杨雷：能源转型及氢能发展定位探讨

今天是一个思想盛宴，听了前面各位院士和专家的发言，我觉得应该把今天的发言改为学习体会，我的PPT也正好是学习体会，通过这几点来谈一谈对氢能发展定位的思考，我也算不上这个领域的专家，但是从能源的角度也希望和大家有一些互相学习的共同启发。

2030年碳达峰，我再跟大家澄清一下，不能到2030年底达峰了，最少是2029或者2028年就差不多达峰，这样才能证明2030年可以达峰，实际只有七八年时间。2014年我国曾经也达过峰，2016年以后又涨上来了，这是达峰的挑战。未来从2030年到2060年，30年要实现碳中和，欧美现在主要国家十年前，甚至二十年前已经达峰了，我国达峰到中和的时间更短，对能源转型的挑战也更加严峻。

当前，化石能源占比超过了80%，如果按照中央的要求，这跟国际能源署做的模型也是高度一致的，到2060年时我国80%是非化石能源，以目前的经验来看是前所未有的，要经过艰苦卓绝的努力才能实现。2010年后绿色能源开始快速增长，主要是因为风电和光伏的快速发展，这也是我国能源转型的底气。在这个过程中，我们可以看到电越来越成为能源的中心，非化石能源如果能够达到80%，或者接近80%的话，可再生能源发电应该达到90%，甚至更多。目前我们在终端能源中的用电比例大概是26%，中国比全球平均水平还要高一些，我国要达到百分之七八十的终端用电比例，电力增长也是爆发式的。到2060年，实现碳中和我国的发电量要增加七倍以上，这是一个以电为中心的能源体系必然要走的路。

新型电力系统，这是大家很熟悉的词了，也是大家在反复研究和探讨的，是中央财经领导小组会议上明确要求建立的。新型电力系统是什么样子的，我就把德国今年实时发电情况搬过来，可以看到在高峰时间，风电和光伏发电已经占到德国整个发电量的70%以上，甚至接近80%。大家就有感性的认识，可再生能源发电的不稳定性非常高，将来我国的新型电力系统虽然不一定完全是这个样子，但可以看出这个系统会对我国电网带来怎样的挑战。我在国际能源署时也参加了相关研究，可以看到光伏和风电在电力系统中发电占比情况的变化，大致可以分为四个阶段（见图1）。过去5%以内的光伏和风电，这种变动新能源调度就可以解决，超过5%，去年是10%，要不停的增加备用容量，要建抽水蓄能电站，要增加火电灵活性改造，系统成本越来越高。我们确实看到在达到这样的一个比例以后，就不能光靠修修补补，它需要的是系统性的优化。年初能源局出台了关于“源网荷储一体化”的文件，负荷需求侧的响应怎么样启动，需要更多的灵活性，包括储能、需求侧响应等，不仅对技术要求进一步提高，而且对体制机制有了新的要求。

针对跨季节的储能，电池储能够用一两天，没办法实现跨季，这种大规模的像是欧洲地下储备一千亿方的天然气规模，如果是零碳的能源或者是近零碳的，是不可行的。对于难减碳的领域，比如炼钢，可以用电炉，电炉可以把铁矿石熔化，但是怎么去还原氧化铁变成铁，还原剂要从焦炭换成氢或者是其他的才可以，也就是说电能并不能完全在各个领域减碳。这也是这些年氢能尤其是伴随可再生能源的爆发再次热起来的一个原因吧。

氢能热不是第一次，历史上至少有三四次，包括石油危机的时候，很多国家都把氢当成最终解决方案，但是后来都没有真正走下去。为什么这次又热起来呢？我引用了2018年国际可再生能源署出的报告，很详细地对氢能和可再生能源如何结合、如何互相推动，如何应用在难以减碳领域等场景进行了勾画。这也有利于我们在审视当下面临的问题时做一些思考。在大的能源系统转型时，氢能作为其中重要的环节战略意义是毋庸置疑的。

2020年8月7日，欧盟发布了能源一体化战略，相当于我国的能源规划，整合了能源战略和氢能战略。如何整合呢？其实电可以在各种一次能源中转换，而氢可以提供这样的渠道和能力，就是氢可以在打破条块分割界限时发挥它的作用。我认真看了一体化战略的报告，上面说的都很像中国人说的话，比如长期以来能源的条块分割阻碍效率提高，这是我们实现碳中和的障碍，必须打破它，这是战略重要的意义。

我简单跟大家谈谈我对氢能应用场景的一些思考。世界各国尤其是主要经济体都制定了氢能战略，根据氢能委员会的估计，市场规模非常大。我想强调的是，展望未来，如果氢能真的在能源体系中发挥重要的作用，有一个重要的条件就是便宜，就像是十年前不能想象美国人把页岩气搞得比煤炭还便宜，也不能想象五年前光伏到现在平价上网，我觉得必须在这一点上要有想象力，否则到最后会非常局限。

如何降低氢的成本，首先如果是电解水制氢或者是可再生能源耦合电解水制氢，电力成本一个非常重要的因素，另外是规模化的制氢，还有技术进步的支撑。这是国际可再生能源署以及氢能理事会的预测，在未来十年制氢综合成本会降60%左右，我觉得还可以再乐观一些，因为现在的价格水平相对还是比较高的。只有实现这样的情景，氢和可再生能源的协同效应才能够发挥出来，就能为可再生能源进行跨季调峰提供支撑，还可以把这些电应用到更多的领域和场景。

燃料电池有非常多的应用场景，不光可以组装到很大规模，还可以应用的很灵活。我们把燃料电池聚焦在燃料电池汽车上，这是初期发展的一个特征，但是从国际上看，它的应用场景非常广泛，甚至比交通领域应用的更多，包括分布式发电、便携式电源等等。储运是制约了氢能快速发展的一个关键因素。氢的产业链和天然气很像，从生产、运输、储存到真正使用，缺一不可，而且各环节要能闭合。如何在产业早期能够推动产业链处于比较经济的范围内，这也是目前我们困惑并寻求解决方案的地方。氢能理事会对氢能应用场景的展望，至少包括五个方向。当前用作合成氨、甲醇、石化等工业原料的量是非常大的，未来，将从发电、交通（以燃料电池汽车为主）、航运、航空、工业的能源以及建筑供暖和分布式使用等多个领域发展，也包括新型原料制造以及中间转化物的使用等。

欧洲13家管网公司联盟做了中长期输氢管网规划，已经做了很多掺氢试验，现在在进一步勾画未来基础设施的建设，我觉得到2040年几乎和天然气管网可以等量齐观。我也注意到西门子等都已经开始研发纯烧氢的燃气轮机，据说氢将来像天然气一样直接烧，和电力系统非常吻合。日本电力公司准备逐步将燃煤电厂开始烧氨用来减碳，因为如果这些电厂提前退役的话成本可能更高，可以看到他们对产业发展的一些考虑。

这是北海3000万千瓦风电基地项目，预计2030年建成，相当于风电三峡，不仅有输电网，而且同步部署了输氢网络，这些都在规划和逐步实施的过程中，据说今后不一定是输氢气，可能是作为氢气载体的甲醇或者是氨，便于储存和运输。我国也在规划海上风电，海上风电的问题就是夜里风很大，要消纳负荷，这些都会带来新的场景。将来跨界是必然的，但是走哪条路线还依赖于技术的进一步发掘。这是特拉华大学研究团队做的一个研究，他们得出的结论是用氨作为储存运输的中间物是比较经济的，这是他们的一家之言，但是我们也应该打开脑洞，产业模式可以多样化。

依托现有的工艺，氢能仍然有巨大的应用空间，这是宝丰化工内蒙项目碳中和实施计划，内蒙要建设全球最大的煤制氢生产线，同步提出每年绿氢替代煤制氢的比例为5%，实现煤气化工序二氧化碳的减排，这也是在应用场景上下功夫。我没有做特别深入的研究，只是说应该有更宽广的视角来想这个问题。

关于氢能的定位，我这里也是很粗浅的设想。氢的发展，我也做过一些调研，是受限制的，缺乏标准规范，今天非常高兴联盟做了很多团体标准，包括储运和输送，逐步形成规范，固化成果，然后一步步的推动。在这些方面，我们的行业组织和协会也是大有可为。

市场化的机制是特别重要的，在一个更加变动性的能源系统中，灵活的价格机制将会发挥政府替代不了的作用，真正把能源的价值发挥出来。现在一些地方政府出台了政策，比如说制氢电价可以按照很低的2毛钱，但是随着制氢规模增加可能也有问题，这就需要在体制机制上创新，挖掘好的商业模式。对行业组织来说，这也是一个更好的沟通对话的渠道。我引用《零碳中国》报告中的结论，技术永远是基础的推动力，技术进一步发展对我们未来作出正确的判断也是非常重要的。

在应用领域，陆路交通领域，氢能与电池基本是完全竞争，你要考虑到自己的对手是谁。在工业、航海、航空领域等更难减碳的环节，氢能的竞争者更加不成熟，市场也不成熟。在规模化储能领域，电池不是氢能的同等竞争者，因为电池很难跨季节储能。在能源系统中，天然气+CCS能够与氢能完全竞争，关键在于成本。未来十年或者更长时间里新的商业模式会不断出现，不断改变游戏规则，也将催生新的机遇。最后有一句话和大家分享，在我们从事这项创新性事业的时候首先要改变自己的事业，我们能够做的可能比我们期待的还要好。谢谢大家！