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新疆生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)
氫氨路線為碳中和帶來(lái)新機(jī)遇
中國(guó)環(huán)境 / 2023-04-03 / ：105
中國(guó)能源研究會(huì)與自然資源保護(hù)協(xié)會(huì)(NRDC)合辦的“新型電力系統(tǒng)沙龍“日前在京舉辦。上海電機(jī)學(xué)院教授張華、國(guó)網(wǎng)能源研究院副總工程師兼企業(yè)戰(zhàn)略研究所所長(zhǎng)馬莉、華北電力大學(xué)教授董軍、水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院綜合能源部主任工程師李少?gòu)?、中?guó)能源研究會(huì)能源政策研究室主任林衛(wèi)斌、NRDC清潔電力項(xiàng)目副主任劉明明等專家圍繞氫能發(fā)展帶來(lái)的機(jī)遇和面臨的挑戰(zhàn)等相關(guān)問(wèn)題，暢所欲言。
氫能：未來(lái)新能源轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略發(fā)展方向
作為可再生二次能源，氫能具有清潔低碳且可存儲(chǔ)的特征，在消納可再生能源、電網(wǎng)調(diào)峰等應(yīng)用場(chǎng)景潛力巨大，因此在建設(shè)新能源占比逐步提高的新型電力系統(tǒng)過(guò)程中受到越來(lái)越多的關(guān)注。2022年3月，國(guó)家發(fā)改委和能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃》明確了氫能產(chǎn)業(yè)的“三大定位“，即未來(lái)國(guó)家能源體系的重要組成部分、用能終端實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和未來(lái)產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向。
與會(huì)專家指出，氫能將成為我國(guó)加快能源轉(zhuǎn)型升級(jí)、培育經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)的重要戰(zhàn)略選擇。鑒于氨是天然的儲(chǔ)氫介質(zhì)，便于安全運(yùn)輸，解決了氫能安全存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)碾y題，氫氨路線因此成為目前推動(dòng)氫能發(fā)展的熱點(diǎn)之一。
中國(guó)能源研究會(huì)能源政策研究室主任林衛(wèi)斌強(qiáng)調(diào)，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，電力結(jié)構(gòu)將從以化石能源為主轉(zhuǎn)向新能源占比逐漸提高，最終新能源將占據(jù)主體地位。氫能作為新興的能源形態(tài)，盡管目前在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中占比非常小，但有研究認(rèn)為，氫能在未來(lái)能源系統(tǒng)中的比重將顯著增加。碳達(dá)峰之后，隨著碳約束的加強(qiáng)，氫能在新型電力系統(tǒng)中將有很大的發(fā)揮空間。目前資本市場(chǎng)和地方都在關(guān)注并布局氫能，需要對(duì)氫能的發(fā)展前景、技術(shù)前景和應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行深入探討。
上海電機(jī)學(xué)院教授張華認(rèn)為，“氫氨+新能源”是應(yīng)對(duì)氣候變化、實(shí)現(xiàn)碳中和的一個(gè)可行路徑。為解決新型電力系統(tǒng)中可再生能源發(fā)電與用電負(fù)荷不匹配的問(wèn)題，電網(wǎng)需要儲(chǔ)能，特別是要有長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的技術(shù)解決方案。目前成熟的抽水蓄能和電化學(xué)技術(shù)，在充分發(fā)展的前提下，可以滿足短時(shí)儲(chǔ)能的需求，而對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間，季節(jié)性，大規(guī)模的儲(chǔ)能需求，氫氨是一個(gè)可行的技術(shù)方向。“從產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的角度，最大挑戰(zhàn)來(lái)自于效率和經(jīng)濟(jì)性兩方面。”
張華表示，在未來(lái)能源系統(tǒng)中，氫氨的應(yīng)用前景主要有兩個(gè)方面：其一在交通領(lǐng)域，氫氨作為燃料為使用混合動(dòng)力系統(tǒng)的交通工具提供電能；其二在電力領(lǐng)域，氫氨作為燃料和儲(chǔ)能，為電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻、慣量等服務(wù)。目前在交通領(lǐng)域，氫氨與柴油的pk時(shí)機(jī)已經(jīng)到來(lái)，氫氨與柴油相比具有成本競(jìng)爭(zhēng)力；但在電力領(lǐng)域，氫氨應(yīng)用尚處于示范探索階段，成本競(jìng)爭(zhēng)力不足，因此與煤的pk時(shí)機(jī)尚未成熟。參考光伏的發(fā)展路徑，在政策推動(dòng)下，得到資本市場(chǎng)的青睞，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化后，光伏成本大幅下降，氫氨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展路徑也可以具有類(lèi)似特點(diǎn)。張華同時(shí)提出，未來(lái)充滿不確定性，能源技術(shù)在未來(lái)10年到30年突破性的進(jìn)步，或?qū)樾滦碗娏ο到y(tǒng)提供更多的選擇。
新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型需要探索新路徑
國(guó)網(wǎng)能源研究院副總工程師兼企業(yè)戰(zhàn)略研究所所長(zhǎng)馬莉認(rèn)為，新型電力系統(tǒng)的愿景明確，但技術(shù)路徑存在多種可能、尚不清晰，需要多路徑進(jìn)去探索。目前，新型電力系統(tǒng)正面臨著生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系等多方面的變化。“各國(guó)都在大力發(fā)展和布局氫能，我國(guó)需要基于資源稟賦，多方探討氫能發(fā)展多樣化的商業(yè)模式和多層次的應(yīng)用場(chǎng)景。”
“在電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型過(guò)程中，目前國(guó)際上認(rèn)為天然氣是過(guò)渡能源。但天然氣發(fā)電由于氣價(jià)較高和重型燃機(jī)技術(shù)瓶頸等問(wèn)題，在我國(guó)沒(méi)有得到較快發(fā)展，難以有效發(fā)揮靈活調(diào)節(jié)電源的作用。”華北電力大學(xué)教授董軍介紹了天然氣發(fā)電在我國(guó)發(fā)展面臨的問(wèn)題，認(rèn)為可以為氫能燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展提供參考。在我國(guó)新型電力系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，能否跨越天然氣直接轉(zhuǎn)向氫氨作為過(guò)渡能源，目前看來(lái)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面都有待發(fā)展，是需要重點(diǎn)關(guān)注的。
董軍建議，首先，對(duì)于煤電轉(zhuǎn)型問(wèn)題，不能單獨(dú)考慮煤電，需要放在電力系統(tǒng)中，綜合考慮煤電與新能源、水電、核電、儲(chǔ)能和需求側(cè)資源，通過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行模擬分析不同電源的定位，提出煤電的轉(zhuǎn)型路徑。其次，我國(guó)不同省份情況差異很大，要考慮不同省份的特點(diǎn)，并考慮和其他省份或區(qū)域的送受電關(guān)系，研究煤電轉(zhuǎn)型路徑。最后，煤電轉(zhuǎn)型要在電力市場(chǎng)環(huán)境中研究，通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制激勵(lì)不同主體在新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮作用。
氫能更適合更長(zhǎng)周期、大規(guī)模儲(chǔ)能
水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院綜合能源部主任工程師李少?gòu)┱J(rèn)為，氫氨燃機(jī)在燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)進(jìn)步及其國(guó)產(chǎn)化后，有很大的降本空間。氫氨燃機(jī)經(jīng)多次轉(zhuǎn)化，與燃煤機(jī)組的比較優(yōu)勢(shì)不在于電量成本，而是有效的電力成本，即以較低的初始投資、較少（但較貴）的燃料成本、較低的利用小時(shí)數(shù)，發(fā)揮很好的支撐調(diào)節(jié)作用。以我國(guó)當(dāng)前的新能源裝備制造能力和工程施工能力，每年建設(shè)1、2億千瓦的風(fēng)電光伏不成問(wèn)題。但由于新能源置信容量低，1億千瓦裝機(jī)只有1000萬(wàn)千瓦的容量?jī)r(jià)值，相比較于快速增長(zhǎng)的電力負(fù)荷缺口，新能源對(duì)解決電力安全保供問(wèn)題作用很有限。因此現(xiàn)階段需要從全系統(tǒng)角度統(tǒng)籌各類(lèi)電源資源支撐、調(diào)節(jié)作用和新能源消納運(yùn)行情況。各類(lèi)儲(chǔ)能和燃?xì)廨啓C(jī)都是有效的支撐調(diào)節(jié)資源，在技術(shù)比選時(shí)要全面考量他們?cè)陲L(fēng)電、光伏高滲透率情景下的調(diào)節(jié)價(jià)值。例如，面對(duì)未來(lái)頻繁啟停、快速爬坡等需求，燃?xì)廨啓C(jī)、氫氨汽輪機(jī)有優(yōu)勢(shì)，若氫氨可以長(zhǎng)周期、大規(guī)模存儲(chǔ)將發(fā)揮更大作用。李少?gòu)┩瑫r(shí)提出，要基于新能源發(fā)展的不同階段，進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)成本分析，最終做出選擇和比較。最后，氣候變化造成極端氣象出現(xiàn)的更加頻繁，干旱洪澇導(dǎo)致水電出力受影響，可調(diào)可控性低的風(fēng)電、光伏裝機(jī)極速增加，在青海等省份有比較好的氫氨燃機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景，可以先行示范探索，助力多元、安全、高效的新型電力系統(tǒng)建設(shè)。
“碳中和的實(shí)現(xiàn)不是輕而易舉的，需要依賴更大范圍的技術(shù)突破。”一位抽水蓄能的研究者認(rèn)為，隨著新能源并網(wǎng)比例的持續(xù)增高，電力系統(tǒng)對(duì)增強(qiáng)電網(wǎng)彈性、增加平衡時(shí)間尺度等提出了更高的要求。從當(dāng)前技術(shù)來(lái)看，抽水蓄能占比最大、技術(shù)最為成熟，對(duì)電網(wǎng)的支撐能力最強(qiáng)，是新型電力系統(tǒng)的重要組成部分。抽蓄以日調(diào)節(jié)為主，且固定投資大、可變成本低。結(jié)合未來(lái)發(fā)展方向，氫能可能需要更長(zhǎng)時(shí)間的成熟過(guò)程，氫能側(cè)重于長(zhǎng)周期調(diào)節(jié)，且固定投資低、可變成本高，與抽蓄具有很好的互補(bǔ)特性。“新型電力系統(tǒng)建設(shè)三步走的節(jié)點(diǎn)比較明確，盡管對(duì)于路徑還沒(méi)有趨同的認(rèn)識(shí)，且不同的能源和市場(chǎng)主體都有自己的立場(chǎng)和觀點(diǎn)，但基本形成共識(shí)的是，電力系統(tǒng)中尚有巨大潛力尚未利用，需要通過(guò)有效的政策和商業(yè)模式，進(jìn)一步挖掘電源側(cè)、抽水蓄能、氫能以及需求側(cè)資源的靈活性調(diào)節(jié)潛力。”
