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如何突破當(dāng)前可再生能源發(fā)展瓶頸？

發(fā)布時間:

2020-06-09

在過去的幾十年里，我國一直將煤炭視作能源結(jié)構(gòu)中最為重要的一部分，以期通過豐富的煤炭資源，彌補我國缺油少氣的能源稟賦。數(shù)據(jù)顯示，我國一次能源消費構(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，讓中國成為了全球碳排放量最高的國家，環(huán)境問題日益嚴(yán)重。

然而，大規(guī)模的煤炭使用，并不能改善大量進口石油和天然氣的現(xiàn)狀。2019年，我國石油和天然氣對外依存度繼續(xù)增長，分別達(dá)到70.8%和43%。石油和天然氣作為國家重要的戰(zhàn)備儲存能源，過高的對外依存度是一個危險的信號。特別是在今年，疫情仍在全球肆虐，國際貿(mào)易局勢復(fù)雜多變、撲朔迷離，給我國現(xiàn)有的能源供應(yīng)格局帶來更多挑戰(zhàn)。

在能源供應(yīng)安全和環(huán)境問題的雙重壓力下，我國能源結(jié)構(gòu)亟待迎來一場深刻的變革。而這場創(chuàng)新變革中，最活躍的領(lǐng)域毫無疑問將來自于可再生能源。美國、歐洲、日本等國家和地區(qū)都已通過出臺政策法規(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。

我國作為能源消費大國，加快可再生能源發(fā)展已箭在弦上。

01 儲能技術(shù)是可再生能源發(fā)展的基礎(chǔ)

早在2017年，國家就開始推動能源結(jié)構(gòu)向可再生能源轉(zhuǎn)型，當(dāng)時國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)的《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略(2016-2030)》要求，到2030年，非化石能源發(fā)電量占全部發(fā)電量的比重力爭達(dá)到50%。但據(jù)國家能源局的數(shù)據(jù)顯示，2019年全國可再生能源發(fā)電量2.04萬億千瓦時，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，造成其波動性遠(yuǎn)超傳統(tǒng)化石能源發(fā)電，對電網(wǎng)調(diào)峰填補的要求非常高，并網(wǎng)消納問題長期存在。

近兩年，國家出臺了一系列扶持政策，使得并網(wǎng)消納問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用電比重已經(jīng)超過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，所以即便未來占比能夠達(dá)到100%，隨著可再生能源發(fā)電量進一步攀升，全部依靠本地消納也并不現(xiàn)實。

解決問題的關(guān)鍵，就在于儲能。通過集中式氫儲能與分布式電池儲能相結(jié)合，可以靈活調(diào)峰填補，彌補可再生能源間歇性、波動性、區(qū)域經(jīng)濟差異性等弊端，推動可再生能發(fā)電大規(guī)模接入。

此外，之所以要強調(diào)儲能的重要性，還有一個重要的原因在于，可再生能源發(fā)電“平價”上網(wǎng)近在咫尺，未來還會進一步降低，儲能成本將會占更高的比例。因此，儲能技術(shù)的發(fā)展將成為可再生能源發(fā)展的重要推動力。

02 氫儲能與可再生能源有天然結(jié)合點

目前來看，小規(guī)模、短周期儲存其實鋰離子動力電池等已經(jīng)非常優(yōu)秀。但是，中國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，在于長周期大規(guī)模儲能系統(tǒng)。國際可再生能源署2019年發(fā)布的《氫：可再生能源的前景》報告中指出，隨著太陽能和風(fēng)能的存儲需求顯著增長，由可再生能源產(chǎn)生的大量氫氣與儲氫技術(shù)相結(jié)合，可以為電力系統(tǒng)提供長期的季節(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、長周期、大規(guī)模存儲的重要性就越凸顯。

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能的重要紐帶。根據(jù)中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟預(yù)測，到2050年之后，70%的氫氣將來自于可再生能源，可以說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已正式開始運行，這是世界最大的利用可再生能源的電解水制氫基地。目前，我國中船集團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)濟角度看，儲氫的成本相對更低，按目前1kg氫相當(dāng)于34度電來算，氫能儲能裝置儲存1千瓦時能量約需100元。而電池儲能，因為對使用壽命有要求，一般要達(dá)到9000次循環(huán)壽命，因此儲存1千瓦時能量大約需要1000元以上。國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)濟的，但仍需進一步降低成本。

有人質(zhì)疑氫電轉(zhuǎn)換的效率問題。但實際上，如果可再生能源電價成本足夠低，即便因為效率問題導(dǎo)致成本增加，也會比電化學(xué)儲能的成本低不少。近期北歐的一項研究結(jié)論也支持這一觀點，他們認(rèn)為盡管氫儲能的循環(huán)效率相對較低，但在未來高可再生能源比例的情景中，氫對電力的存儲仍將是有益的，能有助于避免削減能源，增加可再生能能源整體部署。此外，研究表明氫儲能這一方式在經(jīng)濟上也具備可行性。

2050年儲氫情況預(yù)測

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口國，從澳大利亞等國家大批量進口氫燃料，證明了氫是可以作為商品進行交易。而我國可再生能源非常豐富，如果能過抓住這一全新機遇，通過低成本制氫，再出口給氫燃料消費大國，將能夠為我國經(jīng)濟發(fā)展釋放更多的動能。

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，未來發(fā)展集中式大規(guī)模可再生能源一定離不開氫能。反過來講，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)濟活動都不能動搖這一根基。

中國科學(xué)院院士歐陽明高曾表示，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，氫能將在促進大規(guī)?？稍偕茉吹恼吓c發(fā)電、跨部門和地區(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個方面發(fā)揮重要作用。

目前，制定國家氫能發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃已經(jīng)寫入《關(guān)于2019年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃執(zhí)行情況與2020年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃草案的報告》，想必我國氫能產(chǎn)業(yè)路線圖的發(fā)布指日可待。未來，還要探索更廣泛的氫能應(yīng)用場景，釋放更多新動能，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。