氢能不仅是动力的重要来源,更重要的是其能源属性可以助力构建以新能源为主体的新型电力(能源)系统,发展氢能技术是实现碳中和的重要途径。
固态氧化物电池(SOC)是实现氢能利用的关键途径,既可以电解水产生氢,又可以共解二氧化碳,还可以提供低碳(零碳)电力,实现跨季储能。发展SOC及其相关技术,是未来新技术、新产业的重要选项,超前布局“绿色氢”“绿色碳”“绿色电”等低碳技术,进而构建新能源为主体的新型电力(能源)系统,有助于尽早实现碳达峰、碳中和。
随着应对气候变化问题成为全球各国政府的共识,推进碳达峰、碳中和成为全球大趋势,也正式提上了各国政府工作的议程和时间表。

控制好二氧化碳排放是实现碳达峰、碳中和(以下简称“双碳目标”)的核心。据研究发现,二氧化碳与全球气温升高存在明显的、线性的正相关关系。研究结论指出,当全球温升超过2摄氏度时,海平面上升、冰川融化,整个自然生态系统都将遭受不可修复的破坏。作为二氧化碳排放的主要来源之一,能源电力行业在我国实现“双碳”目标的过程中扮演着领军者、主力军的角色,我们必须探索打造属于未来的低碳(零碳)能源电力系统。
氢具有能源属性,是最清洁的二次能源,能源系统应实现“宜电则电,宜氢则氢”。氢来源广泛,氢作为能源,能源密度高,可实现完全零排放、可循环,是除可再生电力之外最清洁的能源利用方式。同时,氢能利用是能够与化石燃料清洁低碳利用、可再生能源规模化利用互相并行的一种可持续能源利用路径。氢不像电、不需要每分每秒都实现平衡。
目前,氢的来源主要还是化石能源:全球年产氢5000万吨,其中96%来源于传统能源的化学重整,4%来自于电解水(真正的绿色制氢)。据报道,当可再生能源制氢成本达到1美分的时候,它就比其它所有的常规制氢方式都要有竞争力。
绿氢的未来,取决于电价是否便宜、设备和技术是否成熟以及政府政策支持的力度是否足够。水电、海上风电、陆上风电、光伏制氢成本目前都比煤制氢要高,但它们都呈下降趋势,未来迟早会低于煤制氢。
除此之外,氢能发展还要考虑一个问题——氢的运输。欧洲使用了管道输送的方式,因为他们有庞大的天然气管道网络有关,经过一定改造,欧洲的管道就可以用于输氢。但中国的燃气管道由于管道材质的原因,还需要经过专门的研究和改造。
氢能输送还可以实施氢化工,即将绿氢就地转换为氨或甲醇等,在常温常压下进行运输。氨或甲醇不仅是高附加值的化工产品,而且更是高效的清洁能源。
另一方面,“双碳”目标是否能够顺利实现,关键是能否建成以新能源为主体的新型电力系统。到2060年,90%的电力将来自清洁能源,即主要来自风、光。由于风、光电能的间歇性和波动性,确保电力系统的全时域功率平衡将是新型电力系统必须要面对和要解决的主要问题,同时,以清洁能源为主体的电力系统具有弱转动惯量的问题,如何确保系统的动态稳定,将是一个必须解决的重大课题。
固体氧化物燃料电池发电系统将会为未来新型电力系统提供一个重要和有效的解决方案。一是可以逐步替代燃煤电站,为系统提供高效能的全时域储能,填补风、光电能间歇性造成的系统功率缺额,支撑电力系统稳定运行,二是利用其700摄氏度以上工作温度的特点,可以与汽轮机组成联合循环机组,为电力系统提供转动惯量,三是其输入不仅可以是氢能,还可以是天然气、煤气和沼气等燃料气,通过固体氧化物燃料电池前置的重整装置可以将氢能和二氧化碳分离,实现二氧化碳回收和零碳发电。
氢能技术是实现碳中和的重要途径之一。氢能是最清洁的绿色能源,发展绿氢是中国氢能产业的重要选项,发展SOC及其相关技术,是未来新技术新产业的重要选项。