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隨著新能源大規(guī)模并網(wǎng)和新型用能設(shè)備廣泛接入，新型電力系統(tǒng)“雙高”“雙低”“雙波動(dòng)”特征日趨明顯，大規(guī)模新能源發(fā)電將對(duì)持續(xù)可靠供電、電網(wǎng)安全穩(wěn)定和用電成本控制等造成沖擊。電氫融合能夠有機(jī)結(jié)合電能與氫能優(yōu)勢(shì)特性，推動(dòng)多能源互聯(lián)互濟(jì)與源網(wǎng)荷儲(chǔ)深度協(xié)同，是“雙碳”目標(biāo)下新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的重要載體。

電氫融合發(fā)展價(jià)值判斷

一是電氫融合可全面提升電力系統(tǒng)全時(shí)間尺度靈活調(diào)節(jié)能力，支撐新能源大規(guī)模安全穩(wěn)定消納。

短時(shí)間尺度看，電氫融合響應(yīng)速度快，可快速平抑新能源出力波動(dòng)。電制氫環(huán)節(jié)，以堿性電解水技術(shù)路線為例，其功率爬坡速度可達(dá)到每秒25%額定功率，調(diào)節(jié)范圍為30%~120%，是較理想的可調(diào)柔性負(fù)荷。氫發(fā)電環(huán)節(jié)，氫燃料電池響應(yīng)速度為毫秒至秒級(jí)，氫燃?xì)廨啓C(jī)響應(yīng)速度為分鐘至小時(shí)級(jí)，調(diào)節(jié)性能優(yōu)越，可全面參與調(diào)頻、抑制短時(shí)功率波動(dòng)、日內(nèi)調(diào)峰等。

長(zhǎng)時(shí)間尺度看，氫以氣、液、固等物質(zhì)形態(tài)長(zhǎng)期存儲(chǔ)，可滿足新能源跨周、跨季等長(zhǎng)周期調(diào)節(jié)需求。與傳統(tǒng)儲(chǔ)能技術(shù)相比，除了轉(zhuǎn)換效率偏低，氫儲(chǔ)能在功率容量和儲(chǔ)能周期等方面均具有顯著優(yōu)勢(shì)。由于儲(chǔ)氫容量投資相對(duì)較小，在跨季節(jié)調(diào)峰、應(yīng)急備用等充放電循環(huán)次數(shù)較少、儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)的場(chǎng)景下，氫儲(chǔ)能具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。

二是電氫融合可推動(dòng)電網(wǎng)與氫網(wǎng)靈活互濟(jì)，促進(jìn)更大范圍能源優(yōu)化配置，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行效率及本質(zhì)安全水平。

時(shí)間維度上，通過儲(chǔ)氫平抑電源、負(fù)荷波動(dòng)，提高發(fā)輸變電設(shè)備效率。隨著新能源占比不斷提高，源荷兩側(cè)的工況波動(dòng)進(jìn)一步增大，按傳統(tǒng)平衡配置原則建設(shè)的發(fā)輸變電設(shè)備利用效率將不斷下降，推高電力系統(tǒng)運(yùn)行成本。若電氫深度融合發(fā)展，可彌補(bǔ)電力供需即時(shí)平衡的缺陷，通過儲(chǔ)氣罐等存儲(chǔ)、釋放氫氣的緩沖作用增加平衡柔性。近中期電制氫負(fù)荷可作為柔性負(fù)荷參與電力需求響應(yīng)；遠(yuǎn)期隨著氫發(fā)電技術(shù)的成熟還可發(fā)揮儲(chǔ)能、虛擬電廠作用，同步平抑電源、負(fù)荷兩側(cè)波動(dòng)，提高發(fā)輸變電設(shè)備的利用效率，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。

空間維度上，通過輸氫輸電綜合優(yōu)化，“宜電則電、宜氫則氫”，緩解大規(guī)模、遠(yuǎn)距離送電壓力，提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平及運(yùn)行效率。電氫融合通過“電—氫—電”跨區(qū)域大循環(huán)，將電網(wǎng)難以外送的新能源轉(zhuǎn)為氫能或氫基燃料，經(jīng)公路、鐵路、航運(yùn)、管道等廣義的氫網(wǎng)直接送入長(zhǎng)三角、珠三角、京津冀等負(fù)荷中心發(fā)電，變“電從遠(yuǎn)方來”為“電從身邊來”，既打通了新能源大規(guī)模開發(fā)瓶頸，也緩解了遠(yuǎn)距離集中送電所造成的壓力和風(fēng)險(xiǎn)，還對(duì)受端電網(wǎng)形成更強(qiáng)有力的本地電源支撐，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)本質(zhì)安全。此外，隨著電制氫、氫儲(chǔ)運(yùn)、氫發(fā)電等技術(shù)的進(jìn)步，關(guān)鍵核心設(shè)備的高度集成化和整體撬裝化，讓其運(yùn)輸和裝卸將更加靈活。不僅氫能本身可以通過管束車運(yùn)輸和轉(zhuǎn)供，甚至連電氫融合成套設(shè)備也可以實(shí)現(xiàn)空間的轉(zhuǎn)移和重新分配，從而極大地拓展電網(wǎng)和氫網(wǎng)靈活互濟(jì)空間。當(dāng)局部地區(qū)電力負(fù)荷大幅增長(zhǎng)時(shí)，氫能供給路徑可重新規(guī)劃為發(fā)電騰出容量空間，從而取消或延遲新建變電站或擴(kuò)建變壓器、線路等，提高輸電走廊、變電站址資源緊張地區(qū)電網(wǎng)資產(chǎn)的利用率和經(jīng)濟(jì)性。

三是電氫融合可助力終端能源消費(fèi)脫碳，進(jìn)一步強(qiáng)化新型電力系統(tǒng)在現(xiàn)代能源體系中的樞紐作用。

化石能源發(fā)電將逐步被氫能發(fā)電取代。高比例新能源發(fā)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性導(dǎo)致電力系統(tǒng)在未來相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)仍離不開煤電、氣電等化石能源發(fā)電所發(fā)揮的兜底保障及靈活調(diào)節(jié)作用。而氫能或氫基燃料（氨、甲醇、甲烷）同樣具備煤、氣等燃料型能源發(fā)電的主要優(yōu)勢(shì)，終端消費(fèi)過程則零碳或低碳。隨著氫能生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)及發(fā)電技術(shù)不斷突破，氫燃機(jī)容量增大、成本下降、氫網(wǎng)全面鋪開、大規(guī)模氫能安全存儲(chǔ)商業(yè)化，氫能發(fā)電將從氫儲(chǔ)能、煤摻氨、氣摻氫等，逐步過渡到氫燃機(jī)替代調(diào)峰氣電、熱電聯(lián)產(chǎn)等，最終替代退役中小煤機(jī)乃至存量大型煤電。

氫能替代也是其他行業(yè)終端能源脫碳的重要途徑。除電力外，工業(yè)、交通、建筑等也是我國(guó)碳排放的重要來源，分別占能源活動(dòng)碳排放量的37.5%、10%、10%左右。氫既是重要的化工原料，又是優(yōu)質(zhì)的燃料，可通過燃料替代和原料替代等形式，減少工業(yè)、交通、建筑等領(lǐng)域的化石能源消費(fèi)，助力其低碳轉(zhuǎn)型。

綠氫替代將加快推動(dòng)電氫融合，打造以電為核心的綠色能源樞紐。在“雙碳”目標(biāo)推動(dòng)下，氫能供需兩端均有強(qiáng)烈的碳減排需求，綠氫替代灰氫是大勢(shì)所趨。以當(dāng)前全國(guó)年消費(fèi)3300萬噸氫氣為例，若全部采用可再生能源發(fā)電制氫替代，按每標(biāo)方5千瓦時(shí)電測(cè)算，年需電量達(dá)1.85萬億千瓦時(shí)。綠氫有望成為未來電力需求增長(zhǎng)的重要驅(qū)動(dòng)力。

電氫融合應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)想

從電源側(cè)分析。近期場(chǎng)景是風(fēng)光制氫耦合化工、鋼鐵，改善電源特性、促進(jìn)風(fēng)光消納。可再生能源富集地區(qū)電力邊際成本較低，風(fēng)光制氫供給周邊化工、鋼鐵等用氫大戶具有一定的成本優(yōu)勢(shì)，且可降低用戶對(duì)外來原材料的依賴、助力其深度脫碳，并從改善新能源出力特性中獲得收益，有望最早實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可行性，是近期電源側(cè)電氫融合的主要應(yīng)用場(chǎng)景。遠(yuǎn)期場(chǎng)景是可再生能源就地轉(zhuǎn)換為氫基燃料，輸氫輸電并舉，支撐新能源全面替代化石能源。隨著電制氫、氫發(fā)電等技術(shù)進(jìn)步和成本下降，西部豐富的新能源可就地轉(zhuǎn)換為氫基燃料，供給氫燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電需要，徹底解決新能源隨機(jī)性、間歇性的問題。此外，還可通過公路、鐵路、航運(yùn)、管道等將氫基燃料直送負(fù)荷中心，與輸電并舉，滿足西部清潔能源向中東部、南部負(fù)荷中心大范圍優(yōu)化配置的需要。

從電網(wǎng)側(cè)分析。近期場(chǎng)景是采用開環(huán)流動(dòng)的“電—氫”模式，搭配儲(chǔ)氫罐以大型可調(diào)負(fù)荷形態(tài)服務(wù)電網(wǎng)與氫網(wǎng)。當(dāng)前技術(shù)條件和市場(chǎng)環(huán)境下，電網(wǎng)側(cè)氫儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性仍較差，建議以電制氫形態(tài)通過儲(chǔ)氫罐作為大型可調(diào)負(fù)荷支撐電網(wǎng)，利用氫能大規(guī)模、長(zhǎng)周期的儲(chǔ)能特性，耦合氫能用戶為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)、應(yīng)急備用等，提升綜合收益。遠(yuǎn)期場(chǎng)景是采用閉環(huán)流動(dòng)的“電—氫—電”模式，搭配儲(chǔ)氫罐以源、荷雙重形態(tài)服務(wù)電網(wǎng)與氫網(wǎng)。一方面，通過電制氫平衡功率，將滿足就地發(fā)電需求以外的富余氫氣支撐不同領(lǐng)域的下游應(yīng)用，提升各行業(yè)減碳強(qiáng)度；另一方面，通過氫發(fā)電為電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)支持，且電氫融合系統(tǒng)具有時(shí)空平移特性，電制氫和氫發(fā)電2個(gè)環(huán)節(jié)能夠異地分時(shí)運(yùn)行，更好滿足系統(tǒng)在時(shí)空上對(duì)靈活調(diào)節(jié)資源的需求。

從用戶側(cè)分析。近期場(chǎng)景是分布式就地制氫參與需求響應(yīng)，提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力和加氫站競(jìng)爭(zhēng)力。電制氫響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)范圍寬，且對(duì)電價(jià)極其敏感，參與電力需求響應(yīng)意愿強(qiáng)烈。因此，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，負(fù)荷側(cè)試點(diǎn)分布式就地制氫參與需求響應(yīng)是較合適的，通過合適的價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)其參與需求響應(yīng)，可顯著平抑電網(wǎng)的負(fù)荷波動(dòng)。遠(yuǎn)期場(chǎng)景是“分布式電制氫+氫燃料電池”在用戶側(cè)廣泛應(yīng)用，產(chǎn)消一體負(fù)荷大量涌現(xiàn)，源荷、網(wǎng)荷互動(dòng)能力大幅提升。隨著以光伏為代表的分布式電源快速發(fā)展，在用戶側(cè)大量建設(shè)電制氫裝置和氫燃料電池，形成產(chǎn)消一體負(fù)荷，快速響應(yīng)不匹配電量，提升負(fù)荷靈活互動(dòng)能力，推動(dòng)多能源品種互聯(lián)互補(bǔ)。

（作者單位：南方電網(wǎng)能源發(fā)展研究院電力規(guī)劃中心）

原標(biāo)題： 電氫融合推動(dòng)能源互聯(lián)互濟(jì)