黄其励院士：新能源和氢能是一对情侣

为繁荣氢能产业生态，推动氢能产业高质量发展，6月28-29日，2023氢能专精特新创业大赛首场预赛于内蒙古鄂尔多斯市隆重开赛。

来自全国各地的专家学者围绕着氢能产业发展以及鄂尔多斯产业集群发展方向进行探讨，中国工程院院士黄其励围绕《氢电耦合支撑我国新型能源系统建设》做主旨汇报。开幕式由中国氢能联盟副秘书长、同济大学教授马天才主持。

下面就黄其励院士及彭苏萍院士进行观点整理：

1  黄其励  中国工程院院士、国家电网公司顾问、国家能源集团电力领域首席科学家

1967年6月17日我们成功爆炸了第一颗氢弹，它的唯利是原子弹的500倍，成为了世界第四个拥有氢弹的国家，我们走向了军事强国的道路。

今年6月份，深圳大学和四川大学谢和平院士领导的团队，和中国东方集团一起研制成了海水无淡化原位直接制氢，并且在海东海事平台实验成功，运行效果非常良好。

今年的4月份，中国人造太阳工程在安徽中科院一所，经过了12万次的实验努力，实现了在电子温度1亿度的情况下，这个设备安全稳定408秒，时间看起来很短，但起步时都是这样。将来为各种科学研究进一步降低经济学，完全核聚变这个重大的人类工程创造了条件。

我们可以设想未来占75%的海洋的海水，通过无淡化的制氢，可源源不断的制出氢气，通过核聚变可以产生巨大的能量。如果说一升海水里的氢的同位素是氘和氚，它们通过核聚变发出的能量将等于22升的汽油，将来我们的氢大有作为，将来是氢能时代。将来我们要脚踏实地，一步步从现在做起，迈向美好的未来。

五条途径

由于氢能非常重要，所以世界其他国家都制定了中期和长期的氢能发展规划。党的二十大报告指出构建新型能源体系，确保能源安全。实现这样一个伟大的、划时代的第二个百年目标，有很多途径。归纳起来有五条道路。

第一条道路，就是风、光、水等清洁能源为支撑的二次能源，实现高度电气化。

第二条道路积极发展绿色氢能，绿色氢能是一个有多种功能的东西，它是能源，也是资源。它像能源的一个海绵，可以吸纳，可以挤出能源来。为将来能源高比例、大规模的发展，提供了吸纳的作用。为新能源发展提供柔性护航，同时支持一些难减排的领域，能够部分替代煤炭、石化、天然气等等，发挥出重大作用。

第三个途径是提高全社会的综合能效。我们国家的能效比较低，平均能效等于全世界平均水平的1.4倍，是发达国家的3倍到4倍。我们要提高能效，把能源转型看作小数算数题，分母就是消耗的能源，这个是总量，我们要设法降低总量。

第四，发展以柔性电网为枢纽的新型电网系统。

第五，实现以煤为总的基本国情，实现煤炭的清洁、高效、低碳和多元应用。

发展绿色氢能

氢能可以说是各种能源的桥梁，各种能源通过电都可以变成氢，氢又通过一些方式可以变成各种能源和物质，所以它是一个桥梁定位。

它可以平移和吸纳新能源的波动，部分替代化石能源。它和煤炭一样，不但可以当燃料使用，还可以当做资源利用，代替部分煤炭。另外氢能可以部分代替油气，我们国家的油气进口依存度，油是74%，气是40%。也就是开车的四个轮子，有三个轮子靠中东地区的石油，能源安全岌岌可危。

新能源和氢是一种情侣关系，可以支持新能源的发展，同时自己也能得到发展。提升能源利用效率，打造以氢能为桥头堡的可再生能源，加上电力系统的能源体系。

以氢能作为长周期的储能介质，降低供电成本，提高吸纳能力。我们实现能源转型有一个能源三角形，能源保供、能源转型和国计民生。这个能源不可能三角形，氢能在其中将起到非常大的作用。

氢能的全产业链发展，将为能源全领域的体系自主化，提供一个很好的机会。因为氢能属于技术密集的高科技行业，行业链长，关联产业多，从制氢到用氢，实现氢能的核心技术、关键设备、重要原材料的自主化，很重要。展望将来，事情更多，比如如果能实现高温超导，效率可以提高6%。

氢能现在的作用可以说暂时起到了支撑和调节的作用，支撑能源转型，未来可以成为国家能源体系的重要组成部分。再未来的未来，它可能和核聚变一起成为我们国家的能源。

氢电是一对兄妹，过去谈一个国家的进步用电气化率为主，所以列宁曾经说过，苏维埃加电气化等于共产主义。我们国家的电气化率是27%，这两年做能源转型战略规划，到2026年电气化率达到60%到70%。

电气化率不仅是现代化社会和生活的象征，而且电气化率每提高1个百分点，可以使GDP单位能源下降5个点。现在又有新秀出现了，可以说氢电这两个新老朋友或新老恋人的结合，将是建设新型能源系统的关键。

它可以助力可再生能源的能源安全，因为新能源靠天吃饭，它可以帮它的忙，而自己又不受任何损失。不像火电，火电自己会受损失。助力中国成为可再生氢的贸易枢纽，我们国家在沙漠、戈壁建立了可再生能源群，4.6亿千瓦的风电和太阳能，通过特高压输向东部和东南海，今年的特高压输电批准了5条，明年还要继续建设。

氢电耦合的三个方向

氢电耦合等于吃螃蟹，敢于创新的企业很多，因为它可以支撑储能功能。比如在发电高峰期和用电低谷时，分别吐故纳新。以氢为衍生体，为能源存储介质，和其他储能，像电储能、热储能、电容储能等等配合起来，共同起着为能源转型保驾护航的作用。

可以理解是三个方向，电到氢、氢到电和电氢电，这个恋人永远手牵手在一起。

应用场景之一，电氢单向耦合

在需求侧电氢单向耦合，以绿色氢能为燃料，为氢能车、重卡车和河流船舶提供动力。在西北、东北、东南、中南等公交车、物流车、重卡车来布局氢能燃料车的示范。

根据中国氢能联盟研究院的预测，到2030年交通用氢折算用电约1650亿千瓦时，对应的电解装机4000万千瓦。在需求侧的工业场景，将绿色氢能作为原料，去替代灰氢和煤炭的工业应用。

围绕大型化工基地和冶金工厂开展应用，以鄂尔多斯宁东、榆林等大型能源化工基地和以河北、山东、江苏钢铁生产基地为核心进行应用。鄂尔多斯愿望很大，志愿做中国的氢都。

应用场景二，电氢的电氢耦合

电氢的电氢耦合，应用模式是新能源变成电力，电力的波动用氢能保护，进行一个单向转化，使得能源在出力高和负荷低时，发电和制氢双向功能，平衡这个波动。还有一个是电网调峰，当前电网运行最大的短板就是调峰能力不够，我们的调峰能力仅占总装机能量的3%到4%，国外一般在12%到13%。

我们可以用孙悟空的72变，耦合核电、火电，作为调峰工具。用于全国火电、核电和调峰机组，它的调峰，如果是未来的火电、核电，是1.6亿到1.74亿千瓦，按照一定比例配置储能的话，规模能达到1106、6960和8700万千瓦。风光储能，用于电源侧，有很大好处，可以进行大力发展。

应用场景三，氢电单向耦合应用

可以做到发电顶峰，通过电站的协同，在负荷高峰期，像欧洲、美国的问题不突出，就是以天然气为主，天然气发电调峰能力非常强，灵活机动，我们这方面属于贫气的国家。

它的规模能力还是很大的，根据电网发电的需求进行规划。另外还可以备用应急，当出现大规模的天气异常时，长期的雨季或极热无风，可以应急，以燃料电池的方式发电就可以解决这些问题。

耦合的关键技术和发展趋势

氢电耦合的关键技术和发展趋势，由科技部梳理出55个方向，我们国家2项领跑，19项并跑，其他是跟跑。像车载III型瓶、燃料电池系统、空压机的差距在快速缩小。

氢能的关键技术和关键零部件还需要应对很多挑战，需要有更大的技术创新和技术进步，以及产业化的进步。无论是质子交换膜还是贵金属催化剂，我们国家都需要加大开发。我们能够上天，能够入海，那么陆地上的燃气轮机不应该成为问题。

耦合的关键技术一个是电解水，从技术角度而言，取决于制氢的电耗、设备成本和寿命，这个三角形也有一定的关联关系。碱性电解水制氢的关键在于提高电流密度，降低制氢电耗。

质子交换膜电解水制氢的关键，在于综合提高和优化三者功能。电解水制氢，无论是碱性电解水还是质子交换膜，这里有各种制约因素和突破要点，需要在实践中去解决。在未来我们的重点任务就是高效、长寿命、低成本和突破电解水制氢技术。

第二个关键技术是燃料电池，燃料电池可以实现大功率、长寿命、高性能，质子交换膜和碱性燃料电池的研发。我国氢燃料电池产品功率已超过了200千瓦，部分达到了250和300千瓦以上，使用寿命大于20000小时，系统成本2000到3000元每千瓦，具有一定的竞争性。

将来要需要更低成本、更好经济性、环保性，以利于这些技术的全面发展。不光是电厂，各个企业，甚至每一个居民楼都可以安装燃料电池，来作为备用。

第三，另外是可再生氢耦合煤化工技术。通过石油化工和煤化工，以及能源化工和多能耦合，来突破芳烃、含氧化合物、特种油品和化学品低碳新技术。

第四，掺氢和纯氢燃气轮机技术，也是不可缺少的燃气轮机技术，它和天然气一样，具有很快的启动、调节和变化负荷能力。可以作为发电产业中灵活、低碳的重要选择。国外的西门子、三菱和通用电气进行了全面布局。

我们的重点任务是进行燃气轮机技术与燃烧器设计开发，因为它效率越高，温度越高，达到1400度，没有任何金属可以承受1400度。它的叶片需要很复杂的内部冷却，这个工艺比较复杂. 

第五，然后是煤掺氨发电技术，日本也开始研发，成功示范了20%燃煤掺氨发电项目。国家能源集团燃煤技术燃烧35%的比例，在40兆瓦的锅炉上实现了应用，这个成果由我当组长进行的鉴定，今后还要继续研究，来实现大型化。

第六，储运、标准和安全有关制度建设，支持氢电耦合安全经济灵活发展。

氢电耦合技术的研发，使项目尽快落地，我问了一下，华电投资公司打造专业化平台很不错，而且盈利也非常好。他们也表示，可以拿出一部分钱来支持下一步技术和产业研发。这里有很多研发项目，安徽6兆瓦示范区，宁波也有。

还有海上风电，台湾海峡可以使得海洋风电年运营小时4000小时以上，数倍相当于煤电，这相当于摇钱树。谢院士搞了海水无需淡化制氢，在3到8级风，0.3米到0.9米的真实环境下运行，制氢纯度达到了4个9，经过了组织和专家的认定。

实现氢电协同发展，有很多的方面可以细谈。归纳起来无外乎把55项中的弱点，属于跟跑、并跑和落后的技术研发要加强，加强协同创新。因为这是一个创业产业链，任何一个单位都不可能独善其身、独当一面，需要产业链协同创新。还有产业示范，还有产业标准和示范管理、电力市场等等方面，都需要协同发展。