“零”碳排放
7月23日，東京奧運(yùn)會開幕式在東京新國立競技場舉行，奧運(yùn)圣火熊熊燃起。
日本采用氫能點(diǎn)燃本屆奧運(yùn)圣火。在奧運(yùn)歷史上，奧運(yùn)圣火的燃料經(jīng)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(yùn)會使用丙烷作為燃料。在本屆奧運(yùn)會上，日本將氫能作為奧運(yùn)圣火的燃料。同時(shí)，奧運(yùn)村使用氫能作為能源，為奧運(yùn)村供電。氫氣來源于6.8萬塊太陽能電池板，利用光伏發(fā)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(xué)加工或轉(zhuǎn)化產(chǎn)生，此外，氫燃燒時(shí)只產(chǎn)生水，不產(chǎn)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(yè)、建筑等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，可以作為能源互聯(lián)轉(zhuǎn)化的重要媒介，推動(dòng)能源清潔高效利用，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模深度脫碳。
氫能被廣泛認(rèn)為是未來最有發(fā)展?jié)摿Φ亩文茉?，它具有儲量豐富、能量密度高、可存儲等多種優(yōu)點(diǎn)。氫既可由可再生能源，如水能、風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)和地?zé)崮苤迫?，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(chǎn)途徑廣泛，具備可再生、可持續(xù)性。另外，氫在使用后的排放物是水，可以達(dá)到“零”碳排放和“零”污染。世界各國普遍認(rèn)為，氫能是最適合人類社會未來應(yīng)用的新型清潔能源之一，對解決當(dāng)前全球能源危機(jī)、環(huán)境惡化和溫室效應(yīng)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(yè)副產(chǎn)品制氫，電解水制氫，以及甲醇等其他方式制氫?，F(xiàn)階段氫氣來源仍以化石能源制氫為主，在碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，零碳制氫將是未來發(fā)展的主要趨勢，灰氫→藍(lán)氫→綠氫將成為未來發(fā)展的主要路徑。
氫儲能及應(yīng)用
氫能對構(gòu)建低碳高效現(xiàn)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(yīng)用市場廣闊；2030年綠氫占比預(yù)計(jì)達(dá)1.5%~2%，未來，氫能供應(yīng)將成為能源行業(yè)競爭的新熱點(diǎn)。
中國氫能聯(lián)盟發(fā)布的《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書2019》預(yù)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(jīng)濟(jì)產(chǎn)值超過10萬億元。
氫能能量密度高，運(yùn)行維護(hù)成本低，可長時(shí)間存儲且可實(shí)現(xiàn)過程無污染，是少有的能夠儲存上百吉瓦時(shí)以上，且可同時(shí)適用于極短或極長時(shí)間供電的能量儲備。對可再生和可持續(xù)能源系統(tǒng)而言，氫氣是一種極好的能量存儲介質(zhì)。氫儲能被認(rèn)為是極具潛力的新型大規(guī)模儲能技術(shù)。
氫儲能技術(shù)即通過電解水制取氫氣，將氫氣存儲或通過管道運(yùn)輸，制取的氫氣可用于交通、鋼鐵、合成氨等領(lǐng)域，也可在有用能需求時(shí)通過燃料電池進(jìn)行熱電聯(lián)供。氫儲能技術(shù)適用于大規(guī)模儲能和長周期能量調(diào)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)電、氣等多類型能源互聯(lián)的關(guān)鍵。氫儲能技術(shù)主要包含電解制氫、儲氫及燃料電池發(fā)電技術(shù)，可用于可再生能源消納、調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)、削峰填谷、需求側(cè)響應(yīng)、微電網(wǎng)等場景。
可再生能源消納。將電解制氫技術(shù)用于可再生能源發(fā)電場景，在提升可再生能源發(fā)電規(guī)模化消納的同時(shí)，還能夠優(yōu)化風(fēng)電/光伏場群的出線容量，從而降低電網(wǎng)外送輸電容量的投資，提高輸電線路的利用率。
調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)。具備快速響應(yīng)及啟停能力的電解制氫系統(tǒng)，在用電高峰時(shí)可用于調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)。大容量燃料電池發(fā)電系統(tǒng)可在電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)用作調(diào)峰機(jī)組，以滿足發(fā)電需求。
削峰填谷、需求側(cè)響應(yīng)。電解制氫系統(tǒng)可在用戶側(cè)利用谷電制氫實(shí)現(xiàn)調(diào)峰，也可通過電力需求側(cè)實(shí)時(shí)管理系統(tǒng)，作為靈活負(fù)荷參與需求側(cè)響應(yīng)。制取的氫氣儲存起來，還可用于加氫站加氫服務(wù)。
微電網(wǎng)。電解制氫+儲氫+氫燃料電池發(fā)電用于構(gòu)建微電網(wǎng)系統(tǒng)，分布式可再生能源消納，進(jìn)行氫、熱、電聯(lián)供，實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)可靠供能。
氫利用示范工程
由全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院和國網(wǎng)浙江省電力有限公司共同研發(fā)的百千瓦級氫利用系統(tǒng)裝備及管控技術(shù)成果，將在浙江臺州大陳島氫利用工程進(jìn)行示范應(yīng)用。示范工程制氫與發(fā)電功率100千瓦，儲氫容量200立方米（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），供電時(shí)長逾2小時(shí)，“制氫—燃料電池?zé)犭姎饴?lián)供”全系統(tǒng)綜合能效超過72%，整體技術(shù)國際領(lǐng)先。
該工程是氫能在偏遠(yuǎn)地區(qū)供能的首次示范，也是國內(nèi)首個(gè)針對海島的氫能綜合利用工程。工程采用先進(jìn)質(zhì)子交換膜電解制氫技術(shù)，具有動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)響應(yīng)快、啟停時(shí)間短、功率可控范圍寬等突出的先進(jìn)性。工程不僅可實(shí)現(xiàn)新能源就地消納、長時(shí)備電等應(yīng)用，還可實(shí)現(xiàn)電、熱、氫、氧的清潔供應(yīng)，滿足島內(nèi)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(wǎng)絡(luò)化與規(guī)模化應(yīng)用提供示范樣板。
【專訪】
圍繞氫儲能技術(shù)及應(yīng)用，《亮報(bào)》對全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司電力電子研究所副所長徐桂芝進(jìn)行了專訪。
《亮報(bào)》：據(jù)了解，美國、日本、德國等國家非常重視氫能發(fā)展，多年前開始出臺各項(xiàng)政策?，F(xiàn)在這些國家的氫儲能技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)展如何？
徐桂芝：當(dāng)前，美國、日本、德國等國依據(jù)本國實(shí)際情況大力培育各自的氫儲能產(chǎn)業(yè)，制定詳細(xì)的發(fā)展路線圖，發(fā)布?xì)淠芟嚓P(guān)的產(chǎn)業(yè)政策。
美國氫能及燃料電池技術(shù)和市場全球領(lǐng)先，并具有完善的氫能技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈。目前美國每年氫氣產(chǎn)量超過1000萬噸，約占全球供應(yīng)量的15%。美國Proton公司研制的PEM制氫設(shè)備已實(shí)現(xiàn)商品化，應(yīng)用到多個(gè)風(fēng)電制氫場中。
日本在儲運(yùn)氫、燃料電池技術(shù)及商業(yè)化應(yīng)用方面世界領(lǐng)先，尤其重視家庭用燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)發(fā)展。以家庭管道燃?xì)猬F(xiàn)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(lián)供安裝量已超5萬臺/年，價(jià)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(yùn)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(fā)展路線，2020年發(fā)布《德國國家氫能戰(zhàn)略》，明確了“綠氫”的優(yōu)先地位，目標(biāo)是2030年前將電解綠氫產(chǎn)能提高至5吉瓦，2040年達(dá)到10吉瓦。
總體上看，美國、日本、德國等國家已經(jīng)將氫能技術(shù)上升為重要的國家戰(zhàn)略，在技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)培育等方面正加快推進(jìn)。
《亮報(bào)》：在氫儲能研究及應(yīng)用方面，我國主要取得了哪些方面的成就？下一步，還將實(shí)現(xiàn)哪些方面的重點(diǎn)突破？
徐桂芝：我國在氫儲能領(lǐng)域取得了長足發(fā)展，在制氫、儲氫及氫燃料電池方面具有專業(yè)化、有國際影響力的研究隊(duì)伍，形成了一大批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)、新材料和新工藝。燃料電池電堆國產(chǎn)化程度大幅提高，培養(yǎng)了一大批具備核心技術(shù)的企業(yè)；在氫儲能研究向?qū)嶋H應(yīng)用發(fā)展方面，取得了重要的突破，國內(nèi)已研制出百千瓦級制氫及氫利用設(shè)備，并啟動(dòng)兆瓦級示范應(yīng)用。
目前，我國氫儲能領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)與國際先進(jìn)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(guān)鍵部件/材料國產(chǎn)化水平；應(yīng)用方面還需進(jìn)一步完善基礎(chǔ)設(shè)施和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提升氫電互動(dòng)水平，降低綠氫制取成本等。
未來，應(yīng)以實(shí)現(xiàn)氫儲能技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用為最終目標(biāo)，突破氫儲能關(guān)鍵材料、部件在服役過程中的基礎(chǔ)問題，攻克關(guān)鍵材料、部件及裝備共性關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)核心部件及設(shè)備自主化研發(fā)，突破波動(dòng)性能源電制氫、氫燃料電池冷熱電聯(lián)供、氫能主動(dòng)支撐電網(wǎng)運(yùn)行等核心技術(shù)，開展電氫融合能源樞紐及氫能綜合利用示范，實(shí)現(xiàn)區(qū)域清潔能源、電網(wǎng)、氫能協(xié)同運(yùn)行，提高能源利用效率，促進(jìn)清潔能源消納。
來源：亮報(bào)
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