我國氫能產業部分關鍵技術與領先國家存在差距，核心競爭力缺乏。電解水制氫是“電—氫”耦合關鍵環節，從技術來看，堿性電解水制氫更為成熟，且技術水平同國外總體相近，可優先開展示范應用；質子交換膜電解水雖然處于產業化前期階段，但負載范圍廣、響應速度快、占地面積小、降本潛力大、電解質無害，與可再生能源發展適配性好，但技術水平與國際先進企業相差較遠，應通過聯合攻關等方式加快技術布局。
加快氫能管理破冰及政策傾斜，為綠氫生產及可再生能源消納釋放空間。一方面，氫氣依然被歸為危化品，其制取、儲運方式受限，制約了需求側制氫模式推動，應推動氫氣管理定位向能源轉變，或在綠氫生產示范區批準特許；另一方面，電價機制不靈活使得對于棄電及低谷電利用不足，制約了需求側制氫模式推廣及參與需求側響應積極性，應通過電力市場等形式推動需求側制氫企業直購電，并推動電解水制氫納入需求側響應參與主體。
科學制定電解水制氫運行模式，多措并舉推動電解水制氫規模化、低成本應用。成本過高是當前電解水制氫推廣的瓶頸，主要包括電價成本和初始投資成本。一方面，電解水制氫設備年利用小時數處于3000~4000水平時經濟效益最佳，由于可再生能源棄電隨機、量小（棄電率低于5%）、集中（主要在西部地區）、波動大，應在充分利用棄電量的同時，以當地低谷電作為利用主體；另一方面，未來電解水制氫的規模化發展，有賴于自身技術進步帶來的效率提升、設備成本下降以及單體制氫能力提高，同時依托規模效應提高經濟性。
（作者系國網能源研究院能源戰略與規劃研究所研究員）
