风光氢储助力构建新型能源体系

□ 吴昊

 

日前，首届中国产业发展高层论坛在北京召开。中国能源研究会常务理事李俊峰指出，能源转型的目标就是实现可再生能源对化石能源的替代。在未来的新增电力构成中，风光发电的占比将会由2020年的10%左右分别提高至2025年的16%、2030年的25%、2050年的50%和2060年的60%以上。

以新能源逐渐替代传统能源为核心的能源变革，不仅是我国实现“双碳”目标、保障能源安全供给的重要抓手，也是当前经济和产业转型升级的重要组成部分。在这场能源变革中，快速提升可再生能源消费占比，构建以新能源为主体的新型电力系统，并逐步向氢电耦合的能源体系过渡，将是必经之路。

构建多元绿色低碳供应结构

在“双碳”目标引领下，我国能源变革正快速推进。2022年，我国可再生能源发电装机规模达到12.13亿千瓦，占发电总装机的47.3%，年发电量2.7万亿千瓦时，占全社会用电量31.6%，相当于欧盟2021年全年用电量。电力规划设计总院原院长谢秋野表示：“过去10年，我国非化石能源消费比重从9.7%提高到17.5%，增幅是世界同期平均水平的2.1倍。”

谢秋野指出，未来要构建多元绿色低碳电源供应结构。他认为，为实现“双碳”目标，需要大力发展非化石能源发电，2030年非化石能源消费比重应达到25%，2060年达到80%以上。“未来，新能源将成为绿色电力供应的主力军，预计2040年左右新能源装机占比将超过50%，2060年新能源发电量占比将超过50%。”

“发展新能源是保障我国能源安全的必然选择。”国家电力调度控制中心原副总工程师裴哲义表示，随着能源需求稳步增长和煤炭消费占比高、油气对外依存度高、单位产值平均能耗高等“三高”问题影响日益突出，我国能源电力发展面临保障持续稳定供应和加快清洁低碳转型的双重挑战。他强调，大力发展新能源，是破解能源安全难题的关键之一。

裴哲义同时指出，发展新能源也是实现减排目标、应对气候变化的重要途径。“从行业来看，能源电力领域碳减排任务艰巨，是我国碳减排的‘主战场’。”他认为，随着电能替代深入推进，电力行业还要承接工业、交通、建筑等领域转移的能源排放，电源结构清洁化转型势在必行。

对此，国家发展改革委能源研究所可再生能源发展中心副主任任东明指出，在保障我国能源安全可靠的条件下，要通过推动绿色、低碳为主要特征的新能源技术创新，构建以非化石能源产业为主体的新型能源体系，实现能源生产和消费方式的绿色转型，助力“双碳”目标的实现。他表示，未来，可再生能源、核能、新型储能、绿色氢能、碳捕集利用与封存、能源数字化智慧化、新型电力系统等产业将实现融合发展。

新型电力系统是能源转型关键

随着新能源占比的持续提升，构建电力系统的任务也逐渐提上日程。“高比例风光发电是新型电力系统的基本特征。”李俊峰指出，构建以新能源为主体的新型电力系统是能源转型的关键，而新型电力系统需要支持高比例风光发电安全、稳定、可靠的运行。

在华北电力大学教授、氢能技术创新中心主任、中国产业发展促进会氢能分会专家委员会委员刘建国看来，新型电力系统具备安全高效、清洁低碳、柔性灵活、智慧融合四大重要特征。新型电力系统是以确保能源电力安全为基本前提，以满足经济社会高质量发展的电力需求为首要目标，以高比例新能源供给消纳体系建设为主线任务，以源网荷储多向协同、灵活互动为坚强支撑，以坚强、智能、柔性电网为枢纽平台，以技术创新和体制机制创新为基础保障的新时代电力系统。

“随着新能源的快速发展，新能源装机已成为我国第二大电源。”裴哲义表示，在一些地区，新能源已成为第一大电源，如冀北、甘肃、青海。同时，在近20个省区，新能源已成为第二大电源。他强调，有的电网新能源发电渗透率超过40%，对电网安全稳定的影响日益突出。

面对这一趋势，储能在电力系统中发挥的作用日益明显，储能的发展也不断加快。裴哲义指出，截至2023年6月底，中国已投运电力储能项目累计装机70.2吉瓦，同比增长44%。他认为，“以电化学为代表的新型储能具备双向毫秒级快速调控能力，在电力系统灵活性调节、紧急功率支撑、事故备用等方面能够发挥巨大作用，是应对电力电量平衡与安全稳定难题的有效手段。”

对于储能的规模化布局，谢秋野指出，要结合系统需求及技术经济性，积极拓展新型储能在源、网、荷各侧应用场景。依托系统友好型新能源电站、基地化新能源开发外送等模式布局电源侧储能，统筹布局电网侧独立储能及电网功能替代性储能，依托源网荷储一体化等模式灵活发展用户侧储能。

氢电耦合或将是理想能源体系

在构建新型电力系统的进程中，通过氢能的发展，形成氢电耦合的未来能源体系，将是能源转型新的方向，尤其是发展可再生能源电制氢的绿氢，可以有效促进可再生能源的消纳。其中，利用低谷期富余的新能源电能进行电解水制氢并储存，到用电高峰期时利用氢能发电的“氢储能”模式，在未来有着广阔的发展前景。

在刘建国看来，“绿电+绿氢”氢电耦合将是理想的能源体系。绿电可通过绿氢实现储存、运输，实现氢电耦合。“双碳”目标下，绿氢在电力系统具有其它能源产品无法替代的独特作用。可再生能源电制氢是未来氢能发展的主要方向，将应用于新型电力系统“源、网、荷”各环节，呈现氢电耦合发展态势。

同时，刘建国还指出，绿氢可以为脱碳困难行业提供脱碳方案，其主要优点是电解水过程中，电消耗量来自可再生能源，与传统化石燃料制氢相比，在碳减排方面具有显著优势。因此，发展可再生能源制氢，是推动交通、化工或钢铁等碳减排难度较大行业脱碳的重要解决方案。

“氢能的应用领域和场景具有很强的多样性，除了用作燃料，还可作为原料应用于多个领域进行深度脱碳，主要包括工业原料、工业供热、交通运输、住宅取暖、发电等。”刘建国预计，到2030年，供给侧绿氢比例为15%，风光制氢比例分别为7.5%，需求侧主要消费在工业领域的化工、钢铁和水泥行业；到2060年，供给侧绿氢比例达75%，光伏开发潜力大于风电，光伏比例占42.9%。需求侧中重型商用车氢能消费比例显著上升。

对于氢能在未来能源体系中的作用，李俊峰指出，能源革命的路径，可以归纳为“电氢”革命。他认为，在未来的“电氢体系”中，电的来源是以可再生能源为主，氢的来源则是以电制氢为主。氢的利用将包括燃料电池、直接燃烧、还原剂、氧化剂等直接利用方式，用于燃料和化肥的氢—氨转换，以及用于燃料和原料的碳氢转换。