在過(guò)去的幾十年里，我國(guó)一直將煤炭視作能源結(jié)構(gòu)中最為重要的一部分，以期通過(guò)豐富的煤炭資源，彌補(bǔ)我國(guó)缺油少氣的能源稟賦。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)一次能源消費(fèi)構(gòu)成中，煤炭所占比約70%左右，高居全球首位，而發(fā)達(dá)國(guó)家這一比例平均只有21%左右。煤炭的大規(guī)模使用，造成了大量二氧化碳、氮氧化物等有害氣體的排放，讓中國(guó)成為了全球碳排放量最高的國(guó)家，環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重。
然而，大規(guī)模的煤炭使用，并不能改善大量進(jìn)口石油和天然氣的現(xiàn)狀。2019年，我國(guó)石油和天然氣對(duì)外依存度繼續(xù)增長(zhǎng)，分別達(dá)到70.8%和43%。石油和天然氣作為國(guó)家重要的戰(zhàn)備儲(chǔ)存能源，過(guò)高的對(duì)外依存度是一個(gè)危險(xiǎn)的信號(hào)。特別是在今年，疫情仍在全球肆虐，國(guó)際貿(mào)易局勢(shì)復(fù)雜多變、撲朔迷離，給我國(guó)現(xiàn)有的能源供應(yīng)格局帶來(lái)更多挑戰(zhàn)。
在能源供應(yīng)安全和環(huán)境問(wèn)題的雙重壓力下，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)亟待迎來(lái)一場(chǎng)深刻的變革。而這場(chǎng)創(chuàng)新變革中，最活躍的領(lǐng)域毫無(wú)疑問(wèn)將來(lái)自于可再生能源。美國(guó)、歐洲、日本等國(guó)家和地區(qū)都已通過(guò)出臺(tái)政策法規(guī)，將能源技術(shù)作為新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命的突破口。
我國(guó)作為能源消費(fèi)大國(guó)，加快可再生能源發(fā)展已箭在弦上。
01 儲(chǔ)能技術(shù)是可再生能源發(fā)展的基礎(chǔ)
早在2017年，國(guó)家就開(kāi)始推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)向可再生能源轉(zhuǎn)型，當(dāng)時(shí)國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局印發(fā)的《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略(2016-2030)》要求，到2030年，非化石能源發(fā)電量占全部發(fā)電量的比重力爭(zhēng)達(dá)到50%。但據(jù)國(guó)家能源局的數(shù)據(jù)顯示，2019年全國(guó)可再生能源發(fā)電量2.04萬(wàn)億千瓦時(shí)，占全部發(fā)電量的27.9%，僅比2018年提高了1.2%，增速較為緩慢。
可再生能源發(fā)電具有明顯間歇性，特別是光伏和風(fēng)電等，受氣候季節(jié)影響明顯，造成其波動(dòng)性遠(yuǎn)超傳統(tǒng)化石能源發(fā)電，對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰填補(bǔ)的要求非常高，并網(wǎng)消納問(wèn)題長(zhǎng)期存在。
近兩年，國(guó)家出臺(tái)了一系列扶持政策，使得并網(wǎng)消納問(wèn)題正在得到逐步改善。西藏、云南、青海和四川等可再生能源豐富的西部地區(qū)，可再生能源電力占全社會(huì)用電比重已經(jīng)超過(guò)80%。但是，由于西部地區(qū)整體用電量相與東部地區(qū)有明顯差距，所以即便未來(lái)占比能夠達(dá)到100%，隨著可再生能源發(fā)電量進(jìn)一步攀升，全部依靠本地消納也并不現(xiàn)實(shí)。
解決問(wèn)題的關(guān)鍵，就在于儲(chǔ)能。通過(guò)集中式氫儲(chǔ)能與分布式電池儲(chǔ)能相結(jié)合，可以靈活調(diào)峰填補(bǔ)，彌補(bǔ)可再生能源間歇性、波動(dòng)性、區(qū)域經(jīng)濟(jì)差異性等弊端，推動(dòng)可再生能發(fā)電大規(guī)模接入。
此外，之所以要強(qiáng)調(diào)儲(chǔ)能的重要性，還有一個(gè)重要的原因在于，可再生能源發(fā)電“平價(jià)”上網(wǎng)近在咫尺，未來(lái)還會(huì)進(jìn)一步降低，儲(chǔ)能成本將會(huì)占更高的比例。因此，儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展將成為可再生能源發(fā)展的重要推動(dòng)力。
02 氫儲(chǔ)能與可再生能源有天然結(jié)合點(diǎn)
目前來(lái)看，小規(guī)模、短周期儲(chǔ)存其實(shí)鋰離子動(dòng)力電池等已經(jīng)非常優(yōu)秀。但是，中國(guó)西北部的集中式大規(guī)模光伏和風(fēng)電等可再生能源發(fā)展的瓶頸，在于長(zhǎng)周期大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)。國(guó)際可再生能源署2019年發(fā)布的《氫：可再生能源的前景》報(bào)告中指出，隨著太陽(yáng)能和風(fēng)能的存儲(chǔ)需求顯著增長(zhǎng)，由可再生能源產(chǎn)生的大量氫氣與儲(chǔ)氫技術(shù)相結(jié)合，可以為電力系統(tǒng)提供長(zhǎng)期的季節(jié)性靈活性。而且可再生能源電量比例在電力系統(tǒng)中的占比越高，季節(jié)性、長(zhǎng)周期、大規(guī)模存儲(chǔ)的重要性就越凸顯。
從技術(shù)角度看，電解水制氫技術(shù)將是連接可再生能源和氫儲(chǔ)能的重要紐帶。根據(jù)中國(guó)氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟預(yù)測(cè)，到2050年之后，70%的氫氣將來(lái)自于可再生能源，可以說(shuō)電解水制氫將成為主流。日本在電解水制氫方面已處于領(lǐng)先位置，2020年3月7日，位于日本福島縣浪江町的福島氫能研究場(chǎng)已正式開(kāi)始運(yùn)行，這是世界最大的利用可再生能源的電解水制氫基地。目前，我國(guó)中船集團(tuán)718所等企業(yè)都在電解水制氫領(lǐng)域有了一定的技術(shù)積累。
從經(jīng)濟(jì)角度看，儲(chǔ)氫的成本相對(duì)更低，按目前1kg氫相當(dāng)于34度電來(lái)算，氫能儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存1千瓦時(shí)能量約需100元。而電池儲(chǔ)能，因?yàn)閷?duì)使用壽命有要求，一般要達(dá)到9000次循環(huán)壽命，因此儲(chǔ)存1千瓦時(shí)能量大約需要1000元以上。國(guó)際可再生能源署也認(rèn)為，當(dāng)前可再生能源電力制氫可能是經(jīng)濟(jì)的，但仍需進(jìn)一步降低成本。
有人質(zhì)疑氫電轉(zhuǎn)換的效率問(wèn)題。但實(shí)際上，如果可再生能源電價(jià)成本足夠低，即便因?yàn)樾蕟?wèn)題導(dǎo)致成本增加，也會(huì)比電化學(xué)儲(chǔ)能的成本低不少。近期北歐的一項(xiàng)研究結(jié)論也支持這一觀點(diǎn)，他們認(rèn)為盡管氫儲(chǔ)能的循環(huán)效率相對(duì)較低，但在未來(lái)高可再生能源比例的情景中，氫對(duì)電力的存儲(chǔ)仍將是有益的，能有助于避免削減能源，增加可再生能能源整體部署。此外，研究表明氫儲(chǔ)能這一方式在經(jīng)濟(jì)上也具備可行性。
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2050年儲(chǔ)氫情況預(yù)測(cè)
此外，氫能還具備更好的商品屬性。當(dāng)前，日本作為全球主要的氫燃料進(jìn)口國(guó)，從澳大利亞等國(guó)家大批量進(jìn)口氫燃料，證明了氫是可以作為商品進(jìn)行交易。而我國(guó)可再生能源非常豐富，如果能過(guò)抓住這一全新機(jī)遇，通過(guò)低成本制氫，再出口給氫燃料消費(fèi)大國(guó)，將能夠?yàn)槲覈?guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展釋放更多的動(dòng)能。
從環(huán)保角度看，氫能作為可再生能源技術(shù)體系重要的組成部分，能夠做到全生命周期零碳排放，未來(lái)發(fā)展集中式大規(guī)模可再生能源一定離不開(kāi)氫能。反過(guò)來(lái)講，如果氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不結(jié)合可再生能源，而是與傳統(tǒng)化石燃料相結(jié)合，也是毫無(wú)意義的。環(huán)保低碳減排是氫能可持續(xù)性發(fā)展的基礎(chǔ)之一，任何經(jīng)濟(jì)活動(dòng)都不能動(dòng)搖這一根基。
中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高曾表示，氫能是支撐集中式可再生能源大規(guī)模發(fā)展和充分利用的重要途徑。未來(lái)，氫能將在促進(jìn)大規(guī)模可再生能源的整合與發(fā)電、跨部門(mén)和地區(qū)的能源分發(fā)、新增能源系統(tǒng)的彈性緩沖、交通能源脫碳化、工業(yè)能源脫碳化、建筑熱量和能源脫碳化和提供清潔工業(yè)原料等7個(gè)方面發(fā)揮重要作用。
目前，制定國(guó)家氫能發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃已經(jīng)寫(xiě)入《關(guān)于2019年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃執(zhí)行情況與2020年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃草案的報(bào)告》，想必我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)路線圖的發(fā)布指日可待。未來(lái)，還要探索更廣泛的氫能應(yīng)用場(chǎng)景，釋放更多新動(dòng)能，讓氫能產(chǎn)業(yè)蛻變成跨行業(yè)、跨領(lǐng)域、承載著更多任務(wù)的巨大藍(lán)海。