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走進氫能產業發展重點城市，創新驅動再升級！9月14日，令人期待已久的2023中國（嘉興）氫能產業大會暨2023氫能專精特新創業大賽決賽于浙江省嘉興市隆重開賽。開幕式現場，中國工程院院士黃其勵作《氫電協同為新型能源系統提供有力支撐》主旨演講，圍繞氫電耦合主題，介紹氫與電的發展，氫能發展的典型案例，氫能需要技術進步的要求，以及相關的建議思路等。
以下為黃其勵演講實錄
（內容有編輯）
氫和電是最親密的能源伴侶，是人類未來的二次能源
有電以來人類社會經過了工業時代、現代時代以及信息化和智能化時代，電給社會帶來了繁榮幸福。現在我國二次能源中的電氣化比例是27%，計劃到2060年將達到60%。根據各方面的研究，到2060年氫能占的比例有的報告是10%，有的報告是20%，取平均值15%，60%電和15%的氫就是2060年社會用能的最大組成部分。
但是電這個老革命碰到了新問題，能源轉型從煤到石油再到可再生能源（為了簡單起見下面叫新能源），這樣一個變化給能源電力的保供安全帶來非常大的挑戰。新能源有兩大優點、兩大缺點。優點第一是國產，不需要進口，第二是資源特別豐富，可開發的太陽能裝機可以達到156億千瓦。其兩大缺點，第一是靠天吃飯，有很大的隨機性和波動性，第二是對電網有弱支撐性和很低的抗干擾能力。
今天針對第一個問題需要對波動性和隨機性進行補償，出現了很多儲能技術。其中，氫儲能和氫電耦合成為一個新秀。水由氫和氧組成，氫的另外一個名字是水素，地球70%被水覆蓋，氫是非常豐富的、也是最輕的元素。氫的能量密度高，單位質量的熱量是煤炭的4倍、汽油的3.1倍、天然氣的2.6倍。
氫有能源和資源的雙重屬性，幾乎可以連接所有能源，是各類能源的橋梁和紐帶。常見的二次能源有電、熱和氫，綠電和綠氫是二次能源的最佳選擇，氫和電是最親密的能源伴侶，是人類未來的二次能源。
報告共分為三個部分。首先講氫能發展的驅動力，其次講氫能發展的典型案例和技術進步的要求，最后是政策建議。
報告第一方面
氫能提高我國能源大系統的綜合利用效率
能源轉型從煤到石油到可再生能源，并不是前一個能源用完了，才開始下一個進程，而是主要是由于人類生活環境的變化，要保護地球，實際是保護人類自己，必須向新能源、可再生能源轉化。
新能源系統發展面臨若干困難和挑戰：
第一個挑戰是常規消納的矛盾突出，新能源可以發電，但發出電后消納不足。現在國家發展速度很快，有些地區的可再生能源的滲透率（裝機容量與最大負荷的比值）已經達到了233%，必須有4個小時以上、甚至季節間的調節需求，需要挖掘長時間、規模化的靈活儲能技術的潛力；
第二個挑戰是綠電外送通道容量空間利用。現在開發的“沙戈荒”和“深遠海”位置的新能源發電，電力如何輸送出來？能夠和特高壓輸電并行、為能源輸送做貢獻的，非氫莫屬；
第三個挑戰是用戶側要加強電氣化、綠氫化比例。交通、建筑、冶金、化工等工業部門，都是難以減碳和取代的，需要處理好現在的化石能源和未來的可再生能源的關系，提高電氣化和綠氫化的比例；
由于氫電耦合可以降低或平衡隨機性、波動性對電力系統的影響，可以消納新能源，預計到2030年新能源要發展到16.4億，2060年到60多億，新能源如此大的發展，如果沒有巨大的消納能力是做不到的。
第一，用電解水制氫及其衍生品提高新能源消納的能力和區域調度能力。電力輸送的特高壓很好，但也不是唯一的方式，可以用管道或其他方式將氫外送，完成跨區域跨品種的耦合。氫及衍生品的能源存儲規模可以從百千瓦到吉瓦，存儲時間可以從小時到季，技術潛力可以到百吉瓦。
第二，可支撐終端用電大幅度提高電氣化比例，特別對于難減排的重工業，由于歷史原因不好替代，通過氫氣衍生品作為二次能源，可以推動原料、材料、終端用能的清潔化、低碳化，減少化石能源的利用；
第三是助力我國建設氫能國際貿易樞紐。
儲能越來越重要，與抽水蓄能或其他儲能方式比較，氫儲能（或氫電耦合）有很多類似的地方，氫儲能最大的特點就是能夠長時間、大容量、跨季節儲存，是其他方式所不具備的。到2060年氫能需求量要達到1.3億噸，如果按照50%轉化為靈活性資源，相當于火電裝機3億千瓦。
未來氫電耦合發展的關鍵驅動力，首先是區域能源資源稟賦導致靈活性需求差異明顯。不同的區域資源稟賦不一樣，青海白天光伏棄電量大，晚上全時段電源不足，依托氫儲能技術實現大規模“電-氫-電”大規模轉化利用。湖南白天依托特高壓送電+本地光伏自發，晚高峰供電不足，依托氫儲能可實現高峰“氫-電”保障用電。吉林晚上風電大發但消納不足，白天火電電源供應不足，無法支撐特高壓外送利用率。通過“電-氫”轉換可支撐類似地區大規模新能源外送。氫能可以提高能源系統靈活性。時間靈活性，充電時間和放電時間不對等，可實現慢充快放，快充慢放，或者慢充慢放。空間靈活性，充電和放電空間解耦，在價格最低的地方充電，價格最高的地方放電。
第二個驅動力，離網-并網型新能源開發模式逐漸成為擴大新能源規模化開發潛力的重要手段，”沙戈荒”、”深遠海”等場景成為高質量發展重要抓手。“能源區域綜合化”和“源網荷儲一體化”發展趨勢明顯，進一步強化了區域氫電耦合需求，需更好挖掘氫電耦合的綜合效益。
我國海上風電技術可開發潛力約22.5億千瓦，按20%比例制氫可年產綠氫超過3500萬噸，替代石油超過1億噸。2030年，風電制氫的度電成本將降至0.25元/千瓦時，海洋風電制氫成本可達22-25元/公斤。
報告第二個方面
氫電耦合應用的典型場景和需要重視的技術開發
第一個場景：新能源大基地
也就是“沙戈荒”，國家要開發4億多千瓦的風電、光伏。通過氫能實現風光大基地高質量建設和特高壓高水平發展，依托大基地規模化開發使制氫成本較傳統開發模式總成本低40%以上。通過“發電上網”+“離網制氫”耦合化，在滿足項目收益率要求的基礎上，將上網部分獲得收益來補貼制氫端，是近期支撐綠氫成本下降和規模快速擴大的重要解決方案。如果把風、光、電、氫、站、車、化工一體化開發就很有前途。寧東可再生氫碳減排示范區項目是全國首個化工、交通多場景一體化協同耦合的商業化綠氫項目，以電補氫后制氫成本可達17元/公斤。衡陽有大量副產氫作為初期氣源，后期依托衡陽及以南地區光伏資源，充分利用湖南高電價優勢，逐步提高制氫配比制低價氫，通過多元化氫源耦合，為衡陽調峰基礎和湖南省多元化能源輸入和耦合提供方案。
為了實現這些大規模開發，對技術方面有什么需求呢？
第一對制氫電解槽的靈活性以及堿性電解和質子交換膜電解的聯合控制技術提出了要求，因為這兩種電解方式都有各自的優點。重點的研發任務就是寬范圍、高效率、低能耗堿性電解水制氫，大規模、低成本、長壽命質子交換膜制氫技術，以及兩者耦合的綜合控制技術。
第二個技術開發需求是燃氣輪機。燃氣輪機可作為靈活電源，但我國的燃氣輪機很少，目前使用的都是天然氣燃氣輪機，但天然氣資源又缺乏。用摻氫或純氫燃燒，跟天然的燃氣輪機有一樣的調節電網的能力，增強電網的供電安全。荊門摻氫燃氣輪機成功實現30%摻氫燃燒改造和運行，機組具備純天然氣和天然氣摻氫兩種運行模式的兼容能力。在這方面需要解決的重點任務，包括重點解決燃氫輪機核心設計、部件制造、控制系統等方面的自主化和可靠性；推動綠氫制儲輸技術研發，建設低成本、大規模供應鏈，支撐燃機用氫需求；開展燃氫輪機燃燒過程中低氮氧化物低排放技術和方案研究，形成完整方法；加快建立燃氫輪機相關關鍵技術和標準體系，支撐相關裝備的推廣和安全應用。
第二個場景：深遠海
我國深遠海區域風能資源豐富、開發潛力大，是海上風電未來發展的趨勢，但深遠海風電的開發也面臨低成本、大容量、遠距離輸電等嚴峻挑戰。依托可再生能源制氫技術實現深遠海區域就地發電制氫（氨）后送至岸上，或直接進行氫基能源的跨國貿易，可高效支撐深遠海能源基地建設。特別是華東地區是海上風電的豐富地區，也是經濟發展的豐富地區，可以深遠海上風電與經濟發展同步發展，歐洲德國、荷蘭和英國等已開展相關的項目。
深海環境更加惡劣，存在著海流、波浪、潮汐、內波等多種水文現象以及腐蝕、沖刷、淘空等長期理化作用，對風機基礎、海底電纜、海上平臺集成等技術無疑提出了更嚴苛的要求。與近海風電場相比，深海風電場的建設需要重新評估和考慮機組基礎型式和機組安裝方式，例如漂浮式光伏和漂浮式風電機組，一旦臺風來了以后，問題也會很嚴重。
因此在技術研發需求方面，海水原位制氫就成為氫能發展的原動力。海水里面的雜質有92種，非常復雜，對電解槽有很大影響，對系統和控制有嚴格的要求。海上的原位制氫就可以解決這個問題，深圳大學謝和平院士研制的全球首套400L/h海水原位直接電解制氫技術與儲備，海水無需淡化、無額外催化劑，與東方公司合作做了首臺套海水原位制氫裝備，運行10天，非常穩定，氫的純度達到了99.99%，該技術未來很有發展前途。海洋將來是人類的寶藏，一方面可以通過制氫來供給人類，另外海洋里有氫的同位素，氘和氚，可作為核聚變的原材料。
因此，海上氫能的制氫、儲存和輸送，比如制氫完成后通過管道輸送或運輸船輸送，制氫以后的傳送、氫的液化、氫合成氨、儲氫罐等等問題，都需要進行技術開發和投入。
深遠海綜合能源島的建設，不只是單一需要能源資源的消納和外送，更需要打造“電-氫-儲-運-用”一體化生態閉環，協同能源島穩定用電、跨國貿易航運減排等多方位需求，推動氫能島上就地應用。
第三個場景：工業
推動氫能與工業耦合應用，將綠氫作為“原料或還原劑”替代煤炭，使煤炭回歸原料定位，將提高終端能源靈活性，引導工業產業布局再集聚。以氫能打造可再生能源-(電力系統+氫能網絡)-工業產線的能源循環，提高我國能源大系統的綜合利用小時數和利用效率，降低整體能源應用成本。國家能源集團國華投資有風電氫氨的項目，新能源裝機容量110萬千瓦，可以產30萬噸的綠氨；國家電投集團和吉電股份在吉林大安計劃建設的“風光氫氨一體化”項目，年產6萬噸的綠氨、30萬噸綠氨；寶鋼湛江有氫基豎爐工程項目；河鋼集團有富氫冶金項目；嘉興也有一些項目得到了示范，開了個好頭。
工業場景方面需要開發的技術比較多，根據應用對象不一樣，通過石油化工與煤化工、能源化工與多能融合高效耦合，重點突破烯烴、芳烴、含氧化合物、特種油品和化學品低碳新技術，構建有機融合的工業低碳關鍵技術體系，增強我國大宗（基礎）化學品供給體系的韌性和靈活性，形成更高效率和更高質量的投入產出關系。
氫冶金技術研發重點圍繞提高小時噴氫量，提高噸鐵噴氫量，開發高爐噴氫噴嘴、氫氣加壓機、氫氣加熱器以及具有最大噴氫量的大高爐噴氫減碳技術，不斷提高高爐對氫基氣體還原性的適應性、氫碳比和二氧化碳的減排量，并持續降低焦比，盡可能增加鐵產量。
“煤摻氨技術”的創新研發將為鄂爾多斯、寧夏等火電外送基地的低碳轉型帶來機遇，協同新能源大基地的開發建設，可促進煤基能源、新能源、氫（氨）能的高效利用，以支撐能源基地轉型發展。國家能源集團“燃煤鍋爐混氨燃燒技術”以35%摻燒比例在40兆瓦燃煤鍋爐上實現了混氨燃燒應用，達到國際領先水平。我是這個項目的鑒定委員會主任，我的鑒定結果是該項目達到了國際領先水平，以后還有更大的摻燒比例和問題需要解決，大有可為。
報告第三方面
提出氫電協同發展的建議：加強技術研發，協同創新，示范先行，完善標準
一是加強技術研發。國外對氫研究啟動較早，都有氫能計劃，我們應該研究歐美日等國技術發展路線，聚焦國家重大科技前沿問題和國家重大需求，制定氫電耦合關鍵技術攻關路線圖；聚焦大規模電解水制氫技術、氫高效轉化、柔性綠氫耦合煤化工、高比例煤摻氨等關鍵技術工藝和核心器件領域的創新迭代；設立并實施一批前瞻性、戰略性的重大科技專項，穩步增加氫電耦合領域科技研發投入強度，布局一批氫能國家工程中心。
二是加快協同創新，加快氫能的骨干企業的協同，打造創新聯合體，中國氫能聯盟就是一個很重要的聯合體，推動科技研發平臺建設和人才引進，高質量打造氫能原創基礎策源地；氫能骨干企業聯合創新打造氫能“百站萬輛”和“氫能高速”等重點場景全產業鏈規模化、一體化工程，降低產業成本；加強氫能骨干企業跨行業溝通交流，開展覆蓋基礎材料、零部件、系統裝備等全產業鏈合作，共同發力引導市場進步。
三是積極開展示范。前面提的示范量比較小，處于起步階段，積極打造規模化、低成本的可再生能源的綠氫大基地，推動”源網荷儲”“風光氫儲一體化”項目，支撐風光資源消納；打造孤島等新型分布式能源系統示范；探索深遠海風電開發，打造“海上能源島”；開展百兆瓦級氫儲能試點示范；優化傳統產業體系，圍繞綠氫耦合煤化工、氫電融合、綠氫耦合冶金等領域開展超前示范，支撐先進技術先行先試。
四是完善標準管理。氫能領域國外發展更早，我們要積極參加國際氫能相關標準制修訂工作，梳理中國氫能產業標準體系缺口，構建面向氫電耦合場景的標準體系；重視參與國際標準的制修訂，積極、實質地申請參與國際標準化組織的工作和活動，將中國的技術和標準與國際接軌；加快推動氫能“領跑者”行動實施，圍繞氫能重點裝備、氫氣品質等方面推動檢測實證平臺建設。
嘉興是一個東方氫都，有很多的成熟經驗。現在的副產品還沒有得到很好的應用，如大量應用的話，將來可能是供不應求。正好借這個良好的起步，采取舉措，將嘉興打造成真正的東方氫都，為人類將來的能源可持續發展和地球可持續發展作出更大更好的貢獻。
