編者按：2022年7月20-21日，以“碳中和與全球產(chǎn)業(yè)融合”為主題的“第四屆未來能源大會”在北京召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會上，全球能源互聯(lián)網(wǎng)合作組織經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院院長助理肖晉宇先生做了題為“推動新型能源和綠氫發(fā)展，加快能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型”主題演講。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

非常高興今天能夠有這個機(jī)會到這跟大家分享一下我們合作組織在一段時間關(guān)于碳中和以及儲能和綠氫方面研究的成果和大家進(jìn)行分享，首先實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，碳中和是中央和國務(wù)院統(tǒng)籌國內(nèi)國際兩個大局做出的重大決策，它本身是一個全社會系統(tǒng)性的變革，對于引領(lǐng)中國下一步引領(lǐng)全球的能源治理，推動生態(tài)文明建設(shè)也是至關(guān)重要的。

實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，能源是主戰(zhàn)場，電力是主力軍，根據(jù)合作組織的研究，能源活動的減排貢獻(xiàn)率到碳中和階段達(dá)到80%，如何實(shí)現(xiàn)減排重點(diǎn)在兩個方面，首先是在能源生產(chǎn)側(cè)進(jìn)行清潔化，2060年我們國家的能源生產(chǎn)當(dāng)中一次能源占比清潔能源占比達(dá)到90%，如何高效利用這么高比例的清潔能源，需要我們提高能源系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，發(fā)展儲能，提高調(diào)節(jié)能力變得至關(guān)重要。

另外一個方面，在能源的消費(fèi)側(cè)的電氣化，預(yù)計(jì)到2060年我國全社會用電量達(dá)到17萬億千瓦時，電能會成為主要的用能形式，同時來自于綠電的綠氫將成為電能在終端用能的重要補(bǔ)充。展望未來，到了碳中和的階段，大概合作組織我們預(yù)計(jì)的是70%的終端能源是直接或者間接來自于電，新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建對全社會實(shí)現(xiàn)碳中和變得非常的重要和關(guān)鍵。

今天我結(jié)合合作組織近期的研究成果，針對兩個主題，一個是儲能，一個是綠氫，跟大家進(jìn)行介紹。分享一些觀點(diǎn)和看法。

首先是關(guān)于對于儲能的認(rèn)識，實(shí)際上大家可能感覺因?yàn)橛辛诵履茉粗螅娏ο到y(tǒng)才有了儲能，實(shí)際上不是這樣的，傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)也有大量高效能源存儲的設(shè)施，這個就是煤廠，油管和水庫，它們存儲我們一次能源，但是到了未來的減碳，電力系統(tǒng)減碳之后風(fēng)光等清潔能源講變得不可存儲，因此我們判斷電儲能，從一次能源的存儲轉(zhuǎn)變?yōu)槎文茉创鎯⒊蔀閮δ苤匾囊环N形式。

關(guān)于儲能的儲電，我們知道電是不容易存儲的，其實(shí)儲電的探索從技術(shù)方面應(yīng)該來說人類經(jīng)過上百年的探索，但是迄今為止人類沒有找到一種便捷又有通用的儲電技術(shù)，在這個里面根據(jù)我們的研究，儲能的時間尺度是影響儲能技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，我們發(fā)現(xiàn)新能源發(fā)電以及我們用電需求在不同的時間，在秒級，小時級，甚至周和月長時間尺度下都存在著隨機(jī)性和波動性的特點(diǎn)。

給未來的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定，季節(jié)調(diào)整等方面提出一系列的挑戰(zhàn)，為了實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，我們需要發(fā)展三種時間尺度的儲能，這個就是瞬時出，短期儲能和長期儲能，對應(yīng)我們到2040年左右快速減排階段，一方面需要大量的瞬時儲能給電力系統(tǒng)運(yùn)行提供安全支撐，另外一個方面長期儲能也變得必不可少。我們做了一些測算，到了那個時候系統(tǒng)儲能的功率占最大負(fù)荷大約30%-40%，儲電量要占到全社會用電電量的1%，我們同時也字了一下橫向的對比，這個電量和目前我們火電電力系統(tǒng)的煤電廠存煤的能力基本的樣當(dāng)。

到了高比例清潔能源，滲透率達(dá)到80%以后，我們需要發(fā)展廣義儲能的技術(shù)，利用P2X實(shí)現(xiàn)跨能源品種的存儲。關(guān)于儲能的成本，儲能是耗能的設(shè)備，只要系統(tǒng)里安裝儲能，勢必會增加系統(tǒng)的成本，我們研究發(fā)現(xiàn)儲能與新能源既要協(xié)同發(fā)展，同時兩者之間存在成本競爭的關(guān)系。從系統(tǒng)的角度看，儲能技術(shù)成本的下降速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于新能源發(fā)電成本下降的速度，勢必提高系統(tǒng)配置儲能的成本邊界，在一定程度上反而會抑制系統(tǒng)配置儲能的需求。

在這個時候一定規(guī)模的棄風(fēng)棄光會變成更為經(jīng)濟(jì)的可行的系統(tǒng)調(diào)節(jié)的手段，我們知道風(fēng)光發(fā)電本身已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了評價上網(wǎng)，我們對高比例新能源場景下按照系統(tǒng)評價的邊界條件，不僅僅是發(fā)電評價，而是以整個電力系統(tǒng)的供電評價來作為邊界條件我們做了一些分析。在新能源滲透率20%-50%這個階段，短時儲能的成本在當(dāng)前的水平下下降大約一半，達(dá)到1000元每千瓦時左右，在這種情況下我們電力系統(tǒng)它的接受程度是比較好的，當(dāng)新能源滲透率達(dá)到50%，長期儲能度電成本降低30-50元每千瓦時。

儲能在空間上的配置也是一個非常重要的問題，電網(wǎng)互聯(lián)它能夠?qū)崿F(xiàn)靈活性資源在空間上的優(yōu)化配置，在一定程度上可以節(jié)省儲能投資，我們的建設(shè)揭示了其中三個規(guī)律，一個是擴(kuò)大聯(lián)網(wǎng)規(guī)模，可以在一定程度上替代儲能。二是電網(wǎng)互聯(lián)，替代儲能存在邊際效應(yīng)，這個邊界主要是由聯(lián)網(wǎng)的兩個區(qū)域之間互補(bǔ)的潛力大小決定的。

第三個規(guī)律是我們從電網(wǎng)互聯(lián)的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性上面進(jìn)行綜合分析，我們的結(jié)論是電網(wǎng)互聯(lián)它替代長期儲能的競爭力更加明顯。為了滿足新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的要求，我們提出應(yīng)該分階段的構(gòu)建與新型電力系統(tǒng)相適應(yīng)的儲能體系，我們認(rèn)為儲能體系應(yīng)該包括三個維度，一個是時間尺度，配置環(huán)節(jié)，最后是應(yīng)用場景。

在電源側(cè)配置以抽蓄，電化學(xué)和儲氫為主，目的是降低發(fā)電的波動性，在電網(wǎng)環(huán)節(jié)配置抽水蓄能為主的儲能，目的是保障電網(wǎng)和電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全，在用戶側(cè)以電化學(xué)和電動汽車為主，提升用電質(zhì)量和靈活性。

當(dāng)前我們主要的工作是加快火電靈活性的改造，通過市場和政策充分的發(fā)揮常規(guī)電源的調(diào)節(jié)能力，加快建設(shè)一批抽水蓄能電站，在2030年達(dá)峰階段，我們發(fā)電側(cè)廣泛配置一些短時儲能，平抑新能源的隨機(jī)性和波動性。到了2050年用戶側(cè)大量的用戶汽車參與V2G，成為短時儲能的主要來源，并且也要積極的發(fā)展一些長期儲能解決新型電力系統(tǒng)的季節(jié)性不平衡問題。

到了碳中和階段，我們需要在生產(chǎn)側(cè)和消費(fèi)側(cè)實(shí)現(xiàn)對化石能源存量的快速替代，需要創(chuàng)新發(fā)展新的零碳能源技術(shù)，綠氫就是重要的選擇。實(shí)現(xiàn)碳中和需要對化工，冶金，航空這些行業(yè)進(jìn)行減碳，有一些特點(diǎn)，這些行業(yè)很難進(jìn)行直接的電氣化，綠氫將成為連接可再生能源和這些領(lǐng)域用能的關(guān)鍵的紐帶。前面有專家提到從歐洲他們的發(fā)展來看也提出了類似的發(fā)展愿景，綠氫來自于綠電，所以經(jīng)濟(jì)高效的清潔發(fā)電是發(fā)展綠氫的關(guān)鍵，這一點(diǎn)在中國是尤為具有優(yōu)勢，同時綠氫也是綠電的一種延伸，它可以在冶金航空這些領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)間接電能替代，甚至于在化工領(lǐng)域，還可以實(shí)現(xiàn)電的非能利用，就是把電變?yōu)樵牧蠞M足工業(yè)生產(chǎn)的需要。

最后氫還可以通過一些技術(shù)，包括燃料電池，包括氫燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行發(fā)電，便捷的實(shí)現(xiàn)電氫電的雙向轉(zhuǎn)化，這個為我們電氫協(xié)同發(fā)展提供了可能。

關(guān)于電氫協(xié)同我們認(rèn)為它的核心價值在于可以充分的發(fā)揮電便于傳輸，而氫易存儲兩個互補(bǔ)性的優(yōu)勢，在提供零碳能源的同時，也為新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建提供了全新的一種解決方案，我們認(rèn)為電氫協(xié)同具體來說三種模式，在送端，新能源基地發(fā)展電制氫，一方面通過電制氫調(diào)整新能源基地外送電的特性，同時新能源基地除了用送電還能夠再外送氫能。

二在負(fù)荷中心傳統(tǒng)售電的基礎(chǔ)上協(xié)同發(fā)展本地電制氫和接受區(qū)外來電制氫，在中間配置環(huán)節(jié)，結(jié)合氫儲運(yùn)的效率和系統(tǒng)積極性，優(yōu)化輸電和輸氫，未來我們認(rèn)為零碳的能源系統(tǒng)應(yīng)該是電和氫協(xié)同發(fā)展的系統(tǒng)。

合作組織對于碳中和情境下2060年中國的綠氫發(fā)展進(jìn)行了研究，首先從生產(chǎn)這側(cè)看，我們對生產(chǎn)中國的2060年綠氫的生產(chǎn)潛力和成本進(jìn)行了一些研究，我們預(yù)計(jì)到了2030年中國基地化綠氫生產(chǎn)成本可以下降15元每公斤，開始具備規(guī)模化發(fā)展的條件，到了2060年制氫的成本，綠氫的成本進(jìn)一步下降10元之類，其中在西部，北部新能能源資源非常豐富的地區(qū)，生產(chǎn)成本有望降到7-8元，那個時候綠氫的成本低于目前的煤炭制氫，具有非常強(qiáng)競爭力。

從消費(fèi)方面看，當(dāng)前氫主要還是用在化工領(lǐng)域，作為能源使用的比例非常低，因此為了要加快碳減排，我們應(yīng)該要在難以直接電氣化的用能領(lǐng)域快速發(fā)展基于綠氫的用能裝備和生產(chǎn)工藝，我們預(yù)計(jì)到了2060年全國的中國氫的需求大約是1億噸左右，綠氫7500萬噸，分布看綠氫的消費(fèi)主要集中在中東部的地區(qū)，大約占比3/4左右，我們設(shè)置4種場景完成中國碳中和情境下的電氫能源系統(tǒng)的對比研究，情境一就是我們以就地制氫，所有當(dāng)?shù)氐臍湫枨笕坑杀镜氐木G電生產(chǎn)，對于中國的中東部地區(qū)來說，需要大力的開發(fā)分布式和海上的新能源資源。

情境二是直接輸氫，因?yàn)橹袞|部地區(qū)它的綠電，特別是分布式和海上資源開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性問題導(dǎo)致綠氫的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)性存在競爭力不足，因此需要通過管道輸入一部分西部，北部化生產(chǎn)的綠氫。

情境三是全部輸電，東中部提高售電規(guī)模，其中一部分售入的電力在中東部地區(qū)就地制氫，滿足當(dāng)?shù)氐臍湫旌！?/p>

情景四是電氫協(xié)同優(yōu)化發(fā)展模式，在這種模式下，本地開發(fā)綠電，制備綠氫，西部、北部輸氫，以及售電后在當(dāng)?shù)刂茪洌@三種模式進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化。按照系統(tǒng)、能源、供應(yīng)成本最低的原則進(jìn)行優(yōu)化，研究結(jié)果表明，在滿足用能需求的條件下。電氫協(xié)同配置的方式經(jīng)濟(jì)性最好，可以降低系統(tǒng)的用能成本15%，這個時候的用能成本既包括了電，也包括了氫。具體來看，東中部地區(qū)大約一半左右的綠氫是在本地開發(fā)綠電，另外一半需要收入的綠氫，其中1/4左右是通過管道，從西部北部進(jìn)行輸入，3/4左右是采用輸電帶輸氫的方式，進(jìn)行遠(yuǎn)距離的輸送。

總體來看受益于中國堅(jiān)強(qiáng)的特高壓大電網(wǎng)在陸地上2000-3000公里范圍之內(nèi)，輸電相比于輸氫仍然具有一定的競爭優(yōu)勢，特別是采用輸電方式更便于在消費(fèi)端進(jìn)行靈活的配置。

最后，簡單看一下電氫協(xié)同發(fā)展價值。剛才提到電氫協(xié)同可以帶來15%的成本下降，為什么會帶來成本下降。

第一，電氫協(xié)同能夠提高電力系統(tǒng)的靈活性，可以同時提供短時和長期兩種靈活性資源，在短時間尺度方面電制氫本身是柔性負(fù)荷，本身能夠與波動的新能源非常好的進(jìn)行匹配，另外借助于氫，廉價的大容量的存儲能力，可以有效的解決新型電力系統(tǒng)季節(jié)性不平衡問題。從計(jì)算結(jié)果來看，我們可以看到儲氫設(shè)備存在明顯的兩個大的循環(huán)周期，可以看到春季和秋季是在儲氫，在夏季和冬季，這兩個季節(jié)是中國傳統(tǒng)用能高峰，不管是電力需求還是熱力需求，都是用能高峰，這兩個季節(jié)是在放氫。

第二，在連續(xù)微風(fēng)弱光的氣象條件下，會存在風(fēng)光出力不足情況，電制氫的負(fù)荷一方面可以及時的中斷，同時存儲的氫氣還可以通過氫發(fā)電設(shè)備，成為新型電力系統(tǒng)當(dāng)中非常重要和關(guān)鍵的保供電源，因此電氫協(xié)同發(fā)展還可以有效的提升能源系統(tǒng)在各種天氣條件下的供應(yīng)保障能力。

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)需要加快發(fā)展儲能和氫能，這兩個是兩個萬億級別的新型技術(shù)產(chǎn)業(yè)，中國目前這兩個方面已經(jīng)具備了一定的先發(fā)優(yōu)勢，相信在積極政策的引導(dǎo)下，這兩個產(chǎn)業(yè)發(fā)展必將未來可期。合作組織針對儲能和綠氫完成了系統(tǒng)性研究，剛才介紹的主要是我們的結(jié)論和觀點(diǎn)，在我們出版的這兩份報(bào)告里，可以找到更多的數(shù)據(jù)、模型、案例和產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿Υ鸢浮Ｖx謝大家。