电氢融合助力新型电力系统发展

据测算，我国2022年二氧化碳总排放量约100亿吨，主要来源于工业、发电、建筑和交通四大领域。其中，与能源活动相关的碳排放占总排放量的80%。要实现低碳发展，就要加快构建以新能源为主体的新型电力系统，就要发展大规模储能和储氢技术，电氢融合技术就是解决方案之一。

氢能是能源互联网的重要纽带，通过氢这一载体将原本分离的终端用能网络——电网、热力网和燃料网联成一体。通过电氢融合，能够解决当前单纯依靠电能难以解决的脱碳难题：氢能可应用于电能难以应用的脱碳场景；氢及其衍生物可低成本长距离高效传输；氢网易于实现供需平衡；氢能适于跨季度大规模储存。

（一）氢与电能的关系

由于绿氢主要来自绿电，电氢转化，能效将有所降低。因此，从能效的角度出发，需要遵循“宜电先电、电氢融合、减少转化、经济安全”的原则，通过氢电互补支撑长周期稳定供能，解决电能难以解决的降碳问题。

在处理好电氢关系基础上，必须进一步解决好氢能自身的问题，如成本、安全和提效等。通过低成本的可再生能源高效地制取低成本的可再生氢，再把可再生氢低成本地运到那些难以电气化脱碳的应用场景当中，最终实现脱碳应用。

从脱碳的角度考虑，氢能特别适于氢冶金、化工原料和船舶运输，还适于提供建材的高品质热源、长途重型运输、航空运输和电力系统的灵活性服务。而电能除供电外，最适合于路面交通和建筑供能等。

（二）我国绿氢综合应用面临的挑战

总体而言，我国绿氢综合应用还处于起步阶段。从技术角度看，多数项目仅为短时示范，关键装备、元器件和系统集成技术缺乏长期考核；从技术经济分析的角度看，相关项目运行时间短，数据积累少，技术经济性分析还缺乏实际数据支撑。

当前，绿氢综合应用面临的挑战主要有以下方面：高成本和低效率，高安全风险，核心技术和装备仍有诸多“卡脖子”环节。

对于绿氢成本的影响，电价是最显著的，其次是装置的电耗，然后是电解槽的年运行时间。从我国氢能产业联盟研究的电解水制氢成本预测曲线来看，制氢成本趋于平稳的拐点大约在1500小时。这与我国光伏发电年利用小时数基本相当，这就意味着如果光伏发电直接制氢，中间可以省去一些不必要的直流交流电互换、高低压调压和过网费等过程，将在提高综合能效和降低制氢成本方面获得很大收益。

规模应用也是降低绿氢成本的重要途径。以制氢为例，电解水制氢装备的制氢规模越大，其综合成本越低。我国近年在规模制氢示范项目中，大多使用了单槽1000立方米/小时的制氢设备，而且近期也已开发出了2000立方米/小时的制氢设备，3000立方米/小时的制氢设备也在开发当中；有些企业还采用了多对一的技术方案，即多台电解槽对应1套后处理设备和1套纯化设备。通过这些规模应用措施的实施，有效降低了制氢装备制造和建设成本。

制氢仅是氢能供应链中的第一环，其成本占整个氢能供应链的35%～40%，氢能的配送和加氢成本占比更高，可达终端用户成本的60%。其中，配送约占成本15%～20%，另外加氢站的成本占氢源成本的42%～49%。为了解决这一问题，我们提出了构建绿氢低压供氢链的设想，开展了“4 乘 4”工程，即以4度电制1立方米氢，制取的4MPa绿氢，直接通入4MPa 纯氢输氢管道，送至低压加氢站中，无需加压，直接充入燃料电池汽车车载储氢系统中，实现4.0%重量储氢率的储氢。这一供氢链将具有低成本、高安全的特性。

（三）固态储氢的技术突破

采用固态储氢是降低用氢成本、提高用氢安全性的最佳方式之一。其一，它具有最大的体积储氢密度，氢原子进入了晶体的间隙，体积储氢密度高于液氢；其二，提高了储氢的安全性，储氢材料可在低压吸放氢平台下大量吸放氢，低压下易于密封，即使泄漏，储罐也可自控式地降低氢气泄漏速度，为采取安全措施赢得宝贵时间；其三，可降低用氢成本，因为低压加氢将高压加氢站中的高压压缩机和高压储罐省掉了，降低了加氢站的建设和运行成本。

为加快固态储氢在我国的应用，重点突破了三项关键技术，即高储氢容量材料开发及其工程化制备技术、基于储氢热/动力学特性的传热传质模拟仿真技术、储氢装置安全评价和测试技术。为保证使用安全，对储氢材料进行了特殊处理，经特殊成型后形成的储氢元件，在空气中不自燃，遇水不分解且点火不燃烧，经应急管理部化学品等级中心鉴定不属于危险货物。采用这样的安全储氢元件，面向不同应用，开发了一系列储氢装置，有面向便携式的、固定式的、加氢站用的和车载应用的，目前已陆续在一些分布式供能项目、大规模的氢储能项目、加氢站项目及商用车、助力车和游艇中得到应用。其中，长周期分布式储能已经具备成本的竞争力。

除技术成熟度外，储运成本也是影响氢能产业发展的重要因素，技术创新和规模效益的提高对于降低成本至关重要。地下储氢成本较低，适合大规模工业应用和大规模储能应用。车载储氢瓶、低温液氢、固态储氢等技术目前成本仍偏高，但通过不断技术创新、逐步扩大工业化生产规模，储运成本将逐渐下降。

（以上内容引自《储能产业：碳中和背景下的新赛道》，略有改动）

《储能产业：碳中和背景下的新赛道》一书从储能技术的基本原理和储能产业发展的重大意义入手，全面探讨了我国储能产业的发展现状、面临的挑战及未来发展趋势。本书不仅对全球储能产业发展动态、主要国家战略导向及支持政策、我国储能产业进展进行了深入分析，还研判了我国新型储能产业发展的机遇、区域储能产业发展路径，剖析了我国储能产业面临的瓶颈和挑战。在此基础上，本书针对我国储能产业健康可持续发展提出了对策建议。

（整理/沈海霞）