碳達(dá)峰、碳中和是能源體系的一場(chǎng)深刻變革，也是“一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革”，更是實(shí)現(xiàn)中國(guó)快速發(fā)展換道超越的重大機(jī)遇。2021年將是中國(guó)啟動(dòng)終結(jié)近170年來(lái)人類依靠化石能源時(shí)代的元年。
氫能不僅是動(dòng)力的重要來(lái)源，更重要的是其能源屬性可以助力構(gòu)建以新能源為主體的新型電力（能源）系統(tǒng)。發(fā)展氫能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要途徑。固態(tài)氧化物電池（SOC）是實(shí)現(xiàn)氫能利用的關(guān)鍵途徑，既可以電解水產(chǎn)生氫，又可以共解二氧化碳，還可以提供低碳（零碳）電力，實(shí)現(xiàn)跨季儲(chǔ)能，美國(guó)和歐洲已有許多成功的案例。發(fā)展SOC及其相關(guān)技術(shù)，是未來(lái)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)的重要選項(xiàng)。我國(guó)應(yīng)以歐洲碳中和脫碳之路為鑒，超前布局“綠色氫”“綠色碳”“綠色電”等低碳技術(shù)，進(jìn)而構(gòu)建新能源為主體的新型電力（能源）系統(tǒng)，盡早實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和，堅(jiān)定不移推進(jìn)能源革命與生態(tài)文明建設(shè)。
碳中和是全球大趨勢(shì)
隨著應(yīng)對(duì)氣候變化問(wèn)題成為全球各國(guó)政府的共識(shí)，推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和成為全球大趨勢(shì)，也正式提上了各國(guó)政府工作的議程和時(shí)間表。
眾所周知，控制好二氧化碳排放是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和（以下簡(jiǎn)稱“雙碳目標(biāo)”）的核心。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，二氧化碳與全球氣溫升高存在明顯的、線性的正相關(guān)關(guān)系。1880年第二次工業(yè)革命至2018年間，人類活動(dòng)造成大氣中溫室氣體濃度明顯增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出工業(yè)化前幾千年的平均水平，同一時(shí)間全球溫升達(dá)到1.2攝氏度，而且在過(guò)去幾十年內(nèi)，二氧化碳排放上升速率快速增長(zhǎng)。如果不加以控制，到本世紀(jì)末，氣溫上升將達(dá)到3攝氏度。研究結(jié)論指出，當(dāng)全球溫升超過(guò)2攝氏度時(shí)，海平面上升、冰川融化，整個(gè)自然生態(tài)系統(tǒng)都將遭受不可修復(fù)的破壞。這也是全球各國(guó)政府達(dá)成巴黎協(xié)定致力減少溫室氣體排放、將溫度上升控制在2攝氏度之內(nèi)，并力爭(zhēng)控制在1.5攝氏度的重要原因。
2014年，據(jù)國(guó)際能源署（IEA）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，全球主要經(jīng)濟(jì)體溫室氣體排放總量達(dá)480億噸，其中美國(guó)66億噸、歐盟43億噸、中國(guó)125億噸，而美、歐、中的非二氧化碳溫室氣體排放量分別為13億噸、8.2億噸、20億噸，非二氧化碳溫室氣體排放量占比分別為20%、19%和16%。從數(shù)據(jù)上看，我國(guó)溫室氣體排放量占全世界四分之一左右，當(dāng)然這與工業(yè)規(guī)模、人口等因素有關(guān)。
實(shí)際上，從世界范圍來(lái)看，二氧化碳排放與工業(yè)、與能源密切相關(guān)，總體而言，能源消耗的增加也與二氧化碳的增加存在線性正相關(guān)關(guān)系。近年來(lái)，歐洲、美國(guó)和日本已經(jīng)完成工業(yè)化，高耗能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐漸退出或轉(zhuǎn)移，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與能源需求基本脫鉤，均已經(jīng)碳達(dá)峰，達(dá)峰時(shí)間分別為1987年，2007年以及2008年。而中國(guó)目前仍處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，一次能源消費(fèi)仍處于增長(zhǎng)趨勢(shì)中，而且，與歐盟、美國(guó)、日本相比，中國(guó)從碳達(dá)峰到碳中和的時(shí)間要短得多，從碳達(dá)峰到碳中和的時(shí)間只有30年，因此，要付出更加艱苦的努力。
作為二氧化碳排放的主要來(lái)源之一，能源電力行業(yè)在我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的過(guò)程中扮演著領(lǐng)軍者、主力軍的角色，我們必須探索打造屬于未來(lái)的低碳（零碳）能源電力系統(tǒng)。
“雙碳”目標(biāo)：中國(guó)的使命與擔(dān)當(dāng)
“雙碳”目標(biāo)體現(xiàn)了中國(guó)的使命與擔(dān)當(dāng)，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有政治、經(jīng)濟(jì)等層面的多重意義，但同時(shí)也面臨著諸多困難與挑戰(zhàn)。
在升溫控制在2攝氏度目標(biāo)下，中國(guó)2050年一次能源消費(fèi)與構(gòu)成的目標(biāo)是：非化石能源占比大于70%，非化石電力占比大于90%，終端電力比重55%以上。這一目標(biāo)極具挑戰(zhàn)性，但任何事情都是相對(duì)的，這不僅僅是挑戰(zhàn)，還是機(jī)遇。實(shí)現(xiàn)2攝氏度目標(biāo)導(dǎo)向的轉(zhuǎn)型路徑，2020~2050年需要新增加投資約127萬(wàn)億元，約占每年GDP1.5%~2%。因此，“雙碳”目標(biāo)也會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)和新就業(yè)機(jī)會(huì)。
“雙碳”目標(biāo)具有三個(gè)重大意義：
首先，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，事關(guān)中華民族的偉大復(fù)興。如今，中國(guó)的發(fā)展、中國(guó)的地位已經(jīng)受到世界矚目。以美國(guó)為首的西方世界，試圖反對(duì)中國(guó)的一切理念和行動(dòng)，但氣候變化問(wèn)題作為人類共同關(guān)心和支持的話題，沒(méi)有人能夠提出反對(duì)意見(jiàn)。習(xí)近平總書記正是敏銳地洞悉了氣候變化這個(gè)話題的重要性，從而占據(jù)主動(dòng)地位，提升了中國(guó)的國(guó)際地位和話語(yǔ)權(quán)。
其次，“雙碳”目標(biāo)意味著能源領(lǐng)域的深層次革命，而歷史上能源領(lǐng)域的數(shù)次革命都推動(dòng)了工業(yè)革命，實(shí)現(xiàn)社會(huì)的完整進(jìn)步。未來(lái)，清潔能源將徹底取代化石能源作為基礎(chǔ)性能源的地位，這意味著傳統(tǒng)的能源電力行業(yè)要發(fā)生顛覆式的革命。中國(guó)將通過(guò)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)命脈發(fā)起一次根本轉(zhuǎn)變，從而去倒逼中國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。
最后，眾所周知，我國(guó)70%的石油依賴進(jìn)口，長(zhǎng)期受美國(guó)壓制。前述能源電力的深層次革命就是要通過(guò)清潔能源的替代，徹底擺脫對(duì)石油的依賴，進(jìn)而打破西方社會(huì)利用石油能源對(duì)我國(guó)的封鎖，改變?nèi)蛞允蜑橹鲗?dǎo)的地緣政治格局。170年來(lái)人類依靠化石能源的歷史即將迎來(lái)終止符，我國(guó)將用未來(lái)四十年的時(shí)間迅速完成從化石能源到清潔能源的過(guò)渡。
同樣也要認(rèn)識(shí)到，“雙碳”目標(biāo)的時(shí)間緊、難度大、任務(wù)重，我們會(huì)遇到許多挑戰(zhàn)，其中有三點(diǎn)挑戰(zhàn)是最困難、也是最核心的。
第一大挑戰(zhàn)是消納問(wèn)題。2030年我國(guó)風(fēng)、光發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘恐辽賹⑦_(dá)12億千瓦，換言之至少是現(xiàn)有裝機(jī)容量的2~3倍，能否有效消納風(fēng)光電能將成為重大挑戰(zhàn)：我國(guó)風(fēng)光資源主要集中在三北地區(qū)，然而三北地區(qū)負(fù)荷水平普遍偏低，自身消納能力弱；特高壓輸送容量還有待大幅提升；同時(shí)，按現(xiàn)有技術(shù)，特高壓輸送必須配套穩(wěn)定電源，而現(xiàn)階段大部分地區(qū)配套了一定比例的煤電，到2030年后，大規(guī)模建設(shè)煤電站來(lái)配套新能源輸送，顯然不大可能了。因此，我們必須探索新的風(fēng)光電能的消納之道。
第二大挑戰(zhàn)是由中國(guó)的能源稟賦帶來(lái)的。中國(guó)主要是化石能源并以煤炭為主，除了大力發(fā)展新能源和低碳產(chǎn)業(yè)以外，如何有效實(shí)現(xiàn)二氧化碳的中和將是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。據(jù)預(yù)測(cè)，2030年二氧化碳排放約為105億噸，2060年約為20~30億噸，自然平衡二氧化碳遠(yuǎn)不足以中和工業(yè)排放，現(xiàn)有處理大規(guī)模二氧化碳的手段主要是回注和填埋（CCUS），尚未出現(xiàn)大規(guī)模綠色利用二氧化碳的技術(shù)手段。且根據(jù)最新的研究發(fā)現(xiàn)，回注和填埋二氧化碳的辦法并非一勞永逸，存在二氧化碳外溢的可能，同時(shí)這類裝置運(yùn)行成本較高。因此，我們必須探索二氧化碳大規(guī)模綠色化利用的手段和方法。
第三大挑戰(zhàn)是電力系統(tǒng)將面臨“空心化”的挑戰(zhàn)。大規(guī)模新能源條件下構(gòu)建“以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”，傳統(tǒng)燃煤電站將成為輔助電源，若未來(lái)調(diào)峰能力、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不足，將嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。除此之外，還有特高壓大功率匯入?yún)^(qū)域電力網(wǎng)，如何解決區(qū)域電網(wǎng)“頭重腳輕”現(xiàn)象；高比例分布式新能源并網(wǎng)，如何解決電力波動(dòng)、以及靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題；重大自然災(zāi)害情況下如何應(yīng)對(duì)電網(wǎng)的供電可靠性挑戰(zhàn)：如美國(guó)德州大停電事件。因此，我們必須探索建設(shè)能保障新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行的支撐體系。
未來(lái)的電力系統(tǒng)以新能源為主，而新能源的核心主要是風(fēng)和光。水電是有限的，而風(fēng)光電能最大的特點(diǎn)是不確定性?，F(xiàn)今的電力系統(tǒng)是基于負(fù)荷安排發(fā)電，這在電力充足的情況下不存在問(wèn)題。但如果未來(lái)90%的電力來(lái)源于可再生能源，這樣的間歇性電力系統(tǒng)存在區(qū)域或一定時(shí)間段缺電的風(fēng)險(xiǎn)和隱患。解決上述問(wèn)題的辦法有兩種：一種是全球能源互聯(lián)網(wǎng)，即在全球范圍內(nèi)去調(diào)整電力、平衡電力，中國(guó)沒(méi)有太陽(yáng)或者風(fēng)，世界上肯定有其它地方有風(fēng)、有太陽(yáng)。二是我國(guó)橫跨三個(gè)時(shí)區(qū)，一定程度上也可實(shí)現(xiàn)電力互濟(jì)，但局部地區(qū)的自然能量（風(fēng)、光）有可能出現(xiàn)以天為單位、或者以周為單位的無(wú)太陽(yáng)或者無(wú)風(fēng)的氣候情況，這時(shí)就需要建立中長(zhǎng)期和跨季儲(chǔ)能，以對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行賦能，滿足系統(tǒng)負(fù)荷平衡要求。
歐洲碳中和的脫碳之路
“夫以銅為鏡，可以正衣冠；以古為鏡，可以知興替；以人為鏡，可以明得失?！睔W洲走向碳中和的脫碳之路，可給予中國(guó)建設(shè)性意見(jiàn)與思路，從而少走許多彎路。
2019年12月11日，歐洲議會(huì)通過(guò)了《歐洲綠色新政》，其核心內(nèi)容是在2050年實(shí)現(xiàn)氣候中和。氣候中和是碳中和的延伸，它把除二氧化碳外其它的溫室氣體也涵蓋在內(nèi)。歐洲首先通過(guò)立法的方式把2050年氣候中和目標(biāo)入法，通過(guò)法律來(lái)確保2050年實(shí)現(xiàn)氣候中和。除了立法，還制定了8個(gè)氣候中和目標(biāo)，涉及能源、工業(yè)、建筑、交通、農(nóng)業(yè)、生態(tài)和環(huán)境這8個(gè)方面。歐洲還有煤炭脫碳計(jì)劃，歐洲所有國(guó)家對(duì)“脫煤”都有明確的時(shí)間表，2040年前煤炭必須被全部替代，現(xiàn)在也正在討論2050年前“脫氣”的各種方案。
實(shí)際上，歐洲在脫碳之路上也遇到了很多瓶頸、彷徨、困惑與挑戰(zhàn)——?dú)W洲計(jì)劃在2050年實(shí)現(xiàn)新能源占比達(dá)到90%，但新能源的發(fā)展與土地、電價(jià)、電網(wǎng)都存在眾多難以調(diào)和的矛盾與困局。
以歐洲北海區(qū)域出現(xiàn)的“負(fù)電價(jià)”困局為例，歐洲北海海上風(fēng)電資源豐富，北海附近的國(guó)家包括英國(guó)、荷蘭、德國(guó)、丹麥和挪威，當(dāng)?shù)仫L(fēng)資源平均可利用小時(shí)達(dá)4000小時(shí)以上，部分區(qū)域能達(dá)到5000小時(shí)，可謂資源優(yōu)異。風(fēng)電企業(yè)經(jīng)營(yíng)執(zhí)照有效期為20年，電價(jià)約為10~15歐分每千瓦時(shí)，其盈利空間巨大。豐厚的利潤(rùn)吸引了大量資金與企業(yè)涌入市場(chǎng)。歐洲的電力市場(chǎng)主要以國(guó)家為單位，國(guó)與國(guó)之間的電力交易較少，僅占10%，因此電主要是各個(gè)國(guó)家自發(fā)自用。由于電力市場(chǎng)調(diào)節(jié)能力有限，“負(fù)電價(jià)”問(wèn)題暴發(fā)，即發(fā)了電之后政府掏錢給用戶補(bǔ)貼用電，隨后還衍生出一系列問(wèn)題。從結(jié)果來(lái)看，歐洲能源結(jié)構(gòu)被重新定義。其一，由于電力就地消納，與電網(wǎng)輸送互為補(bǔ)充，因此，可再生能源的消納部分與電網(wǎng)輸送解耦；其二，歐洲實(shí)施沙漠計(jì)劃，數(shù)個(gè)國(guó)家聯(lián)合開(kāi)發(fā)撒哈拉沙漠，試圖將撒哈拉沙漠生產(chǎn)的風(fēng)光電能輸送到歐洲使用。根據(jù)全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織的研究，撒哈拉沙漠7%的風(fēng)光資源就可支撐起整個(gè)歐洲的電能需求。但數(shù)年后，上述計(jì)劃宣告失敗、相關(guān)組織也大幅萎縮。其失敗原因在于，送電必須經(jīng)過(guò)地中海，歐洲沒(méi)有特高壓，只能通過(guò)一般輸電線路，使用一般電纜從撒哈拉到歐洲的輸電費(fèi)用為特高壓的5~8倍。
近幾年該組織又有了重新啟動(dòng)的趨勢(shì)，還是在撒哈拉沙漠大規(guī)模建風(fēng)電和光伏電場(chǎng)，就地制氫，采用管道通過(guò)地中海向歐洲輸氫，而管道輸氫的成本比建設(shè)特高壓要低得多。這樣，可再生能源的動(dòng)能就可以得到充分的釋放。通過(guò)氫能以及液態(tài)空氣儲(chǔ)能，不僅可以就地消納電力，實(shí)現(xiàn)跨季儲(chǔ)能，還可逐漸取代部分燃煤電廠，對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷平衡進(jìn)行賦能。德國(guó)正是最早提出跨季儲(chǔ)能概念并付諸實(shí)踐的國(guó)家之一，他們從跨季儲(chǔ)能到實(shí)施國(guó)家戰(zhàn)略計(jì)劃“電到氣”（Power to X），通過(guò)發(fā)展綠氫，最終實(shí)現(xiàn)電氫耦合以及電氫熱耦合，從而釋放新能源發(fā)展動(dòng)能。
目前， 歐洲實(shí)現(xiàn)碳中和主要是依靠清潔能源、綠氫和節(jié)能三大支柱。
一是節(jié)能增效，發(fā)展綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)，歐洲能效水平比中國(guó)要高一檔，但他們依然非常重視節(jié)能工作。他們以能效為核心，構(gòu)建循環(huán)能源系統(tǒng)，充分再利用廢熱、廢水等能源。節(jié)約下來(lái)的能源是最清潔、最有價(jià)值的綠色能源。
二是實(shí)施以清潔能源為支撐的終端用能電氣化，以實(shí)現(xiàn)化石能源的替代，強(qiáng)調(diào)基于清潔能源的電能，在終端領(lǐng)域推進(jìn)電氣化，加大電力替代。
三是對(duì)無(wú)法實(shí)現(xiàn)電氣化的領(lǐng)域，實(shí)施綠色氫能替代。比如在冶金工業(yè)、化工業(yè)等，以及重型卡車、鐵路、航空和海上運(yùn)輸?shù)鹊取?
歐洲目前有許多氫能示范項(xiàng)目，如德國(guó)Get H2項(xiàng)目，德國(guó)提出氫能發(fā)展的目標(biāo)是占全部能源的24%、歐盟整體目標(biāo)達(dá)到30%。氫能在歐洲實(shí)現(xiàn)碳中和過(guò)程中發(fā)揮著非常重要的作用。
氫能技術(shù)助力碳中和發(fā)展之路
氫具有能源屬性，是最清潔的二次能源，能源系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)“宜電則電，宜氫則氫”。氫來(lái)源廣泛，氫作為能源，能源密度高，可實(shí)現(xiàn)完全零排放、可循環(huán)，是除可再生電力之外最清潔的能源利用方式。同時(shí)，氫能利用是能夠與化石燃料清潔低碳利用、可再生能源規(guī)?；没ハ嗖⑿械囊环N可持續(xù)能源利用路徑。氫不像電、不需要每分每秒都實(shí)現(xiàn)平衡?？偠灾?，綠氫和綠電像是天生一對(duì)的“好兄弟”，能解決未來(lái)我們對(duì)能源各方面的需求。
目前，氫的來(lái)源主要還是化石能源：全球年產(chǎn)氫5000萬(wàn)噸，其中96%來(lái)源于傳統(tǒng)能源的化學(xué)重整，4%來(lái)自于電解水（真正的綠色制氫）。據(jù)澳大利亞能源研究院成果顯示，當(dāng)可再生能源制氫成本達(dá)到1美分的時(shí)候，它就比其它所有的常規(guī)制氫方式都要有競(jìng)爭(zhēng)力。
制氫有三大技術(shù)路線：
第一個(gè)是高溫固體氧化物電池（SOEC），該技術(shù)最核心的優(yōu)勢(shì)是便宜、效率高，效率大于90%，3~3.5千瓦時(shí)電可生產(chǎn)1公升的氫，缺點(diǎn)是必須高溫運(yùn)行。目前，歐洲正逐漸在形成推廣SOEC的趨勢(shì)。
第二個(gè)是堿性制氫（AEC），這個(gè)技術(shù)是最成熟、發(fā)展歷史最悠久的。40年前挪威就開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化制氫，這一技術(shù)方案造價(jià)便宜，生命周期較長(zhǎng)。而AEC最核心的特點(diǎn)是要求電力穩(wěn)定可靠，最適合使用水電，不適合風(fēng)光等間歇性電能。該技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)明顯，運(yùn)行簡(jiǎn)單，占用場(chǎng)地大，副產(chǎn)物存在一定的污染。
第三個(gè)是質(zhì)子交換膜制氫（PEM），該技術(shù)適合使用風(fēng)光電等間歇性電源，原因在于啟動(dòng)溫度在100攝氏度以下，靈活性強(qiáng)。但也有兩個(gè)致命性缺點(diǎn)：第一個(gè)是運(yùn)行壽命短（2~3年），第二個(gè)是材料昂貴（金屬鉑），對(duì)材料性質(zhì)要求高。
綠氫的未來(lái)，取決于電價(jià)是否便宜、設(shè)備和技術(shù)是否成熟以及政府政策支持的力度是否足夠。水電、海上風(fēng)電、陸上風(fēng)電、光伏制氫成本目前都比煤制氫要高，但它們都呈下降趨勢(shì)，未來(lái)遲早會(huì)低于煤制氫。
除此之外，氫能發(fā)展還要考慮一個(gè)問(wèn)題——?dú)涞倪\(yùn)輸。歐洲使用了管道輸送的方式，因?yàn)樗麄冇旋嫶蟮奶烊粴夤艿谰W(wǎng)絡(luò)有關(guān)，經(jīng)過(guò)一定改造，歐洲的管道就可以用于輸氫。但中國(guó)的燃?xì)夤艿烙捎诠艿啦馁|(zhì)的原因，還需要經(jīng)過(guò)專門的研究和改造。
氫能輸送還可以實(shí)施氫化工，即將綠氫就地轉(zhuǎn)換為氨或甲醇等，在常溫常壓下進(jìn)行運(yùn)輸。氨或甲醇不僅是高附加值的化工產(chǎn)品，而且更是高效的清潔能源。
國(guó)際能源署IEA推薦的大規(guī)模氫能輸送方式是液體有機(jī)氫載體輸氫（LOHC），簡(jiǎn)單地說(shuō)就是把氫融在油里，油罐車、油輪不需任何改造，就可以實(shí)現(xiàn)常溫常壓大規(guī)模長(zhǎng)距離運(yùn)送。這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)有相關(guān)的研究和試點(diǎn)。
除了綠色氫，還有綠色碳。在“雙碳”目標(biāo)下，如何高效轉(zhuǎn)化利用二氧化碳，將其變廢為寶，成為能源化工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。大規(guī)模處理二氧化碳的手段，其中一個(gè)就是SOEC，通過(guò)固體氧化物電池用水蒸氣混合二氧化碳共解制合成氣。合成氣是一種清潔燃料，同時(shí)也是附加值很高的化工產(chǎn)品。歐洲目前有幾個(gè)示范項(xiàng)目。這個(gè)技術(shù)值得我們深入研究并進(jìn)一步推廣。
最后一個(gè)是綠色電，這也是我們未來(lái)電力行業(yè)巨大的發(fā)展機(jī)遇。以燃料電池為例，輸入是氫，輸出的是電和水。反過(guò)來(lái)，它還可以通過(guò)消納清潔能源電解水，輸入是清潔電和水，輸出是氫和氧。從能效的角度來(lái)講，燃料電池能效能達(dá)到90%。
另一方面，“雙碳”目標(biāo)是否能夠順利實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵是能否建成以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。到2060年，90%的電力將來(lái)自清潔能源，即主要來(lái)自風(fēng)、光。由于風(fēng)、光電能的間歇性和波動(dòng)性，確保電力系統(tǒng)的全時(shí)域功率平衡將是新型電力系統(tǒng)必須要面對(duì)和要解決的主要問(wèn)題，同時(shí)，以清潔能源為主體的電力系統(tǒng)具有弱轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的問(wèn)題，如何確保系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定，將是一個(gè)必須解決的重大課題。
固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)將會(huì)為未來(lái)新型電力系統(tǒng)提供一個(gè)重要和有效的解決方案。一是可以逐步替代燃煤電站，為系統(tǒng)提供高效能的全時(shí)域儲(chǔ)能，填補(bǔ)風(fēng)、光電能間歇性造成的系統(tǒng)功率缺額，支撐電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，二是利用其700攝氏度以上工作溫度的特點(diǎn)，可以與汽輪機(jī)組成聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，為電力系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，三是其輸入不僅可以是氫能，還可以是天然氣、煤氣和沼氣等燃料氣，通過(guò)固體氧化物燃料電池前置的重整裝置可以將氫能和二氧化碳分離，實(shí)現(xiàn)二氧化碳回收和零碳發(fā)電。由于其電堆主要設(shè)備由陶瓷片組成，生產(chǎn)成本相對(duì)于其他形式的儲(chǔ)能將會(huì)有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
綜上所述，氫能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要途徑之一。氫能是最清潔的綠色能源，發(fā)展綠氫是中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)的重要選項(xiàng)。氫能不僅是動(dòng)力重要來(lái)源，更重要的是其能源屬性，可以助力以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。固體氧化物電池SOEC是實(shí)現(xiàn)氫能利用的重要途徑，既可以電解水產(chǎn)生氫，又可以共解二氧化碳，還可以提供低碳（零碳）電力，實(shí)現(xiàn)跨季儲(chǔ)能，因此，發(fā)展SOEC及其相關(guān)技術(shù)，是未來(lái)新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)的重要選項(xiàng)。
本文刊載于《中國(guó)電力企業(yè)管理》2021年06期，作者系德國(guó)國(guó)家工程院院士
