绿色氢基能源是新型电力系统重要平衡调节参与力量

——“氢能科普”专题系列之六

□ 张益国 姜海 余官培

新型电力系统建设将根本改变目前我国化石能源为主的发展格局，全面实现电代煤、电代油、电代气，推动各产业用能形式向低碳化发展，以新能源为电量供给主体的电力资源与其他二次能源融合利用，构建多种能源与电能互联互通的能源体系。绿色氢基能源作为清洁优质的二次能源，可以与电能相互转化，既消费电能又生产电能，是新型电力系统重要的平衡调节参与力量，能够解决可再生能源电力消纳、火电低碳转型、跨季节长时储能等问题，并提供“双碳”目标下电力系统的可选解决方案。

绿色氢基能源是可再生能源的能量载体，具备“过程性能源”与“含能体能源”双重属性，可以应用在诸多领域。可再生能源结合电解槽技术，作为具备灵活调节能力的可调负荷响应，能够实现可再生能源发电的充分消纳。通过构建“电-氢”耦合体系不仅有助于电力系统的稳定，也能实现绿色能源以氢的形式向氨、醇等领域拓展，实现可再生能源非电消纳。

在构建新型电力系统的新形势下，大规模、高比例、市场化、高质量成为可再生能源发展的新特征新要求。氢基能源与可再生能源进行耦合，通过规模化、一体化开发实现优势互补，可以有效解决可再生能源的波动性和不稳定性问题，提高可再生能源消纳能力，是新时期可再生能源高质量跃升发展的重要路径。

新能源逐步成为能源供应的主体后，构建新型电力系统面临的关键问题是如何实现电力的可靠供应。新能源发电具有随机性、波动性、季节不均衡性等特性，这给电力系统的稳定运行带来了挑战。为了应对这一挑战，需要发展不同功能定位的储能技术，以实现不同时间尺度上的功率与能量平衡。

氢基能源储能是一种新型的能源储存技术，旨在解决特定环境下的能源存储需求。其核心原理是将水电解得到氢气，利用富余的、非高峰的或低质量的电力大规模制氢，将电能转化为氢能储存起来，也可以将氢气进一步合成氨或甲醇，以氨或醇这种更方便储存的形态进行长时间存储。

氢储能技术基于“氢-电”转化，通过储氢、储氨、储醇等方式，实现能量的长时储存和调节，与其他储能技术如抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能、飞轮储能以及熔岩储能相比，氢储能技术能够完全实现跨季节性的长时储能，为能源存储领域带来新的解决方案。

目前，常用的储能技术受自身特点制约，还无法完全满足未来电力系统长时储能的需求，亟需更为有效的储能方案解决系统的长时储能问题。

以储能技术中最为成熟，应用规模最为广泛的抽水蓄能为例，假设全国抽蓄规模达到8亿千瓦，平均储能时长6小时，但其总储能量仅为48亿千瓦时，占2023年日平均社会用电量252.6亿千瓦时的19%，无法满足系统对长时储能要求。

煤电掺氨和气电掺氢技术在实现长时储能的前提下，其度电成本相比于其它储能方式的成本已经进入可竞争区间。煤电掺氨在氨价3000元/吨测算条件下，度电成本为1.47元/千瓦时（利用小时数5000小时）、1.49元/千瓦时（利用小时数3000小时）；气电掺氢在氢价3万元/吨测算条件下，度电成本为1.47元/千瓦时。未来预计煤电掺氨和气电掺氢的度电成本还将进一步降低，分别有望降至0.61元/千瓦时~0.63元/千瓦时和0.77元/千瓦时。同时，氢燃料电池在氢价1.5万元/吨测算条件下，度电成本为0.94元/千瓦时，氢热电联供的度电成本为0.62元/千瓦时，也具备较好的经济性。

煤电掺氨、气电掺氢、燃料电池相较于电化学储能均具有成本优势，并可实现跨日、跨月、跨季节的长时储能。因此，氢基能源储存可以被认为是集中式、大规模、长周期、跨季节的最佳储能方式之一。通过深度融合电解水制氢（氨、醇）和可再生能源，充分发挥两者的优势和互补性，可再生能源为氢基能源的生产提供电力，同时将氢基能源作为可再生能源的储能方式，可以提高电力系统灵活调节能力，解决大基地新能源电力消纳问题，打造更加完善和可持续的绿色能源体系。

（作者单位：水电水利规划设计总院）