新能源建设下的氢电耦合应用

据统计，我国2023年上半年全社会用电量累计43076亿千瓦时，同比增长5%。随着产业发展和居民生活水平的提高，人们对电力的需求量也日益增加。近年来，“碳减排”、“碳中和”的需求增加。传统火力发电面临着转型，新能源电力发展是必然趋势，氢电耦合为新能源电力的发展提供重要保障。
新能源电力的发电方式是指利用自然界存在的可再生能源，如水力、风能、太阳能等直接或间接转化为电能的方式。虽然对环境和气候的影响较小，但在稳定性、安全性以及电量平衡上还有所欠缺。其主要原因是新能源发电具有间歇性、不稳定性，影响电网电能质量。
在新能源电力系统下，电网“三高”“双峰”问题愈发凸显，源荷两端潮流波动性严重。目前，超大规模、超高比例新能源电力系统能量平衡的重点已由日内调峰转向为中长时间的能量平衡迁移问题。

对此，氢能在其中发挥重要作用。
氢电耦合技术
氢能作为一种化学储能方式，适用于长期储能，且储能容量大，在百GW·h以上，是极具潜力的新型大规模储能技术。《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》中也明确指出将重点发展可再生能源制氢。氢电耦合，就是在用电低谷时使用电力制氢储存，在用电高峰时通过燃料电池发电，氢能和电能相互转化，满足削峰填谷的需求。
通过氢能的制取、存储、发电、加氢一体化，可以实现“绿电”“绿氢”之间的灵活转换。氢电耦合是实现可再生能源100%消纳、100%零碳电力供给的重要手段。
氢电耦合应用场景
氢电耦合可根据氢能和电能的生产、储存、输送、使用等环节分为三个经典场景。
场景一 可再生能源电解水制氢及就近利用耦合场景
在可再生能源丰富且氢能需求较大的地区，设立可再生能源电解水制氢专区，制取的氢作为原料。这一场景中制取的氢作为原料或燃料就近利用，应用场景包括石化、化工、交通、电力等。
场景二 氢储能场景
部分地区可再生能源丰富，电网规模大，需要灵活调节资源状态。对此要设立可再生能源电解水制氢专区，通过电-氢-电的转换技术，实现电能和氢能的相互转换，发挥氢能长周期、大容量的储能优势。
场景三 能源远距离耦合场景
这一场景针对可再生能源丰富地区和氢能需求端你想分步，综合论证输电与输氢的技术经济性。其一是采用远距离输氢技术：在可再生能源丰富的地区设立制氢专区，采用氢能运输技术，以满足远端用户侧用氢需求。其二是采用远距离输电技术：将新能源电力远距离输送到用户侧，用户侧电解水制氢，满足多样化的用氢需求。
氢电耦合应用项目
今年3月，我国重点研发项目固态氢能发电并网率先在广州和昆明同时实现，这也是我国首次将光伏发电支撑固态氢能应用于电力系统。整个项目可存储165公斤氢能，在用电高峰时，可持续稳定出力23小时、发供电2300度。
6月15日，国内首个氢电耦合中压直流微网在浙江宁波投运，该项目每日可满足10辆氢燃料电池汽车加氢、50辆纯电动汽车直流快充需求，可离网连续运行168小时。实现了氢产业全链条相关设备全部国产化，氢电转换效率达到世界领先水平。

此外，杭州、丽水、台州等地的氢电耦合项目示范与应用，展示了氢能在工业园区、产业基地、农村、海岛等各种场景的应用普适性，展现了新型电力系统构建与双碳目标下氢能与电能的协同方式。
氢电耦合发展前景展望
目前氢电耦合还处于产业化初期，氢电转换效率不高，技术有待成熟，成本也需要降低。在氢电耦合工作的推进中，需要解决几个关键问题。
推动技术攻关，提高转化效率
转化效率低是氢电耦合的发展痛点之一，“电-氢-电”转化过程中虽然只有水的消耗和生成，但由于存在两次能量转换，总效率只有40%-50%。因此需要加强电解水和燃料电池核心技术的研发。
探索氢电共赢的耦合模式
在与电网企业、石化企业、发电企业合作方面，氢储能参与电力调峰方面以及交通领域的供能方面探索氢电耦合的运营模式，推进氢电耦合产业规模化发展。
健全政策体系 推动试点示范
规划氢电耦合系统发展方向，推进氢电耦合标准化动作，国家层面要加强政策顶层设计，地方层面要出台针对性的激励政策，并积极推进试点示范，逐步建设完善的氢电耦合产业链体系。