氫氣儲能與清潔能源協同開發投資展望

中非發展基金 劉林海

能源是國民經濟和社會發展的基礎，是人類社會賴以生存和發展的重要物質保障，當今世界各國都十分重視能源安全戰略。根據國家規劃，預計到“十四五”末新能源將成為各地的主力電源，可再生能源發電裝機占電力總裝機的比例將超過50%，到2030年風電和光伏的裝機將不低于12億千瓦，這意味著電網系統至少需要匹配2億千瓦的儲能。但新能源發電“靠天吃飯”，具有隨機性、波動性和間歇性的特點，而隨著風光在未來的大規模高比例并網，如何保障電力穩定供應并實現高水平消納利用成為關鍵難題。

解決方案就是“新能源+儲能”，到2025年新能源成為全國電力裝機增量的主體能源，新能源裝機比重超過50%。推進源網荷儲一體化、風光火儲一體化綜合應用示范。研究氫氣儲能在電力開發當中的應用，并挖掘其未來發展潛力和投資的可行性，能夠進一步促進可再生能源的大規模投資建設的同時，促進我國能源生產的多元化，解決的是電網不穩定、不平衡的問題。

1 氫氣儲能市場現狀

自1776年英國化學家和物理學家卡文迪什發現氫氣以來，人類對氫氣的各種性質進行了不斷深入研究。迄今為止，氫氣是人類了解和掌握其性質最為透徹的物質之一。氫是一種靈活的燃料，可用于各種應用，燃燒時不會釋放任何溫室氣體，與石油或煤炭相比氫氣屬于二次能源。據推算，如海水中的氫元素能全部提取出來并產生熱量，其數值相當于地球上探明的所有化石燃料熱值總和的9000倍，是人類取之不盡用之不竭的“氫礦”。它更適合被看成一種像電一樣的能量載體，或像電池一樣的存儲工具。

如果把電力比作牛奶，那氫能就是奶酪。氫能的一個重要應用就是氫儲能發電，可以用來解決電網削峰填谷、新能源穩定并網，提高電力系統的安全性、可靠性、靈活性，并大幅降低碳排放，推進智能電網和節能減排、資源可持續發展戰略。

1.1 全球氫能產業加速發展

目前，氫能已成為許多經濟體碳中和投資計劃中的核心要素。世界各國正圍繞快速擴大清潔技術的規模的需求積極采取行動，截至2021年初全球已有30多個經濟體發布氫能路線圖。新任美國能源部長詹妮弗·格蘭霍姆曾表示，清潔氫能將是游戲規則的改變者，有助于高污染的重工業部門脫碳，同時提供高薪的清潔能源工作，并在2050年實現凈零排放，“這是我們這一代人的登月計劃！”。

國際氫能委員會近期報告顯示，自2021年2月以來全球范圍內啟動了131個大型氫能開發項目，預計2030年全球氫能領域投資總額將達5000億美元。世界能源理事會預計2050年氫能在全球終端能源消費量中的占比可達25%，產生2.5萬億美元的直接收入。屆時，全球平均氫能發電量占總發電量的8%～9%，基本與風力和太陽能發電的總量持平。而日本的氫能發電量則占總發電量的78%，成為最主要的發電方式，是利用氫能發電最多的國家。歐洲和北美則緊隨日本之后，氫能發電量占總發電量的51%和42%，與風力發電并行成為國內最主要的發電方式。中國也會成為氫能發電的主要國家之一，占比將會達到20%。國際能源署預測，到2070年全球氫氣需求將達5.2億噸。

圖1 風力發電制氫

圖2 中國氫能產業基礎設施發展技術路線圖

當前，美國生產的氫氣約占世界的七分之一，主要用于煉油廠和生產化肥用氨。美國的首要目標是發展氫能技術并降低開發成本，到2030年將清潔氫的成本從每公斤5美元降到1美元，即下降80%。但是氫氣可能是減少一些最難脫碳活動排放的關鍵，例如工業生產過程、煉鋼、季節性為電網儲存清潔能源以及為長途、重型車輛提供動力。

1.2 我國氫能發展前景

中國氫能聯盟預計，到2025年我國氫能產值將達1萬億元；到2050年氫能在我國能源體系中占比將超過10%，產業鏈產值將達12萬億元。2020年以來我國出臺了一系列氫能相關政策，使我國氫能發展政策框架得到進一步完善。氫能產業化和規?；l展是國家能源產業化頂層設計中的重要課題。通過技術創新，降低氫燃料相關零部件和產業鏈成本，解決高壓儲氫技術、大幅降低氫能儲存成本、提高儲氫能效，是當前我國氫能產業化頂層設計中無法回避的問題。

氫能產業鏈當中涉及到有關于制氫、儲氫、運氫、氫氣利用等多個環節，并且在不同地區之間的側重點有所不同，缺乏統籌規劃，出現盲目投資、重復建設、或是引進技術水平較低的現象。因此，需要積極促進各區域間高效協作，形成核心產業，協同攻關創新技術，高效整合利用資源，結合不同城市中所呈現的資源優勢，最終達到協同發展目標。

同時，注重產業鏈發展過程當中的綠色制氫技術的發展，解決目前電解水制氫技術的低效率問題，并同時解決石化制氫技術的碳排放污染現象，注重清潔能源的制氫技術應用，發展可再生能源的制氫，與共同發展之間形成協同效應尤為重要。利用富余的風光電能進行制氫，能夠降低制備成本、提升經濟性，并同時提升清潔能源使用效率，避免放棄以往的風電、光電能源使用造成盈利損耗?；跉錃獍l電效果下的時間與空間維度解耦，能夠以靈活可控的新能源發電效果促進制氫技術的綠色發展。

2 氫能產業發展瓶頸

數據表明，我國現有工業制氫產能達到2500萬噸，穩居全球第一；而每年水、風、光限電約1000億千瓦時，理論上可電解制氫200萬噸。但我國氫能產業還在發展初期，各個工業制氫產區的氫氣目前以就近消納為主。氫能儲運技術關系到氫氣能否被高效利用，是限制氫能大規模發展和產業化的重要瓶頸，成為氫能推廣的重點和難點之一。

此外，氫能作為典型的二次能源，無論是通過煤制氫、甲烷重整等傳統方式獲得，還是利用可再生能源制氫等新興技術，成本是一個繞不開的話題。資料顯示，化石能源重整和可再生能源制氫的能量轉化率均超過70%，差異不大，但在實際應用中化石能源獲得成本比風電、光伏發電低得多，導致最終制氫成本不到可再生能源制氫的一半。

可再生能源制氫若想達到目前煤炭、天然氣重整制氫的平均能效，除了降低發電成本外，還要提高風電、光伏發電轉化效率，單個項目配建風、光電站裝機量需達到數百兆瓦甚至更多，才能保證足夠的電力輸出。雖然目前成本較高，但可再生能源制氫具有環保比較優勢，經過技術的不斷迭代更新，國家給與足夠力度政策扶持，氫能將助力我國實現雙碳目標。

3 政策建議

圖3 各制氫方法基本指標比較

3.1 加強頂層設計，支持企業研發

進一步突出體系化設計、系統化布局，著力構建推動新能源經濟發展的“四梁八柱”，對“十四五”時期我國氫能發展作出整體性部署。

一是突出發揮氫能要素價值。氫能作為新的電力能源，是發展新能源體系的關鍵，要進一步完善體制機制，加強統籌協調，有效調動各方面的積極性，進一步激活要素潛能；二是帶動產業提質增效。以氫能技術更好地驅動產業轉型為發展重點，從骨干企業、重點行業、產業園區和產業集群等方面進行系統部署，促進創新要素整合共享，不斷激發新能源發展新動能。

三是促進經濟循環暢通。進一步發展新能源普惠化的服務，針對發展不平衡問題，通過提升新能源供給水平，以新供給進一步拉動新能源消費，助力供給側結構性改革，促進加快構建以國內大循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展格局；四是規范健康持續發展。努力把握我國新能源發展的階段性特征，對健全完善治理體系、強化安全保障能力等進行系統部署，堅持在發展中守住安全底線，確保安全有序、規范健康發展。

3.2 完善配套設施，發展綜合效益

一是優化升級氫能基礎設施。加快氫能網絡建設，有序推進基礎設施智能升級；二是大力推進新能源轉型。加快電力系統新能源轉型升級，全面深化重點行業、產業園區雙碳轉型，培育轉型支撐服務生態；三是加快推動氫能產業化。增強關鍵技術創新能力，加快培育新業態新模式，營造繁榮有序的創新生態；四是提升氫能公共服務水平。提升新能源普惠水平，推動網源荷儲、風光火儲融合發展，打造智慧共享的新型能源生活方式。

五是完善氫能新能源經濟治理體系。強化協同治理和監管機制，增強政府治理能力，推進完善多元共治新格局；六是強化氫能經濟安全體系。增強氫能網絡安全防護能力，提升重要氫能安全保障水平，有效防范系統性風險；七是拓展氫能經濟國際合作。提高能源利用效率需各國合作，科學是終極外交官。加快貿易化發展，推動區域能源互聯網深入發展，營造良好的國際合作環境。

3.3 加強統籌協調，促進氫能經濟

一是加強統籌協調和組織實施。建立新能源經濟發展部際協調機制，加強形勢研判，協調解決重大問題，務實推進規劃的貫徹實施；二是加大資金支持力度。加大對氫能經濟薄弱環節的投入，突破制約氫能經濟發展的短板與瓶頸，建立支持氫能經濟發展的長效機制；三是提升全民新能源素養和技能。通過實施全民新能源素養與技能提升計劃、推進中小學新能源技術課程建設、制定實施新能源技能提升專項培訓計劃等，加快提高公民新能源文明素養，加強氫能人才培養。

四是實施試點示范。統籌推動新能源經濟試點示范，完善創新資源高效配置機制，構建引領性新能源經濟產業集聚高地，探索形成一批適應新能源經濟發展的經驗做法和制度性成果，形成以點帶面的良好局面；五是強化監測評估。要加強對《規劃》落實情況的跟蹤監測、成效分析，抓好重大任務推進實施，及時總結工作進展。

4 結語

2020年，習近平總書記代表中國宣布將力爭于2030年前達到碳排放峰值，努力爭取于2060年前實現碳中和。作為世界上最大的能源消費國和碳排放國，同時又是最大的可再生能源生產國，及電動汽車制造與使用量全球領先的國家，中國既是全球氣候挑戰的一部分，也是其解決方案的重要組成部分。

在此全球能源轉型的大背景下，太陽能、風能大量接入將改變電力系統結構，可再生能源發電比例長期將逐步提高至80%，電網側將實現靈活擴容、靈活接入、靈活結構。通過投資氫能技術示范項目實現能源轉型是實現雙碳目標的路徑選擇之一，對氫氣儲能技術的電力開發應用進行研究，發掘出其未來發展的市場潛力，進而促進我國可再生資源大規模投資建設，促進能源資源的可持續發展，對于我國的能源轉型發展以及國民經濟增長等具有積極的助推作用。