随着我国发展规模日益增大，能源消耗日益加剧。然而，石油、天然气等优质化石能源短缺的资源禀赋严重威胁我国能源安全。近期，俄乌冲突在欧洲引发的严重能源危机更是为我国保障自身能源安全敲响了警钟。同时，化石燃料的大规模使用也带来日益严重的环境污染问题。为保障国家能源安全，实现“双碳”目标，必须储量丰富的光热、风能为基础，推进过我能源体系的安全化、低碳化转型。美国著名学者里夫金在《第三次工业革命》一书中提出的能源互联网概念被认为是未来能源体系发展的重要方向。能源互联网是以信息传递为基础，以清洁能源为主要一次能源供体，以电能为核心，以储能技术为媒介的新型能源体系，具有智能化、清洁化、操作灵活化等优点，是未来能源结构发展的理想形式。

面临可再生能源间歇性、波动性的固有缺陷，发展大规模、长周期储能技术是构建能源互联网的必要环节。氢能具有热值高、无污染、可再生、长周期储存和远距离运输等优点，可作为能量储存、传递和转换媒介在能源互联网构建中发挥重要作用（图1）。

图1 氢能在能源互联网中的重要作用

在供能端，未来以清洁能源为主要一次能源供体的能源结构下，电解水制氢储能是解决可再生能源固有缺陷，实现大规模储能和远距离能源供应的重要途径，同时可以为生产生活提供清洁且充足的氢源。大规模、高效率、低成本的氢气制备和储运技术是氢能在能源互联网中发挥重要媒介作用的关键。氢气制备途径多样，电解水制氢是理想的可再生能源制氢的方式。如表1所示，碱性电解池、质子交换膜电解池和固体氧化物电解池是三种主要的电解装置。高效率（低过电位）和高产率（大电流密度）制氢是电解装置工业化的重要前提，SOEC在这方面具备显著优势。此外，SOEC原料适应性广，可深度参与“双碳”目标的实现过程。

表1 三种电解装置的比较

高压气态储运，液态储运（低温液态储运、液态有机氢载体储运）和固态储运是常见的氢气储运方式。气态储氢是氢气储运的主流方式，高压气态储氢容器是气态储氢的关键装置。目前，国外已开发出全复合轻质纤维缠绕储罐IV 型瓶，最高储氢压力为70 MPa。中国大规模应用的储氢容器为35 MPa铝内胆碳纤维缠绕III 型瓶，70MPa III 型瓶处于小规模应用起步阶段，70 MPa IV 型瓶尚处于研发阶段。长管拖车高压气态输运是目前氢气的主要运输方式。中国的长管拖车运氢压力为20 MPa，单车运氢量约为300 kg，正在积极发展35 MPa气态运输技术；国外采用45 MPa 纤维全缠绕高压氢瓶长管拖车运氢，单车运氢可提至700 kg。气态管道输运是实现氢气大规模、长距离运输的重要方式，具有输氢量大，能耗小和成本低等优势，是大规模氢气输运的重要发展方向。液态储运适用于长距离、运输量大的情况，日本已经开展了低温液氢、液态有机氢载体驳船运输项目，验证大规模、远距离液态氢运输的可行性。中国的低温液氢储运在航天领域已成功应用，在民用方面，已经制定出相关标准。固态输运的优点在于体积储氢密度高、安全性更好、可实现氢的快速充放。然而，目前看来，固态储氢的缺点在于目前的固体储氢材料室温下储氢量过低，且吸附材料的制备昂贵，商业化程度较低。

在耗能端，氢气可发电、可发热、也可用于交通燃料，因此可以打破传统的热网、电网、油气网三者之间无法实现互相耦合转化的壁垒，提高能源互联网的操作灵活性，真正实现不同能源形式之间的彼此联通和深度耦合（图2）。

图2 从传统能源结构到能源互联网

能源互联网是未来能源体系发展的理想状态，能够为人类提供更智能、更环保、更高效、更安全的能量供应结构和生产生活环境。储能周期长、效率高、能量转换形式多样的氢储能系统可作为重要能源转换和传递媒介在能源互联网构建中扮演重要角色。近期发布的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》中指出，氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，是用能终端实现绿色低碳化的重要载体。随着氢能相关技术的不断发展，氢能有望与电能一同成为能源互联网中的“两架马车”，以氢-电相互转化提高可再生能源利用效率和操作弹性，构建出转换灵活、传递高效的能量流，对能源绿色转型发展和“双碳”目标实现起到支撑作用。

 详细内容请阅读清华大学核能与新能源研究院于波老师课题组论文《能源互联网推动下的氢能发展》，该文发表于《清华大学学报（自然科学版）》2021年第4期“核能与新能源研究院60周年院庆专刊” (http://jst.tsinghuajournals.com/CN/volumn/volumn_4292.shtml)。

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文章引用格式如下：

曹军文, 郑云, 张文强, 于波. 能源互联网推动下的氢能发展[J]. 清华大学学报（自然科学版）, 2021, 61(4): 302-311.

CAO Junwen, ZHENG Yun, ZHANG Wenqiang, YU Bo. Hydrogen energy development driven by the Energy Internet. Journal of Tsinghua University(Science and Technology), 2021, 61(4): 302-311.

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