二、氫能是大規(guī)模、長周期儲能最優(yōu)選，是非電能源消費領(lǐng)域碳中和的關(guān)鍵
2.1 氫能適用于大規(guī)模和長周期儲能，大規(guī)模應(yīng)用和時間邊際成本低
廣義儲能改善用電負荷季節(jié)性，終端運用方式多樣化。
廣義儲能：利用電力系統(tǒng)中的富余電能，將其轉(zhuǎn)化為其他能源或產(chǎn)品，在利用環(huán) 節(jié)不轉(zhuǎn)換回電能而直接利用所存儲能量形式的儲能方式，用于進行大規(guī)模存儲、 轉(zhuǎn)移并直接利用。廣義儲能僅完成電能-其他形式能量的能量轉(zhuǎn)換過程，終端負 荷需求為多重能量形式，實現(xiàn)了跨能源品種的季節(jié)性儲能與優(yōu)化利用，主要包括 電化學儲能、熱儲能和氫儲能三類。
狹義儲能：完成了電能-其他形式能量-電能的能量轉(zhuǎn)變，具有與電力系統(tǒng)強耦合 的特點，即最終途徑為上網(wǎng)，在 2 次能量轉(zhuǎn)化過程增加了儲能的能量損耗，包括 電轉(zhuǎn)氣、抽水蓄能與壓縮空氣儲能等。
氫儲能屬于廣義儲能，即利用電力系統(tǒng)如光伏和風電中的富余電能，通過電解水制氫 設(shè)備將其轉(zhuǎn)化為氫，并在終端應(yīng)用環(huán)節(jié)直接使用氫氣而非必須轉(zhuǎn)換回電能上網(wǎng)的儲能 方式，間接改善了用電負荷的季節(jié)性特征，實現(xiàn)能量季節(jié)性轉(zhuǎn)移 (3-9 月氫氣凈儲 存，10-2 月氫氣凈消耗)，同時也實現(xiàn)單位電力碳排放強度的下降(由 950g/kWh 降 低為 569g/kWh)。
氫能適用于大規(guī)模和長周期的儲能，具備無自衰減、擴容成本低等特性。氫儲能主要 指將太陽能、風能等間歇性可再生能源余電或無法并網(wǎng)的棄電，通過電解水制氫的方 式儲存，可就地消納、時經(jīng)燃料電池進行發(fā)電或管道、長管車運輸?shù)确绞焦?yīng)于下游 應(yīng)用終端。相較于抽水儲能、壓縮空氣儲能、蓄電池儲能(鋰電)具有無自衰減、擴 容成本低、能量密度大、能源發(fā)電轉(zhuǎn)移便捷等優(yōu)點，憑借其無自衰減的特性，尤其適 用于跨周和季度的儲能?；跀U容成本低的特點，即僅需增加氫瓶即可擴充儲能容量， 適用于大規(guī)模的儲能，在短周期內(nèi)儲能效率較低。
儲能技術(shù)呈現(xiàn)多樣化，其中電池和氫能兩者互補，共同構(gòu)成主流儲能方式。
鋰電儲能：鋰電儲能適用于日度調(diào)峰以及調(diào)頻，因為效率更高且動態(tài)響應(yīng)更快。 相反氫儲能不適用于調(diào)頻場景，因為調(diào)頻場景需要的響應(yīng)速度更快，并且所需儲 能容量小無法體現(xiàn)大規(guī)模氫儲能的成本優(yōu)勢。然而針對大規(guī)模、長周期的儲能場 景，氫儲能的優(yōu)勢更明顯，因為氫儲能無自衰減，且針對大規(guī)模儲能氫儲能只需 增加儲氫設(shè)備，邊際成本低。
液流電池：將正負極電解液分開后各自循環(huán)的一種高性能蓄電池。電池容量取決 于儲存罐的大小，容量可達 MW 級。液流電池有多個體系，如鐵鉻體系，鋅溴體 系、多硫化鈉溴體系以及全釩體系，其中全釩液流電池應(yīng)用最廣。目前全釩液流 電池技術(shù)成熟，但離子交換膜和電解液材料成本較高。
鈉離子電池：鈉離子電池具有與鋰離子電池相似的工作原理和儲能機理。鈉離子 電池雖然原材料成本低，但功率密度低，相較鋰電池更適合儲能場景而不是動力 電池，當前產(chǎn)業(yè)鏈需進一步發(fā)展。
大規(guī)模氫儲能成本優(yōu)勢明顯，1MWh 儲能下初始建設(shè)的度電成本只需 1300 元。
測算邏輯：蓄電池儲能綜合了充電、儲電、放電三個功能于一體，然而對于氫儲 能系統(tǒng)來說則分別需要電解槽、儲氫罐、燃料電池來實現(xiàn)以上三個功能。我們以 1MWh 的儲能需求為測算基準，考慮氫儲能系統(tǒng)綜合效率 36%，一天工作 10 小時， 將 0.28MW 的堿性電解槽、8 個 20MPa 的儲氫瓶以及 0.17MW 的燃料電池系統(tǒng)看成 一個日均存儲電能 1MWh 的整體，最終測算氫儲能系統(tǒng)初始投資的度電成本為 1300 元，低于磷酸鐵鋰電池和液流電池。
氫能長時儲能邊際成本低，無自衰減更適配長周期。從各類型儲能技術(shù)看，蓄電池類 的磷酸鐵鋰電池、鈉離子電池和液流電池，邊際擴容成本較高，需要配套擴充相應(yīng)的 鋰電池、鈉電池和釩電解液，并從資源礦中提取，價格還將隨上游原材料供需波動。 對比氫儲能的擴容，僅需同比例增加儲氫罐的數(shù)量，規(guī)模效應(yīng)下，儲氫罐成本下降， 邊際擴容簡易且可移動場景儲存，如鹽穴儲氫等，不占用發(fā)電設(shè)備所在地面積。此外， 氫氣作為儲能在氫罐內(nèi)月度損耗不到萬分之一，而電池類儲能電池擁有個位數(shù)自衰減 率，相對氫損耗較高，例如鋰離子電池自放電率每月為 2%-5%。
測算邏輯：后續(xù)擴容對于蓄電池類的磷酸鐵鋰電池、鈉離子電池和液流電池，需 要配套擴充相應(yīng)的鋰電池、鈉電池和釩電解液，以擴建成本占總投資成本的 50% 測算度電擴容成本，氫儲能由于擴容僅需擴充氫罐，因此度電擴容成本測算以對 應(yīng)擴充的氫罐價值測算。最終測算度電儲能邊際成本氫最低，約為 120 元/kwh， 和蓄電池類度電擴容對比最低，且隨著儲能容量的增大，價差將逐步拉大，100 度電的儲能擴容需求時，最大成本差可達 11 萬。
2.2 上游耦合風光制氫、下游多領(lǐng)域零碳應(yīng)用，氫能終章將推動可再生能源二次裝機
能源使用形式可分為電力和非電能源，非電能源應(yīng)用占比過半且脫碳難度高。能源使 用形式可分為電力及非電能源，在使用過程中的某些領(lǐng)域由于特定需求，能源需要擁 有更高能量密度、更長期的儲存周期或以燃料形式存在用來燃燒，即使用電需求不斷 高增，但在某些領(lǐng)域的需求電是無法替代非電能源的，例如金屬冶煉、焦爐煉鋼、合 成氨等。根據(jù)國家統(tǒng)計局能源消費和燃煤發(fā)電數(shù)據(jù)推算，當前非電能源的消費應(yīng)用占 比過半，并且非電能源行業(yè)大多為碳排放量占比高卻又難以脫碳的領(lǐng)域，例如工業(yè)、 化工等。假設(shè)到 2060 年中國電氣化率高達 70%，對應(yīng)仍然存在 20-30 億噸標準煤的 能源需完成脫碳，因此需其他能源形式以實現(xiàn)碳中和。
氫能是與電同等重要的二次能源，非電能源消費領(lǐng)域的脫碳關(guān)鍵在氫能。如果說電氣 化是能源碳中和的主力軍，那么氫能則是能源碳中和的最后關(guān)鍵一環(huán)。在清潔性、能 量密度、安全性以及商業(yè)化進度等方面具備可行性。
上游側(cè)耦合風光設(shè)備電解水制氫，可解決可再生能源電消納及上網(wǎng)問題。電消納及上 網(wǎng)問題隨光伏和風電裝機規(guī)模高增逐步凸顯，風光耦合電解水制氫可實現(xiàn)風光裝機無 地域限制。近十年來，我國光伏和風電成本快速下降，為裝機規(guī)?？焖偬嵘於嘶?礎(chǔ)，但風光發(fā)電波動性的特點制約了其進一步擴大規(guī)模，因而配儲以平抑波動性。現(xiàn) 階段大部分可再生能源發(fā)電終局為上網(wǎng)，儲能大多僅作為可再生能源電力上網(wǎng)前電源 側(cè)波動性的暫時儲存電力的方案，在光伏和風電大規(guī)模裝機至一定規(guī)模后，上網(wǎng)及電 消納將成為可預(yù)見性需要解決的問題。因此，將風光設(shè)備耦合電解槽制取氫氣儲能， 氫氣再作為能源使用，將解決儲存能量的大規(guī)模時空轉(zhuǎn)移特性，實現(xiàn)交通網(wǎng)與能源網(wǎng) 的深度耦合。
氫儲能示范項目：光伏+氫儲能+火電靈活性運行示范工程可行性分析 (摻燒 20%)， 在大部分場景下，棄光制氫+氫儲能+火電 20%摻氫燃燒的方案可實現(xiàn)更優(yōu)經(jīng)濟性。
測算邏輯：1 噸煤發(fā)電量為 3333kWh，對應(yīng)排放 2.62 噸二氧化碳，以不同情況下 的煤炭價格測算其基礎(chǔ)電力成本，在后續(xù)碳稅價格疊加下，測算其發(fā)電的電力成 本，對比棄光制氫(零發(fā)電成本)+氫儲能+火電 20%摻氫燃燒，大部分場景下后 者更具備經(jīng)濟性。
配儲需求從供給側(cè)推動氫能放量，風光氫儲一體化項目逐步落地。風光配儲成為剛需， 各地政府陸續(xù)發(fā)布強制配儲需求，配儲比例最高可達 30%，為實現(xiàn)碳中和目標，若在 風光裝機量達到 50 億千瓦、年發(fā)電量 10 萬億度的時候，按 10%-30%的配儲比例，儲能容量將在 1 萬億-3 萬億度，意味著儲能必須滿足低成本、規(guī)?；?、無地域限制、 長壽命等要求。當前氫能與傳統(tǒng)的電池等技術(shù)同被認定為儲能，納入了強制配儲需求 可計算的比例內(nèi)，可再生能源裝機疊加強制配儲需求，上游供給側(cè)放量將推動氫儲能 發(fā)展，風光一體化項目也處于不斷規(guī)劃與落地的狀態(tài)。
下游多樣化應(yīng)用打開需求側(cè)市場，反推動氫能甚至二次推動可再生能源裝機。氫氣只 需儲存在氫瓶里即可，意味著氫可即刻就地使用或隨時向需求端運輸轉(zhuǎn)移，除直接儲 能外，可在交通、工業(yè)、化工等領(lǐng)域逐步滲透應(yīng)用，多樣化應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒅鸩酱蜷_需求 側(cè)市場，反推動氫儲能需求，甚至在未來氫對工業(yè)、化工等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了高滲透率的情 況下，大概率還將成為可再生能源裝機量增長繼度電成本平價后的后繼驅(qū)動力。
歐盟提出可再生氫(綠氫)定義規(guī)則，三大條定義核心全部與可再生能源發(fā)電掛鉤， 制取氫氣電力中的 90%是可再生能源發(fā)電，這樣制取的氫才能稱為綠氫。因此，基于 光伏年發(fā)電小時數(shù)的限制，電解槽一年的運行時間與光伏設(shè)備運營時間高度相關(guān)。以 電解槽匹配光伏制氫為例測算，分樂觀情況下，電解槽年運行 1400 小時和中性情況 下，年運行2500小時，分別對應(yīng)90萬噸綠氫規(guī)劃總量下，可裝電解槽37.8GW和21.2GW， 反推動光伏裝機量 47.3GW 和 26.5GW。預(yù)計在未來技術(shù)迭代和成本逐步下降的情況下， 2025 年后電解水設(shè)備及綠氫市場將持續(xù)加速，反推動可再生能源量也將高增。
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