queentt风、光、氢绿.se低碳新能源体系

queentt本文转自：光明日报

queentt作者：于冠一朱丽

queentt《光明日报》（2024年04月18日16版）

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queentt风能光能，绿.se能源遇到新问题

queentt新能源目前主要指光伏发电、风力发电以及二次能源如氢能等。风和光都是自然资源，取之不竭，用之不尽。

queentt风力发电原理是利用自然风带动风车叶片旋转，通过风力发电机将风能转化为电能；光伏发电则是依靠太阳光照射，根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。风、光发电都不使用燃料，不产生环境污染，属可再生的清洁能源。

我国的“三北”地区和沿海岛屿都是风能、太阳能资源丰富的地区。在实现“双碳”目标和能源转型的道路上，光伏发电、风电是最核心的技术，是重点发展的新兴产业。目前，我国已成为全球可再生能源生产和利用第一大国，其中，风电、光伏总装机容量分别连续13年、8年稳居全球首位。根据国家能源局数据，截至今年2月底，我国风电装机容量约4.5亿千瓦，太阳能发电装机容量约6.5亿千瓦。据专家预测，到2060年，我国风电、太阳能发电占比将超过50%，成为电量供应的主体。

随着风电和太阳能发电比例的快速上升，问题也随之而来。由于光伏发电完全依靠太阳光源，发电时间受到日出日落的影响，导致其发电的高峰期主要集中在白天，夜晚几乎处于停滞状态，不能满足傍晚及夜间对能源的需求高峰，此外，阴雨天气下，光伏发电效率也将显著下降。风力发电高峰则在一天中很不稳定。而无论是光伏还是风力发电，都会因季节的变化产生明显的差异。这些自然之力与生俱来的波动X、间歇X使得电力输出变得不可控、不稳定，最终导致供需失衡，给电网的安全运行带来严峻考验。随着大基地集中式风电、光伏装机大幅增加，风光发电量迅速增长，消纳压力也进一步增大。

我国能源资源分布不均衡，风、光等新能源大基地大多数集中于“三北”地区，能源消费地则主要集中于中东部地区。通过建设特高压、超高压等大型输电工程进行“西电东送”，成为最主流的方案。近两年，特高压交直流混电联网建设进度也在加快，对新能源消纳起到了一定的作用。除了外输通道建设，作为风电和光伏发电的重要配套设施，储能装机规模在近几年不断扩大。快速发展的储能设施以其优越的调节X能为电力系统提供了更多灵活X，实现风电和光伏平滑并网。但由于储能电站容量有限，利用风、光发电制氢是解决风光电大规模并网难、消纳难的有效途径。

氢能，国际能源领域新焦点

氢，元素周期表中的1号元素，广泛存在于空气、水、矿物燃料和各类碳水化合物中。氢气的X值很高，X同等质量的氢气所放出的热量是天然气的2.56倍，普通汽油的2.95倍，且不会产生对有害的污染物。氢能被认为是21世纪最具发展潜力的一种二次清洁能源。当今，氢的制取、储存、运输、应用技术成为全球关注的焦点。

根据氢气制取过程的碳排放强度，氢气被分为“灰氢”“蓝氢”和“绿氢”。“灰氢”是指通过化石燃料产生的氢气，在生产过程中有大量的二氧化碳排出，当前“灰氢”处于氢气市场的主流位置，约占全球氢气产量的95%左右；“蓝氢”是在“灰氢”的基础上利用碳捕集和封存技术，减少了碳排放，实现低碳制氢；“绿氢”是通过清洁能源发电进行电解水制氢，整个制氢过程零碳排放，被视为制氢的终极目标。目前，我国的氢气来源主要以化石燃料制氢和工业副产氢为主，占比超过80%。在绿.se低碳和能源转型的背景下，“绿氢”成为未来的关键氢气来源。目前，制“绿氢”的成本偏高，降低绿电价格、加强技术创新是降低“绿氢”成本的有效手段。

安全高效的氢储运技术是氢能应用的关键。氢气储存方式主要有气态储氢、液态储氢和固态储氢。氢气的输运方式主要有高压气态长管拖车运输、液氢槽罐车运输以及管道运输。当前，我国以高压气态储氢、长管拖车运输为主，适用于少量氢气、短距离运输的需要。管道输氢是实现氢气的大规模、长距离、安全经济的理想运输方式。液态储氢是在标准大气压下，将氢气冷冻至-253℃以下变为液体，然后将其保存在特制的真空绝热容器中。液态氢主要用于航天及军事领域，能耗较高。固态储氢是用一种固态的介质与氢气发生化学反应，从而存储氢气，在需要时释放出来，具有体积储氢密度高、安全X好、可长时存储、解决“绿电”与“绿氢”灵活转换的优势，但是现在尚处于技术攻关阶段。

氢能的用途广泛，是重要的工业原料和能源介质，被广泛应用于工业、交通和能源等领域。作为一种重要的工业原料，“绿氢”可用于替*化石燃料作为冶金、水泥和化工等工业领域的还原剂，消耗规模巨大。在建筑领域作为高品质热源，减少煤炭、天然气等化石能源的消耗；交通被视为氢能应用的先导领域，以氢燃料电池为动力，应用于汽车、船舶、铁路、航空等交通应用场景，实现使用端的零碳排放。在能源领域，氢能具备能源和储能的特点，助力可再生能源消纳和大规模、长周期的储能，用于发电调峰，解决了风光电不稳定的问题，提高了电网系统的灵活X和可靠X，从而保障能源安全和稳定。

氢储能，新能源+储能的重要发展方向

储能是指通过介质或设备把能量存储起来，在需要时释放的过程。广义的储能包括所有能源的储存。我们所说的“储能”主要是狭义的对电能的储存，是针对可再生能源的不稳定而言的，通过将储能设施与风、光集成，当发电量太多时为储能设备充电平抑波峰，发电量不足时再由储能设备把电能释放出来。通过这种方式将风光发电的“靠天吃饭”变成“灵活可控”。

储能有多种类型，目前主流储能方式是抽水蓄能和电池储能。抽水蓄能必须在靠近水源的地方，对地理位置和水资源条件要求较高；电池储能适用于小功率、短周期、分布式储能。这两种方式都有较大的局限X，难以与可再生能源的规模化和永续发展的产业生态相匹配。从氢储能与其他储能的比较来看，电化学储能的容量是兆瓦级(MW)，储能时间1天以内；抽水蓄能容量是吉瓦级(GW)，储能时间1周~1个月；氢储能的容量是太瓦级(TW)，时间可达到1年以上。氢储能可跨区域、长距离储能。在能量转换方面，氢能可转换为电能、热能、化学能等多种形式的能源，兼具安全X、灵活X和规模X特质，在能量维度、时间维度、空间维度上均具有突出优势。

氢储能是以氢气为介质，利用电力和氢的互变X实现可再生能源高效储存及利用的技术。该技术用于调峰调频、电网削峰填谷、用户冷热电气联供、微电网等诸多场景。氢储能既能储电，又可以储氢及其衍生物（如氨、甲醇等）。利用电解水制氢气，用氢气作为中间载体，能上网的电接入电网，不能上网的电用于生产氢气。当电力输出不足时，用储存的氢气发电向电网供电，富余的氢气存储起来或转化为甲醇、氨气等化学衍生物，为交通、建筑和工业等终端部门提供动力燃料和化工原料。

在“十四五”规划纲要中，氢能与储能被列为前瞻谋划的六大未来产业之一。我国自2019年开始尝试氢储能，目前已经开展多个氢储能项目。随着氢燃料电池和电解槽技术逐渐成熟，氢储能凭借规模大、周期长、可跨区域储能等优势，成为“可再生能源+储能”的重要发展方向，氢储能项目正在全国“悄然开花”。但是，目前我国氢储能发展仍处于商业化初期阶段，氢储能的造价还处于高位，氢储能的应用整体上缺乏经济X。创新发展氢储能技术，进一步拓展氢储能应用场景，构建电氢融合能源体系，是氢储能突破成本掣肘的关键。

推动多能源互联互济与源网荷储协同，是未来新能源体系的一个发展方向。笔者认为，电氢融合能够有机结合电能与氢能优势特X，是解决“双碳”问题的重要路径，而氢能作为连接多种不同能源形式的桥梁，未来将与电力系统产生更多的耦合关系，进一步推动新型电力系统建设。

而面对氢能在新型电力系统中的应用仍面临诸多挑战的情况，研究者们也在积极出谋划策。例如，针对我国能源资源与能源需求空间分布不均衡、产能与用能错位的情况，我们建议针对新能源大基地建设，鼓励就近消纳，优先发展制氢产业；利用西电东送，在靠近负荷中心的地方制氢，就地储存，就地利用；就地利用与大规模、长距离储运相结合，集中式与分布式并举，保障整体资源的优化配置。针对“绿氢”的生产和储运成本较高的问题，降低绿电价格是降低“绿氢”成本最有效的手段，应鼓励发展风光微网或离网直接制氢，减少过网费、直交流和高低压变换环节，低成本高效率制取“绿氢”；新能源配送应尽可能利用现有的传输系统，以降低新型电力系统的投资与运行成本。

（作者：于冠一朱丽，分别系天津大学国家储能技术产教融合创新平台、APEC可持续能源中心副教授；天津大学国家储能技术产教融合创新平台副主任，APEC可持续能源中心主任、教授）

（本版图片均为光明图片/视觉中国）