中国电科院康建东：电氢耦合技术战略及发展趋势

3月27日，中国电力科学研究院有限公司技术战略研究中心室主任康建东在绿氢技术与氢电协同发展专题论坛上发表了《电氢耦合技术战略及发展趋势》的主题演讲。

以下为康建东演讲全文：

各位嘉宾、各位同仁上午好。

我是来自中国电力科学研究院的康建东，我今天演讲的题目是电氢耦合技术绽裂及发展趋势。从电力行业的角度来看氢能，从电力行业的角度来看电氢耦合。

一、背景

新型电力系统具有典型特征是清洁低碳、安全可靠、灵活高效、智能友好开放互动，我们电力系统现在围绕着构建新型电力系统和新型能源体系的路子在发展。

它的基本特征在用户侧、供给侧和电网侧将形成新的一些格局，供给侧主要是以可再生能源为主体。2022年底我国风能和太阳能的发电量装机容量增速及容量是世界第一，总量达到了7.2亿千瓦。可再生能源和煤电装机总力分别是47.3%和43.8%。2060年前新能源发电量将超过50%。

用户侧终端将会形成以电为主的趋势，电动汽车的保有量达到了800多万辆，既是电能的消费者也是电能的生产者。

整体来讲电力系统运行机理随着新型电力系统建设也会发生重大的变化，一般发电主要是根据动态调整新型电力系统必须要有相关的储能和需求响应的措施才能实现电力的供需平衡。

氢能到2023年底大概有40个国家制定了国家氢能战略，其中以绿氢为主发展方向，国际氢能委员会调查报告指出2050年全球氢能占比达到18%，目前氢能的产业链尤其在中国已经初具规模，未来5年到10年形成爆发趋势。我们看到国际能源署发布的数据在2020年到2023年电解槽的装机容量迅速提升，达到百GW级，现在中国的量是GW级，2050年达到3600GW。

我们总结氢能在电力系统中的一些作用，首先是源端利用可再生能源制氢促进可再生能源的消纳。我国可再生能源的发展是世界领先的，可再生能源制氢可以有效提升我国可再生能源的消纳水平。

二是对于新型电力系统和新型能源体系来讲氢储能特征具备长周期的特点，未来是一个重要的方式在这些场景中发挥重要的作用。

三是充分利用氢能的调节特性实行电力系统灵活调节，电力系统是发和用同步的系统，所以中间要有很多灵活性调节的环节，氢能目前先进的电解水制氢技术具备了一些调节能力。

四是终端，推进多种能源的互补，拓展电能综合利用的途径

二、全球氢能战略政策及技术布局

首先是美国的政策，美国是在2022年9月份先公布了国家清洁氢战略与路线图，主要是致力于绿色制氢大国，布局在交通、发电、住宅、建筑、工业等几大领域，生产量在2030年达到1000万吨，2040年2000万吨，2050年5000万吨。2030年提出了电解槽成本要降到每千瓦300美元，运行寿命8万小时，效率达到65%。2023年到2025年在建筑供暖领域实行天然气管网混氢输送，2026年到2030年在运输领域加氢站基础设施形成网络，生产领域氨和甲醇氢的衍生物过渡到逐渐使用低碳氢的阶段，2030年以后氢能在各个行业要迅速大规模的部署，推动清洁氢在工业重型运输和电网长期储能等领域的应用。

美国的技术战略部分我们也是梳理了美国能源部相关的氢能的计划，梳理了一些技术。2023年2月份到10月份推出了非常多的补贴计划，在2023年10月份70亿美元主要投资于清洁氢的研发计划，也是关注于氢能发电和工业领域。技术角度来看，2018年到2020年均布局了PEM的质子交换膜技术，2019年开始关注固体氧化物制氢技术，前沿布局了成本耐用的阴离子交换膜技术，美国在2020年前布局相关方面都达到的比较前沿的水平。在电力用氢方面，美国2018年到2022年布局了质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池技术。2021年、2022年开始关注氢燃气轮机、热电联产相关技术研发，氢燃气轮机也是我们在发电端未来可能适用于电力系统的一个重要的方式。2030年除了制氢和用氢重点关注了地质储氢、低温液态输氢和管道输氢技术。

德国的战略是2030年7月份更新了新版国家氢能战略，首要是大幅提升了国内电解制氢能力，产品从生产到氢能价值的全产业链各个环节，并逐渐应用于航空航运和电力部门。欧洲主要还是做管道输氢技术，欧洲利用波罗的海和北海的海上风电以及芬兰的陆上风电，还有通过中东北非光伏比较发达，相对比较低的光伏制电成本把氢通过管道或者船运输送到欧洲，欧洲相关的材料也提供，在北部、南部、西部、东部都有相关的氢气运输的走廊计划。

从德国的技术角度考虑，主要是欧洲的地平线计划，2023年1月份到10月份，投资也是比较多的。它主要还是聚焦在固体氧化技术和太阳能化学制氢方法的研究，同时也关注管道、管道缺陷相关的定位、检测等技术。2023年重点布局了航空氢气发动机工业高效燃烧系统固体氧化电池以及相关的控制算法研究。

日本也是在去年公布了新版的氢能国家战略，主要还是在产量上相对之前有一个比较大的提升，同时成本也有相关的降低。同时特别关注低碳氢的碳强度目标的规划。日本主要是新能源产业发展机构NEDO推动相关方面的研究，在2023年主要还是聚焦在质子交换膜膜电极和催化剂的研发，用氢方面关注催化剂、纳米膜等相关研究，同时也关注固体氧化物和氢燃气轮机相关技术。

中国的政策，我们在推出了氢能的首个中国的规划到相关中国氢能标准体系的研究，都是在氢能的制储输用各个环节进行布局，有一些政策还是提到了电解制氢在谷电超过50%的时候，免收容量费，还有在化工园区外实施可再生能源的制氢，探索还有加氢和制氢一体化相关的建设，这对行业的推动还有很大的促进作用。

中国也分析了国家可再生能源与氢能的重点专项，中国的研究也是从开始比较大的方面到现在比较细的一些具体的方面。制氢方面也是在2022年开始关注了固体氧化物燃料电池方向，2023年开始攻关了阴离子交换膜的相关的技术以及直接海水制氢技术。储氢方面也是2022年布局了固态储氢技术，2023年开始关注大规模地质储氢技术研发。用氢方面也是质子交换膜和固体氧化物2023年重点关注掺氢和掺氨燃烧技术，2023年主要是对电解制氢、地质储氢、氢能微网等方面进行相关的布局研究。

三、电氢耦合发展的场景和一些路径

首先，未来氢能可能是在电网气网相融合的途径，氢能在其中扮演着重要的载体作用，氢能也在发电输电配电以及终端消费各个环节都对新型电力系统构建和新型能源体系构建起着重要的作用。

我们梳理了一些典型的场景，首先是电源侧，电源侧场景主要是跟可再生能源波动的一些结合，还有传统火电机组与氢的联合的场景，最主要还是要促进新能源的消纳，提升并网的友好性，相关的工程有宁夏的，还有荷兰海上风电制氢的项目也通过管道输氢输到欧洲。

电网侧的场景，主要是要考虑发挥电网的调峰调频的辅助作用，提升电网的安全性、可靠性和灵活性。同时长周期储能也是我们未来在网上关注的重点的方向。

负荷侧主要是发挥了冷热电气氢多种耦合发挥互补效应，推动综合能源的发展。

电解槽的经济性，电费在1毛5到2毛钱的时候，制氢出氢口成本是10块钱左右的，具有一定的竞争的优势。我们也对氢能参与长周期储能做了相关的分析，这是四个季节的典型日情况，可以看到在可再生能源的比例达到一定阶段的时候，在某一些季节会出现电力的盈余，某一些季节会出现电力的缺失。这是从一个季度的电能挪到另一个季节，这是长周期跨季节储能作用。目前来看氢能或许是未来一个比较明显的方向。这是我们模拟得出的结论。这是在有一定的边界条件和假设的情况下做的一些分析，初步的分析结果是在可再生能源比例达到50%左右的时候，会出现跨季节长周期储能的需求，国际上其他的报告可能有提到60%到70%的情况。

长周期储能氢能为什么会有这么重要的角色呢？因为它还是有一些特点，主要是易储存、能在各个场景发挥相关的作用，调峰和新能源基地送出等上面具有一定的优势。

我们也做了一下各个氢储能相关的研究，氢能现在还是有物理存储、化学存储和一些其他存储方式，现在电力系统目前正在研究的方向是金属的固态储氢。

另外一个大家关注的焦点就是天然气掺氢还有输氢管道相关的研究，我们也分析了各类氢储能经济性包括盐穴储氢的情况，盐穴储氢还受制于地理条件和相关因素的影响，在我国来看分布也不是特别均匀，未来可能结合这个方向大规模的储氢会有一定的前景。在美国的加州南部还是有大规模的盐穴储氢跟氢管道配合的项目和规模在进行。这是不同的储氢的对比，4公斤氢气在不同存储方向下的一些存储的情况。固态储氢还是有一定的优势。

另外氢能支撑新型电力系统的发展路径和影响分析，这个研究的思路一个是看氢能在不同国家不同的地方，不同的区域需氢量还有可再生能源的发展的潜力。我们初步分析了一些主要的结论，最后得到了氢能能流图，重点看一下这个方向。通过模拟未来可能在2030、2060年从西北到华北，西北到华南，西北到西南，西北还是氢主要的输出口。结合海上发电的发展未来在负荷侧华东地区，如果海上风电发展足够的话，它可能在某种程度上能达到对华东的使用。

另外输氢和输电相关比较，初步结论就是输电和输氢进行协同，长距离的角度还是输电具有迅速和比较经济的优势。我们也提出了氢能在新型电力系统发展的路线图，后续我们也随时关注着，通过今天的展会和大家的介绍和分享，我们也要在基础上逐渐的完善相关路线图的计划。

2030年重点还是要布局风光制氢路线，2060年还是要重点关注大规模储氢技术、双向可逆燃料电池技术、氢燃气轮机技术装备要达到国际的水平。目前有一些技术美国和其他国家的一些技术，我们对某一些技术的研究可能要适度的提前。

支撑新型电力系统发展的路径，2021到2030年这是加速转型的阶段，逐渐推动风光氢制氢工程的规模化发展和商业模式的成熟，促进可再生能源的消纳。在2030年到2045年是总体形成期，要推动电制氢氢发电和热电联供等多种功能场景的布局和使用，在巩固和完善期要深度发展电氢融合，长周期跨季节储能方向要扮演重要的角色。

四、总结与展望

国际上纷纷把氢能作为重要的抓手，2022年和2023年相关工程会进一步提升，未来还有巨大的潜力。

电制氢作为可调节的负荷，未来在电力系统扮演重要的角色，随着未来可再生能源比例的攀升，长周期跨季节的储能将是氢能发展的方向。

氢能在电力系统的产业还处于导入期，未来是一个长期发展的阶段，我们认为具有广泛的发展前景。

我们做的一些工作，中国电力科学研究院2021年联合30余家产学研用单位成立了电氢耦合技术创新联合体，在座的各位可能有很多是同仁，目的是推动氢能行业以及氢能在电力系统中的应用发生一个重要的推动作用。同时我们也每月发布相关的课题快报，未来希望跟各位开展更多的交流。

这是我们布局的项目，我们在对于电网在源网储荷四个环节以及总体的电网的经济性和场景的构建方面做一些分析，目前这个项目研究也进行了一段时间，随着我们的研究和示范工程的推进，我们也发现未来研究的课题也会逐渐的深入。

我们发布的报告，在2022年发布了电力氢能的科技前沿的报告这个主要是基于论文和专利的分析情况，分析出目前氢能研究未来重点和产业未来布局的方向，还有我们在2022年电氢耦合专业发展的报告，同时有一些专题研究，2023年的报告是在4、5月份同时发布。

建议：

一是强化顶层设计，深度推进电氢融合发展。

二是加强产学研用联合，开展跨行业、跨学科联合攻关。

三是深度参与国际国内标准体系，引领电氢行业高质量发展。

四是打造典型示范工程，推进电氢产业规模化发展。

谢谢大家。