加快發展氫能產業，是應對全球氣候變化、實現碳達峰、碳中和目標、保障國家能源安全和實現經濟社會高質量發展的戰略選擇。據中國氫能聯盟預測，預計到2060年，氫能在終端能源消費中比重約為20%。
在技術、成本、政策等推動下，氫能作為連接可再生能源的紐帶和電力儲能介質成為可能，在以新能源為主體的新型電力系統中扮演著越來越重要的角色。
氫能在新型電力系統中的定位
隨著可再生能源裝機快速增長以及用戶側負荷的多樣性變化，電網面臨諸多問題與挑戰。在碳中和目標下，氫能作為新興零碳二次能源得到快速發展，為電力系統發展帶來了難得的機遇。
一是利用可再生能源電制氫，促進可再生能源消納。我國可再生能源發展領先全球，水、風、光裝機量均為世界第一，據國家能源局發布的2020年可再生能源并網運行情況可知，目前國內風電、光伏利用率分別為97%和98%，隨著大規模可再生能源的快速發展，其運行消納問題會進一步顯現，利用可再生能源制氫可有效提升我國可再生能源消納水平。
二是利用氫儲能特性，實現電能跨季節長周期大規模存儲。電化學儲能存在儲能時間短，容量規模等級小等不足，目前主要用于電網調頻調峰、平滑新能源出力波動性，實現小時級別的短周期響應與調節，而氫儲能具有儲能容量大、儲存時間長、清潔無污染等優點，能夠在電化學儲能不適用的場景發揮優勢，在大容量長周期調節的場景中，氫儲能在經濟性上更具有競爭力。
三是利用氫能電站快速響應能力，為新型電力系統提供靈活調節手段。基于PEM(質子交換膜)的電解水制氫裝備具有較寬的功率波動適應性，可實現輸入功率秒級、毫秒級響應，同時可適應10%—150%的寬功率輸入，為電網提供調峰調頻服務，提高電力系統安全性、可靠性、靈活性，是構建零碳電網和新型電力系統的重要手段。
四是推動跨領域多類型能源網絡互聯互通，拓展電能綜合利用途徑。氫能作為靈活高效的二次能源，在能源消費端可以利用電解槽和燃料電池，通過電氫轉換，實現電力、供熱、燃料等多種能源網絡的互聯互補和協同優化，推動分布式能源發展，提升終端能源利用效率。
電氫耦合的應用場景與分析
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。氫能發展的初衷是解決低碳和生態環保等問題，可再生能源電制氫是未來氫能發展的主要方向，將應用于新型電力系統“源、網、荷”各環節，呈現電氫耦合發展態勢。
一是應用于電源側。利用可再生能源綠色制氫技術，將風能、太陽能等可再生能源電力清潔高效地轉換為氫能，推動氫能在電源側與可再生能源耦合，促進大規模可再生能源消納，提高可再生能源利用率。
二是應用于電網側。利用氫能具有跨季節、長時間的儲能特性，發揮氫儲能作用，可積極參與電網調峰調頻輔助服務，提高電力系統安全性、可靠性、靈活性，實現能源跨地域和跨季節的能源優化配置。
三是應用于用戶側。通過氫燃料電池熱電聯供、區域電網調峰調頻及建筑深度脫碳減排的應用，可擴展氫能在終端用能領域的應用范圍和綜合能源業務發展，推動冷-熱-電-氣多能融合互補，提升終端能源效率和低碳化水平。
通過分析源側棄電制氫、網側氫儲能、負荷側利用特高壓通道直接制氫三大場景，可以看出，在源端利用富余風、光、水等可再生能源制氫，就地銷售到市場上可獲得較好收益，但是輸氫成本較高，長距離輸送到需求端不具備經濟性;在網側，氫儲能站通過參與電網輔助服務和售氫氧收入，具備一定的經濟性;從當前風電和光伏的整體建設上來看，西北地區具有豐富的風力和光伏資源，經濟發達的東南地區是重要的用氫需求地，綠氫的輸送通道和特高壓輸送通道基本重合，合理利用特高通道長途輸電，在負荷側通過特高壓通道直接制氫，在成熟的電力市場價格機制下，相比“源側電制氫+管道輸氫”應用場景，“特高壓輸電+負荷側制氫”在經濟上更具有競爭力。
氫能在新型電力系統應用挑戰及建議
氫能自身屬性使其具備跨時間和空間靈活應用的潛力，在應對氣候變化、全球能源轉型的大背景下，國際上普遍認為氫能將成為未來能源的重要載體。
但是，受技術、經濟性、標準化等因素的影響，氫能在新型電力系統中的應用仍面臨諸多挑戰：一是缺少電氫耦合的激勵政策與電氫協同規劃。氫能已被國家作為中長期科學和技術發展的重點研究方向，也出臺了諸多氫能產業發展的相關政策，氫能被明確納入“新型儲能”，但還有待進一步明確在新型電力系統中的定位，缺少相應的激勵配套政策，氫能與電網規劃缺乏跨領域協同;二是氫能裝備部分零部件卡脖子問題和電氫耦合關鍵技術有待突破。核心材料催化劑、質子交換膜以及儲氫材料的開發和生產企業較少，國內廠家的技術水平與國際先進水平有一定差距，需要鼓勵國內自主技術的快速迭代和提升，同時氫能與電力系統耦合的關鍵技術研究較少，在氫能與電網規劃、風光耦合的波動性制氫、適用于電力系統的高密度儲氫、電氫耦合運行控制、氫能應用安全等方向還需進一步研究;三是綠氫生產成本較高，氫儲能的經濟性尚未顯現。當前可再生能源生產的綠氫價格比灰氫高兩到三倍，電制氫與燃料電池效率還有待提升;四是電氫耦合標準體系有待完善。目前，可再生能源制氫、電力系統儲氫、電氫耦合運行控制、氫燃料電池發電與熱電聯供方面標準體系還存在體系不健全甚至空白等問題，制約了氫能產業發展。
因技術瓶頸和經濟性等原因，氫能當前還不具備大規模推廣的條件，建議示范先行，隨著技術的進步與產業的成熟，逐步推廣，有序發展。針對電氫耦合產業發展存在的問題，建議從頂層設計、跨專業聯合攻關、標準化工作、示范建設加強布局。
一是加快推進電氫協同和頂層政策設計。建議氫能與新型電力系統建設相結合，針對電氫耦合發展，開展激勵政策設計，進行應用引導和優化補貼;
二是加強跨專業聯合攻關及產學研協同研究。建議加強跨領域跨產業聯合攻關，突破關鍵技術和卡脖子技術。加強電氫基礎研究，培育電氫耦合跨專業聯合科研創新團隊建設，從產、學、研、用多方位協同加速推動電氫耦合產業發展。
三是建立健全電氫耦合標準體系。從風光可再生能源制氫、氫能電站、電氫耦合運行控制等方向，推進能源電力領域電氫耦合的標準化工作，構建并進一步完善氫能與電網耦合領域的標準體系，促進氫能在電力系統應用工程的標準化建設和規范化管理。
四是加快典型示范工程建設。圍繞綠氫生產基地，開展風光氫儲試驗和示范工程，提升可再生能源利用率;在新型電力系統建設的重點省市，建設氫儲能電站，參與電網靈活性調節;在國家氫能試點城市，重點在重卡、物流需求密集區，因地制宜建設分布式制氫和充電站融合綜合能源服務站，開展電氫耦合技術的工程化示范，打造電氫耦合精品示范工程。(閆華光 韓笑 康建東)
