構建以新能源為主體的新型電力系統意味著電力系統將發生廣泛和深刻的變革，其中電力供應以高比例新能源為主是其中一個基本特征。但高比例的新能源為電網帶來電力電量平衡困難、穩定控制難度大、調節能力不足等挑戰，供電企業需要有新的應對策略。氫電耦合在新能源消納、能量轉換與存儲、穩定控制等方面體現出優勢，或將在以新能源為主體的新型電力系統中扮演不可或缺的角色。
（來源：微信公眾號“浙電e家” ID：sgcc-zdej 作者：融媒體中心）
7月，國家發改委、國家能源局發布的《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》，明確將氫能納入新型儲能。更早之前國家電網公司在其雙碳行動方案指出要積極推動電氫氣冷熱等多能互補、高效利用，促進全社會能效提升。相應的，國網浙江電力在加快建設國家電網新型電力系統省級示范區時提出要加快多元融合高彈性電網建設，從“源網荷儲”推動新型電力系統建設，指出在儲能側深入研究氫能全產業鏈，應用氫電耦合等典型場景。
氫電耦合是實現高比例新能源電力系統的穩定運行一種重要方式。電制氫裝置功率運行范圍寬，與新能源的波動特性相匹配。將氫能與新能源耦合，可有效優化新能源多時間尺度的并網特性，降低新能源對電網的沖擊，提升高比例新能源電力系統運行的穩定性與可靠性，同時，可參與系統深度調峰與調頻，提升系統運行靈活性，促進新能源消納。
新能源發電具有間歇性、不穩定性，影響電網電能質量。新能源高比例導致電網“三高”“雙峰”問題愈加凸顯，源荷兩端潮流波動性越發嚴重，據預測，2025年新能源日間出力最大波動將達到1700萬千瓦。
儲能可以有效解決上述難題，而氫能作為一種大容量儲能方式，可實現大規模、長周期儲能，且擁有單位能量存儲成本低的優勢。將豐水期富余的水電、負荷低谷時段富余的風電、午間富余的光伏發電等新能源轉化為氫能并存儲，同時可根據電力系統的需求，實時調節氫氣產量，從而調節電力消耗，在促進新能源消納的同時提高電網運行的彈性。
氫電耦合還可實現清潔高效分布式供能，打造以電為核心的能源互聯網。通過構建分布式電源-氫耦合清潔供能系統，利用分布式電源制取氫氣，通過燃料電池進行熱電聯供，在風光資源不足時，持續向用戶供電，解決無電區域供電困難的問題，滿足用戶多種用能需求。發展充電-加氫一體化綜合能源站，促進電網與交通網的深度融合，構建電氫融合的零碳交通網。以氫能綜合利用為基礎，進一步開展電制甲烷、電制甲醇、電制氨，加強電網與氣網的緊密聯系，促進更多行業實現間接電能替代。
但目前氫電耦合的發展與應用仍處于起步階段，面臨成本、技術、基礎設施等多方面的挑戰。相比于完善的電力基礎設施，氫能相關基礎設施十分薄弱，也制約了氫電耦合的發展。
浙江積極探索氫電耦合的落地實踐
在浙江，氫電耦合的實踐已經展開。
國網浙江電力一直在密切跟蹤氫電耦合系統相關技術的發展，于2019年成功申請國家電網公司科技項目《百千瓦級氫利用關鍵技術研究及示范》；2020年，成功立項國家重點研發計劃項目《可離網型風/光/氫燃料電池直流互聯與穩定控制技術》。
目前，在寧波、杭州、麗水、臺州等地開展氫電耦合基于工業園區、產業基地、農村、海島等多場景示范與應用。這些氫能示范工程覆蓋了氫電耦合主要應用場景，展現了在新型電力系統構建與雙碳目標下電能與氫能的協同方式。
開展氫電耦合助力工業園區脫碳與產業升級的實踐。塊狀經濟量大面廣，是浙江工業最突出的特點之一，工業園區是塊狀經濟向產業集群轉型升級的重要載體、也是重要的碳排放源頭。國網浙江電力在寧波慈溪氫能產業園開展基于工業園區的氫電耦合直流微網示范工程，預計2022年6月工程投運。屆時將電、氫、熱等能源網絡中的生產、存儲、消費能環節互聯互通，以零碳方式滿足用戶對電、氫、熱多種能源需求，實現與電網靈活互動，提升系統調節能力，為浙江工業園區脫碳提供方案。
寧波慈溪氫電耦合直流微網示范工程示意圖
開展氫電耦合助力企業生產零碳化的實踐。生產基地作為企業生產的基本單元，在雙碳目標背景下面臨著巨大的減排壓力，國網浙江電力選址于格力電器園區，開展基于產業基地的亞運低碳氫能示范工程，預計于2021年12月投運。工程通過構建高效、可靠和穩定供電的“可再生能源制氫—氫能儲運—氫燃料電池熱電聯供”能源綜合利用系統，形成以氫能支撐交通、建筑領域電能替代、碳減排的先進生產基地，成為浙江企業零碳化生產的一次創新探索實踐。
亞運低碳氫能示范工程示意圖
開展氫電耦合在鄉村的實踐。國網浙江電力選點“七山一水兩分田”的麗水縉云，開展基于鄉村場景的水氫生物質近零碳示范工程，預計于2022年3月投運。該工程開展的包括水（光）電制氫、生物質制氣、沼氣加氫脫碳等在內的示范研究，以余量水電與屋頂光伏為能源，采用電解技術生產氫氣，并通過靈活儲氫的方式，最終實現富余水電、光伏就地消納，農村廢棄物循環利用。工程打造了電氫生物質協同的鄉村碳中和與新型電力系統樣本，對浙江水電等新能源和生物質資源豐富的農村起到了很好的示范作用。
開展氫電耦合助力綠色海島建設。浙江省是中國島嶼數量最多的省份，目前有100多萬人口居住于海島之上。國網浙江電力選址臺州大陳島，開展國內首個基于海島場景的氫能綜合利用示范工程，預計于2021年12月投運。工程充分利用海島豐富的清潔能源制氫，促進海島清潔能源消納與電網潮流優化，提高系統針對波動性源荷的適應性與安全性，提升綜合能效至72%，為浙江眾多海島提供了綠色供能有效途徑。
氫電耦合可以在能源供給側和消費側深度脫碳，未來發展空間巨大。根據全球能源互聯網組織的估算，到2060年中國電制氫的規模將達到6000萬噸，折合電能約為36000億千瓦時。
在浙江湖州的綜合能源站內就新落成了一座氫電雙向轉換及儲能一體化裝置
國網浙江電力將繼續開展綠電制氫、高效儲氫、生物質制氣、高效熱電聯供及氫能支撐微網等氫電耦合關鍵領域研究，研制氫能與電池混合儲能、直流換流器等核心裝備，開發綜合能量管理系統，助力氫能關鍵設備的國產化發展。加快推進氫電耦合綜合應用的浙江“示范”，打破氫能多場景高效綜合利用的瓶頸，有效支撐高彈性電網建設，為構建以新能源為主體的新型電力系統、實現碳達峰碳中和目標實現貢獻浙電力量。
