氢气储能与清洁能源协同开发投资展望

中非发展基金 刘林海

能源是国民经济和社会发展的基础，是人类社会赖以生存和发展的重要物质保障，当今世界各国都十分重视能源安全战略。根据国家规划，预计到“十四五”末新能源将成为各地的主力电源，可再生能源发电装机占电力总装机的比例将超过50%，到2030年风电和光伏的装机将不低于12亿千瓦，这意味着电网系统至少需要匹配2亿千瓦的储能。但新能源发电“靠天吃饭”，具有随机性、波动性和间歇性的特点，而随着风光在未来的大规模高比例并网，如何保障电力稳定供应并实现高水平消纳利用成为关键难题。

解决方案就是“新能源+储能”，到2025年新能源成为全国电力装机增量的主体能源，新能源装机比重超过50%。推进源网荷储一体化、风光火储一体化综合应用示范。研究氢气储能在电力开发当中的应用，并挖掘其未来发展潜力和投资的可行性，能够进一步促进可再生能源的大规模投资建设的同时，促进我国能源生产的多元化，解决的是电网不稳定、不平衡的问题。

1 氢气储能市场现状

自1776年英国化学家和物理学家卡文迪什发现氢气以来，人类对氢气的各种性质进行了不断深入研究。迄今为止，氢气是人类了解和掌握其性质最为透彻的物质之一。氢是一种灵活的燃料，可用于各种应用，燃烧时不会释放任何温室气体，与石油或煤炭相比氢气属于二次能源。据推算，如海水中的氢元素能全部提取出来并产生热量，其数值相当于地球上探明的所有化石燃料热值总和的9000倍，是人类取之不尽用之不竭的“氢矿”。它更适合被看成一种像电一样的能量载体，或像电池一样的存储工具。

如果把电力比作牛奶，那氢能就是奶酪。氢能的一个重要应用就是氢储能发电，可以用来解决电网削峰填谷、新能源稳定并网，提高电力系统的安全性、可靠性、灵活性，并大幅降低碳排放，推进智能电网和节能减排、资源可持续发展战略。

1.1 全球氢能产业加速发展

目前，氢能已成为许多经济体碳中和投资计划中的核心要素。世界各国正围绕快速扩大清洁技术的规模的需求积极采取行动，截至2021年初全球已有30多个经济体发布氢能路线图。新任美国能源部长詹妮弗·格兰霍姆曾表示，清洁氢能将是游戏规则的改变者，有助于高污染的重工业部门脱碳，同时提供高薪的清洁能源工作，并在2050年实现净零排放，“这是我们这一代人的登月计划！”。

国际氢能委员会近期报告显示，自2021年2月以来全球范围内启动了131个大型氢能开发项目，预计2030年全球氢能领域投资总额将达5000亿美元。世界能源理事会预计2050年氢能在全球终端能源消费量中的占比可达25%，产生2.5万亿美元的直接收入。届时，全球平均氢能发电量占总发电量的8%～9%，基本与风力和太阳能发电的总量持平。而日本的氢能发电量则占总发电量的78%，成为最主要的发电方式，是利用氢能发电最多的国家。欧洲和北美则紧随日本之后，氢能发电量占总发电量的51%和42%，与风力发电并行成为国内最主要的发电方式。中国也会成为氢能发电的主要国家之一，占比将会达到20%。国际能源署预测，到2070年全球氢气需求将达5.2亿吨。

图1 风力发电制氢

图2 中国氢能产业基础设施发展技术路线图

当前，美国生产的氢气约占世界的七分之一，主要用于炼油厂和生产化肥用氨。美国的首要目标是发展氢能技术并降低开发成本，到2030年将清洁氢的成本从每公斤5美元降到1美元，即下降80%。但是氢气可能是减少一些最难脱碳活动排放的关键，例如工业生产过程、炼钢、季节性为电网储存清洁能源以及为长途、重型车辆提供动力。

1.2 我国氢能发展前景

中国氢能联盟预计，到2025年我国氢能产值将达1万亿元；到2050年氢能在我国能源体系中占比将超过10%，产业链产值将达12万亿元。2020年以来我国出台了一系列氢能相关政策，使我国氢能发展政策框架得到进一步完善。氢能产业化和规模化发展是国家能源产业化顶层设计中的重要课题。通过技术创新，降低氢燃料相关零部件和产业链成本，解决高压储氢技术、大幅降低氢能储存成本、提高储氢能效，是当前我国氢能产业化顶层设计中无法回避的问题。

氢能产业链当中涉及到有关于制氢、储氢、运氢、氢气利用等多个环节，并且在不同地区之间的侧重点有所不同，缺乏统筹规划，出现盲目投资、重复建设、或是引进技术水平较低的现象。因此，需要积极促进各区域间高效协作，形成核心产业，协同攻关创新技术，高效整合利用资源，结合不同城市中所呈现的资源优势，最终达到协同发展目标。

同时，注重产业链发展过程当中的绿色制氢技术的发展，解决目前电解水制氢技术的低效率问题，并同时解决石化制氢技术的碳排放污染现象，注重清洁能源的制氢技术应用，发展可再生能源的制氢，与共同发展之间形成协同效应尤为重要。利用富余的风光电能进行制氢，能够降低制备成本、提升经济性，并同时提升清洁能源使用效率，避免放弃以往的风电、光电能源使用造成盈利损耗。基于氢气发电效果下的时间与空间维度解耦，能够以灵活可控的新能源发电效果促进制氢技术的绿色发展。

2 氢能产业发展瓶颈

数据表明，我国现有工业制氢产能达到2500万吨，稳居全球第一；而每年水、风、光限电约1000亿千瓦时，理论上可电解制氢200万吨。但我国氢能产业还在发展初期，各个工业制氢产区的氢气目前以就近消纳为主。氢能储运技术关系到氢气能否被高效利用，是限制氢能大规模发展和产业化的重要瓶颈，成为氢能推广的重点和难点之一。

此外，氢能作为典型的二次能源，无论是通过煤制氢、甲烷重整等传统方式获得，还是利用可再生能源制氢等新兴技术，成本是一个绕不开的话题。资料显示，化石能源重整和可再生能源制氢的能量转化率均超过70%，差异不大，但在实际应用中化石能源获得成本比风电、光伏发电低得多，导致最终制氢成本不到可再生能源制氢的一半。

可再生能源制氢若想达到目前煤炭、天然气重整制氢的平均能效，除了降低发电成本外，还要提高风电、光伏发电转化效率，单个项目配建风、光电站装机量需达到数百兆瓦甚至更多，才能保证足够的电力输出。虽然目前成本较高，但可再生能源制氢具有环保比较优势，经过技术的不断迭代更新，国家给与足够力度政策扶持，氢能将助力我国实现双碳目标。

3 政策建议

图3 各制氢方法基本指标比较

3.1 加强顶层设计，支持企业研发

进一步突出体系化设计、系统化布局，着力构建推动新能源经济发展的“四梁八柱”，对“十四五”时期我国氢能发展作出整体性部署。

一是突出发挥氢能要素价值。氢能作为新的电力能源，是发展新能源体系的关键，要进一步完善体制机制，加强统筹协调，有效调动各方面的积极性，进一步激活要素潜能；二是带动产业提质增效。以氢能技术更好地驱动产业转型为发展重点，从骨干企业、重点行业、产业园区和产业集群等方面进行系统部署，促进创新要素整合共享，不断激发新能源发展新动能。

三是促进经济循环畅通。进一步发展新能源普惠化的服务，针对发展不平衡问题，通过提升新能源供给水平，以新供给进一步拉动新能源消费，助力供给侧结构性改革，促进加快构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局；四是规范健康持续发展。努力把握我国新能源发展的阶段性特征，对健全完善治理体系、强化安全保障能力等进行系统部署，坚持在发展中守住安全底线，确保安全有序、规范健康发展。

3.2 完善配套设施，发展综合效益

一是优化升级氢能基础设施。加快氢能网络建设，有序推进基础设施智能升级；二是大力推进新能源转型。加快电力系统新能源转型升级，全面深化重点行业、产业园区双碳转型，培育转型支撑服务生态；三是加快推动氢能产业化。增强关键技术创新能力，加快培育新业态新模式，营造繁荣有序的创新生态；四是提升氢能公共服务水平。提升新能源普惠水平，推动网源荷储、风光火储融合发展，打造智慧共享的新型能源生活方式。

五是完善氢能新能源经济治理体系。强化协同治理和监管机制，增强政府治理能力，推进完善多元共治新格局；六是强化氢能经济安全体系。增强氢能网络安全防护能力，提升重要氢能安全保障水平，有效防范系统性风险；七是拓展氢能经济国际合作。提高能源利用效率需各国合作，科学是终极外交官。加快贸易化发展，推动区域能源互联网深入发展，营造良好的国际合作环境。

3.3 加强统筹协调，促进氢能经济

一是加强统筹协调和组织实施。建立新能源经济发展部际协调机制，加强形势研判，协调解决重大问题，务实推进规划的贯彻实施；二是加大资金支持力度。加大对氢能经济薄弱环节的投入，突破制约氢能经济发展的短板与瓶颈，建立支持氢能经济发展的长效机制；三是提升全民新能源素养和技能。通过实施全民新能源素养与技能提升计划、推进中小学新能源技术课程建设、制定实施新能源技能提升专项培训计划等，加快提高公民新能源文明素养，加强氢能人才培养。

四是实施试点示范。统筹推动新能源经济试点示范，完善创新资源高效配置机制，构建引领性新能源经济产业集聚高地，探索形成一批适应新能源经济发展的经验做法和制度性成果，形成以点带面的良好局面；五是强化监测评估。要加强对《规划》落实情况的跟踪监测、成效分析，抓好重大任务推进实施，及时总结工作进展。

4 结语

2020年，习近平总书记代表中国宣布将力争于2030年前达到碳排放峰值，努力争取于2060年前实现碳中和。作为世界上最大的能源消费国和碳排放国，同时又是最大的可再生能源生产国，及电动汽车制造与使用量全球领先的国家，中国既是全球气候挑战的一部分，也是其解决方案的重要组成部分。

在此全球能源转型的大背景下，太阳能、风能大量接入将改变电力系统结构，可再生能源发电比例长期将逐步提高至80%，电网侧将实现灵活扩容、灵活接入、灵活结构。通过投资氢能技术示范项目实现能源转型是实现双碳目标的路径选择之一，对氢气储能技术的电力开发应用进行研究，发掘出其未来发展的市场潜力，进而促进我国可再生资源大规模投资建设，促进能源资源的可持续发展，对于我国的能源转型发展以及国民经济增长等具有积极的助推作用。