目前，氫氣主要來(lái)源有兩個(gè)：化石能源重整和水電解。其中，化石能源重整制氫是最主要的來(lái)源，占比約97%;電解水制氫立足于未來(lái)碳中性甚至負(fù)碳，被各界寄予厚望，但核心在于電力來(lái)源。按照當(dāng)前全球和中國(guó)電力的平均碳強(qiáng)度計(jì)算，電解水制得1千克氫氣的碳排放分別為25.2千克和35.84千克，甚至高于煤制氫(約20千克)的碳排放。

風(fēng)電制氫潛力

可再生能源發(fā)電制氫是解決這一問(wèn)題的最佳手段，但其在全球整個(gè)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)占比還非常小，技術(shù)仍需進(jìn)一步突破。以風(fēng)電為例，全球風(fēng)能約為2740TW，其中可利用規(guī)模至少為20TW，但風(fēng)電在能源消費(fèi)中占比不足2%。在現(xiàn)有風(fēng)電技術(shù)條件下，我國(guó)風(fēng)能資源足夠支撐1太瓦以上風(fēng)電裝機(jī)，僅按照陸上年利用2100小時(shí)計(jì)算，理論上發(fā)電可提供近4000萬(wàn)噸氫氣和2000萬(wàn)噸氧氣。尤其考慮到風(fēng)電間歇性特點(diǎn)以及電網(wǎng)消納問(wèn)題，通過(guò)制氫可實(shí)現(xiàn)電力大規(guī)模跨季節(jié)調(diào)節(jié)成為可能，大幅提升電網(wǎng)靈活性水平。

風(fēng)電制氫前沿

德國(guó)，美國(guó)等多個(gè)國(guó)家較早開(kāi)始探索可再生能源制氫并轉(zhuǎn)化為氣體燃料(Power to Gas)技術(shù)。目前，僅歐洲在營(yíng)和在建P2G項(xiàng)目已達(dá)45個(gè)。該技術(shù)主流的路線有三種：第一種方法是將所產(chǎn)生的氫氣直接輸入天然氣管網(wǎng)作為交通運(yùn)輸燃料或工業(yè)利用;第二種方法是將氫和二氧化碳相結(jié)合轉(zhuǎn)化為天然氣(若采用生物甲烷化，會(huì)造成8%額外能量損失)后再輸入天然氣管網(wǎng);第三種方法是電解裝置與沼氣發(fā)生裝置結(jié)合獲得高品質(zhì)的生物氣，但需排除二氧化碳、水、硫化氫和顆粒物等雜質(zhì)方能用于管道輸送。

為什么是管道?一方面，在改用天然氣之前，德國(guó)的天然氣管網(wǎng)使用煤氣運(yùn)行的，其中氫占比50-60%;另一方面，通過(guò)天然氣管網(wǎng)的能源輸送損失小于0.1%，遠(yuǎn)比電網(wǎng)8%小(當(dāng)然國(guó)內(nèi)特高壓可以做到5%，未來(lái)泛在電力物聯(lián)實(shí)現(xiàn)后也許更低)，氫氣的每千瓦時(shí)存儲(chǔ)成本僅為0.1歐元。

綜合效率如何?通過(guò)使用聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置，電力-氫氣往返綜合路徑效率能夠達(dá)到約43%的最大效率(當(dāng)下僅30%-35%)。通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，綜合效率可以高于60%;通過(guò)使用可逆固體氧化物燃料電池并在儲(chǔ)存過(guò)程中回收廢熱，可以使綜合效率達(dá)到70%-80%。

國(guó)內(nèi)風(fēng)電制氫現(xiàn)狀

2018年10月，國(guó)家發(fā)改委、能源局印發(fā)《清潔能源消納計(jì)劃(2018-2020年)》。文件提出“探索可再生能源富余電力轉(zhuǎn)化為熱能、冷能、氫能，實(shí)現(xiàn)可再生能源多途徑就近高效利用”。按照當(dāng)前國(guó)內(nèi)各省份的風(fēng)電發(fā)電量并結(jié)合棄風(fēng)和消納情況，可直接制取55萬(wàn)噸氫氣。

自2009年開(kāi)始，國(guó)家電網(wǎng)已經(jīng)率先開(kāi)展風(fēng)光電結(jié)合海水制氫技術(shù)前期研究和氫儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)及其在新能源接入中的應(yīng)用研究。2014年至今，中節(jié)能、河北建投、國(guó)家電投和國(guó)家能源相繼啟動(dòng)了風(fēng)電制氫項(xiàng)目，但受制于國(guó)內(nèi)制氫場(chǎng)地需建設(shè)在化工園區(qū)以及發(fā)電過(guò)網(wǎng)等因素，風(fēng)電制氫僅停留在示范階段(規(guī)模最大為10MW)，審批政策以及經(jīng)濟(jì)性均面臨較大挑戰(zhàn)。