可再生能源制氢——“双碳”新举措

1 我国能源现状和战略

化石燃料等传统能源的消耗和日益严峻的环境压力使国家和社会对新型清洁能源的需求越来越大，在2021年的两会中，碳达峰、碳中和、新能源、氢能已成为热点话题。“十四五”期间，全国能源行业将进入全面变革的关键期。未来随着能源产业形势发生改变，化石能源将大幅减少，可再生能源利用技术大力发展，能源发展将面临重大变化。

2020年中国正式宣布将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标，并提出了“十四五”时期严控煤炭等化石能源消费增长等新举措，这是我国推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求作出的重大战略决策，展现了中国作为负责任大国的作为和担当。

图1:碳达峰与碳中和

随着我国经济由注重量到注重质的转变，由粗放型向集约型转变，能源行业面临重大调整，也将向着高效节能方向变革。在“3060双碳”战略指导下，可以预测，“十四五”期间，可再生能源将迎来快速增长，并逐步超过化石能源成为能源供给的主流，进而推进低碳转型。

2 可再生能源与氢能源相结合

2.1 可再生能源发展需要配套储能

发展可再生能源是降低碳排放的必要途径，也是能源转型的必由之路，这就需要提升可再生能源在能源消耗中的比例。在“十四五”期间，我国风电、太阳能发电总装机容量将进一步增加。目前，水电、风电、光电装机规模均居世界首位，总装机容量约占全球可再生能源总量的1/4。然而我国可再生能源发展面临诸多问题，其中最主要的问题有：（1）由地理分布不均、随机性和季节性大导致的错峰难度大，再加上储能不足，进而引发部分地区发电不稳定，导致弃风、弃水、弃光严重。因此，如何解决大规模可再生能源消纳成为实现“双碳目标”必须解决的问题。

基于此，可再生能源的发展，最重要的是要解决储能问题。开发开发新型高效的储能方式，在可再生能源丰富的季节和地区能发尽发，将电能储存起来，将能源均衡起来，错峰输送，即可达到平稳运行的目的。开发新型储能方式一方面可以进一步提高电力系统灵活性，另一方面是解决我国可再生能源发电量过剩最根本的办法。储能作为战略性新兴产业，是增强能源系统供应安全性、灵活性、综合效率的重要环节，是支撑能源转型的关键技术之一。

图2:可再生能源

2.2 氢能源发展的必要性

应对全球气候变化必须推进低碳发展，推进低碳发展的重点是实现能源结构转型，而氢能正好是零污染的清洁能源。加快发展氢能产业，将有利于促进关键核心技术开发，推动能源低碳转型，促进经济社会全面绿色转型发展，为实现我国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”目标作出突出贡献。

我国氢能资源十分丰富，氢能技术研发已取得长足进展，促进氢能产业发展的制度和政策环境正在形成。近年来，我国与氢能相关的高性能产品研发及批量生产、催化剂等核心技术研发取得了重要进展，氢能制储运技术已具备了较好的发展基础，已开发出具有自主知识产权的氢燃料电池关键部件。

目前，我国是第一产氢大国，拥有中国石化、中国石油、中国神华等一批副产氢和煤制氢企业，年氢产量约2200万吨，占全球三分之一。中国在氢气制取上有巨大优势，化工工业副产氢相关企业多达百家，仅煤化工板块年产氢就超过400万吨。特别是，我国可再生能源制氢具有较大的潜力，可以用于以电解水方式制取“绿氢”。同时，可发挥氢气的储能作用，以解决间歇式能源消纳问题。

2020年初，国家发改委、司法部发布《关于加快建立绿色生产和消费法规政策体系的意见》，并于2021年完成研究制定氢能、海洋能等新能源发展的标准规范和支持政策。2020年4月，国家能源局发布《中华人民共和国能源法（征求意见稿）》，氢能被列为能源范畴。2020年6月，氢能先后被写入《2020年国民经济和社会发展计划》、《2020年能源工作指导意见》。

近年来，在美国、日本、韩国、欧盟等国家和地区氢能和燃料电池的战略指引下已取得长足的进步，产业化窗口日趋临近。我国也高度重视燃料电池技术的发展，在《节能与新能源汽车产业规划（2012）》、《中国制造2025》等战略规划中都明确了要大力发展氢能燃料电池车。燃料电池汽车产业要发展，加氢站建设、加氢设备等加氢基础设施的研发和配套是发展的关键。尤其是欧美日燃料电池汽车进入商业化示范阶段，加氢站建设必将提速。

中国氢燃料电池产业发展自2017 年起进入快车道，地方政府纷纷布局氢能产业，出台氢能与燃料电池产业发展规划，引导加氢基础设施建设。2019 年初，“推动充电、加氢等设施建设”更是首次写入中国政府工作报告。2019 年6 月，中国氢能联盟发布了《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》，其中规划了中国氢能及燃料电池产业发展路线图，按其规划，我国加氢站的发展目标是2025年200座，2035年1500座，2050年10000座。

与传统能源相比，氢能具有热值高、环保性能好、来源广泛、用途广泛等优势，氢储能具有开发潜力大、生产灵活、清洁高效、污染少等特点，被认为是21世纪的“终极能源”，是大规模储能的有效方式。目前，氢主要应用于化工领域，作为合成氨、甲醇和石油炼化等的原料，在金属冶炼、电子产品和玻璃工业等领域具备商用价值。我国在“十三五”、“十四五”规划中都曾将氢能作为未来能源发展和变革的重要方向，并在多个政府文件中倡导加速发展制氢、储氢、用氢等产业链技术装备，大力推动储能系统规模化示范。这标志着氢能产业规划已经逐步进入国家顶层设计阶段，“十四五”期间，氢能也将迎来快速发展期。

图3:氢能产业

2.3 可再生能源与氢能源综合利用

目前，全球现有氢能几乎全部由化石能源转化而来，主要的制氢方式为天然气制氢和煤气化制氢。国外以天然气制氢为主，例如美国；而我国以煤制氢为主，达到了62%。随着我国煤等化石能源的减少，煤价上涨，煤制氢成本将进一步提升，那么就需要提升可再生能源制氢技术。

我国具有丰富的风能、太阳能，将可再生能源产生的多余的电能制取氢，可以有效降低电制氢成本，降低碳排放，提升可再生能源利用率，此外，进一步将可再生能源以氢能的方式进行了储存。基于此，有助于提高我国风电和光电利用率，降低能源环境污染，缓解能源危机，同时有利于建设节约型社会，加快能源结构的转型。

为了实现完整的可再生能源－电能－氢能－电能转化过程，氢储能技术中制氢技术、储氢技术、氢氧燃料电池技术的发展尤为重要，目前制氢技术、储氢技术、氢氧燃料电池技术已经由快速发展阶段转向深入研究阶段。

图4:可再生能源与氢能产业

3 可再生能源与氢能相结合的意义

我国西北地区风力大，光照充足，地广人稀，风能和光能资源丰富；东部沿海海上风能和潮汐能资源充足，利用可再生能源制氢，有助于在绿色低碳转型过程中，实现能源的安全稳定供应，同时氢能还可以作为能源载体进行国际贸易，实现能源出口，扭转我国能源格局。

所以，将可再生能源技术与氢能源综合利用结合起来，利用可再生能源制氢，将多余的能量储存起来，或利用氢作为能量运输的方式，是我国深化能源革命的有效途径，是我国能源安全保障的有力举措。