如何突破当前可再生能源发展瓶颈？
发布日期：2020-06-09 来源：氢能与可再生能源 作者：李靖 浏览次数：171
在过去的几十年里，我国一直将煤炭视作能源结构中最为重要的一部分，以期通过丰富的煤炭资源，弥补我国缺油少气的能源禀赋。数据显示，我国一次能源消费构成中，煤炭所占比约70%左右，高居全球首位，而发达国家这一比例平均只有21%左右。煤炭的大规模使用，造成了大量二氧化碳、氮氧化物等有害气体的排放，让中国成为了全球碳排放量最高的国家，环境问题日益严重。
然而，大规模的煤炭使用，并不能改善大量进口石油和天然气的现状。2019年，我国石油和天然气对外依存度继续增长，分别达到70.8%和43%。石油和天然气作为国家重要的战备储存能源，过高的对外依存度是一个危险的信号。特别是在今年，疫情仍在全球肆虐，国际贸易局势复杂多变、扑朔迷离，给我国现有的能源供应格局带来更多挑战。
在能源供应安全和环境问题的双重压力下，我国能源结构亟待迎来一场深刻的变革。而这场创新变革中，最活跃的领域毫无疑问将来自于可再生能源。美国、欧洲、日本等国家和地区都已通过出台政策法规，将能源技术作为新一轮科技和产业革命的突破口。
我国作为能源消费大国，加快可再生能源发展已箭在弦上。
01 储能技术是可再生能源发展的基础
早在2017年，国家就开始推动能源结构向可再生能源转型，当时国家发改委、国家能源局印发的《能源生产和消费革命战略(2016-2030)》要求，到2030年，非化石能源发电量占全部发电量的比重力争达到50%。但据国家能源局的数据显示，2019年全国可再生能源发电量2.04万亿千瓦时，占全部发电量的27.9%，仅比2018年提高了1.2%，增速较为缓慢。
可再生能源发电具有明显间歇性，特别是光伏和风电等，受气候季节影响明显，造成其波动性远超传统化石能源发电，对电网调峰填补的要求非常高，并网消纳问题长期存在。
近两年，国家出台了一系列扶持政策，使得并网消纳问题正在得到逐步改善。西藏、云南、青海和四川等可再生能源丰富的西部地区，可再生能源电力占全社会用电比重已经超过80%。但是，由于西部地区整体用电量相与东部地区有明显差距，所以即便未来占比能够达到100%，随着可再生能源发电量进一步攀升，全部依靠本地消纳也并不现实。
解决问题的关键，就在于储能。通过集中式氢储能与分布式电池储能相结合，可以灵活调峰填补，弥补可再生能源间歇性、波动性、区域经济差异性等弊端，推动可再生能发电大规模接入。
此外，之所以要强调储能的重要性，还有一个重要的原因在于，可再生能源发电“平价”上网近在咫尺，未来还会进一步降低，储能成本将会占更高的比例。因此，储能技术的发展将成为可再生能源发展的重要推动力。
02 氢储能与可再生能源有天然结合点
目前来看，小规模、短周期储存其实锂离子动力电池等已经非常优秀。但是，中国西北部的集中式大规模光伏和风电等可再生能源发展的瓶颈，在于长周期大规模储能系统。国际可再生能源署2019年发布的《氢：可再生能源的前景》报告中指出，随着太阳能和风能的存储需求显著增长，由可再生能源产生的大量氢气与储氢技术相结合，可以为电力系统提供长期的季节性灵活性。而且可再生能源电量比例在电力系统中的占比越高，季节性、长周期、大规模存储的重要性就越凸显。
从技术角度看，电解水制氢技术将是连接可再生能源和氢储能的重要纽带。根据中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟预测，到2050年之后，70%的氢气将来自于可再生能源，可以说电解水制氢将成为主流。日本在电解水制氢方面已处于领先位置，2020年3月7日，位于日本福岛县浪江町的福岛氢能研究场已正式开始运行，这是世界最大的利用可再生能源的电解水制氢基地。目前，我国中船集团718所等企业都在电解水制氢领域有了一定的技术积累。
从经济角度看，储氢的成本相对更低，按目前1kg氢相当于34度电来算，氢能储能装置储存1千瓦时能量约需100元。而电池储能，因为对使用寿命有要求，一般要达到9000次循环寿命，因此储存1千瓦时能量大约需要1000元以上。国际可再生能源署也认为，当前可再生能源电力制氢可能是经济的，但仍需进一步降低成本。
有人质疑氢电转换的效率问题。但实际上，如果可再生能源电价成本足够低，即便因为效率问题导致成本增加，也会比电化学储能的成本低不少。近期北欧的一项研究结论也支持这一观点，他们认为尽管氢储能的循环效率相对较低，但在未来高可再生能源比例的情景中，氢对电力的存储仍将是有益的，能有助于避免削减能源，增加可再生能能源整体部署。此外，研究表明氢储能这一方式在经济上也具备可行性。
此外，氢能还具备更好的商品属性。当前，日本作为全球主要的氢燃料进口国，从澳大利亚等国家大批量进口氢燃料，证明了氢是可以作为商品进行交易。而我国可再生能源非常丰富，如果能过抓住这一全新机遇，通过低成本制氢，再出口给氢燃料消费大国，将能够为我国经济发展释放更多的动能。
从环保角度看，氢能作为可再生能源技术体系重要的组成部分，能够做到全生命周期零碳排放，未来发展集中式大规模可再生能源一定离不开氢能。反过来讲，如果氢能产业的发展不结合可再生能源，而是与传统化石燃料相结合，也是毫无意义的。环保低碳减排是氢能可持续性发展的基础之一，任何经济活动都不能动摇这一根基。
中国科学院院士欧阳明高曾表示，氢能是支撑集中式可再生能源大规模发展和充分利用的重要途径。未来，氢能将在促进大规模可再生能源的整合与发电、跨部门和地区的能源分发、新增能源系统的弹性缓冲、交通能源脱碳化、工业能源脱碳化、建筑热量和能源脱碳化和提供清洁工业原料等7个方面发挥重要作用。
目前，制定国家氢能发展战略规划已经写入《关于2019年国民经济和社会发展计划执行情况与2020年国民经济和社会发展计划草案的报告》，想必我国氢能产业路线图的发布指日可待。未来，还要探索更广泛的氢能应用场景，释放更多新动能，让氢能产业蜕变成跨行业、跨领域、承载着更多任务的巨大蓝海。