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先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。——范仲淹

氢电耦合系统的应用场景分析与发展建议

为充分发挥氢能助力能源绿色低碳转型、支撑实现碳达峰碳中和目标

的重要作用，源端通过可再生能源电解水制取清洁低碳氢已经成为行业共

识，用户端电能和氢能的互补协同应用也成为能源利用的重要途径之一。

未来，氢能与电能的发展将紧密相关、协调互补，氢电耦合系统正成为重

要发展趋势。

一、氢能和电能存在全链条互补特性，统筹研究可发挥协同优势

发展氢能，构建氢电耦合系统是加快能源低碳转型进程的重要途径之

一。在氢能供给端，可再生能源电解水制氢是未来最有潜力的绿氢制取方

式。随着相关技术加速迭代和产业规模不断扩大，电解水制氢技术经济性

有望不断提高，由清洁电能转化为绿色氢能的比例将逐步提升。根据国内

外有关机构预测，到2060年，我国氢能年需求约1亿吨，其中约80%将

来自于可再生能源电解水制取的绿氢。在氢能消费端，电能和氢能均为重

要的二次能源，在交通、储能、建筑等领域均具有广泛的应用场景，氢能

和电能互补应用潜力巨大；氢燃料电池发电、氢燃气轮机发电等技术实现

氢能到电能的转化，支撑氢能发挥其长周期、大规模储能的独特优势，弥

补电能不易长时间、大容量储存的不足。

国家发展改革委、国家能源局发布的《氢能产业发展中长期规划

（2021-2035年）》明确指出将重点发展可再生能源制氢；国内多个省份

发布氢能相关政策文件，均对可再生能源制氢及氢能多元应用进行重点部

署。可以预见，“十四五”及中长期，随着氢能在能源电力领域的应用场

先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。——范仲淹

景加速拓宽，氢电耦合系统将在增加新能源消纳能力、提升电力系统灵活

调节能力、提高综合能源利用效率、减少二氧化碳等污染物排放等方面发

挥重要作用，氢电耦合系统将成为氢能发挥其二次能源优势最重要的方式

之一。

二、氢电耦合系统内涵丰富，应用场景多元

氢电耦合系统涉及氢能制储输运、电能发输配用的各个环节，涵盖两

个产业的全链条。笔者认为氢电耦合系统是以绿色低碳发展为原则，以资

源优化配置为目标，依托电解水制氢、氢能发电、多能源品种协同控制等

技术，实现氢能和电能双向灵活转化、高效互补发展，支撑氢能绿色供给、

脱碳应用和高比例可再生能源消纳。氢电耦合系统既可以是电能到氢能或

氢能到电能的单向转换系统，也可以是实现电能和氢能双向转换的系统。

根据氢能和电能生产-储存-输送-使用的多个环节，氢电耦合系统可组

合为三大类典型耦合应用场景，各场景主要特征如下：

典型场景一为可再生能源电解水制氢及就近综合利用耦合场景。一是

在可再生能源资源丰富且当地氢能需求较大地区，设立可再生能源电解水

制氢专区，制取的氢作为原料或者燃料就近利用，应用场景包括石化、化

工、交通、电力等应用（见图1a），例如，张家口近年来大力发展可再生

能源制氢，在北京冬奥会期间为交通用氢提供保障。二是用户端氢电互补

应用耦合场景，即通过氢能和电能的协同支撑，满足用户多样化、低成本、

高可靠性用能需求（见图1b），例如，山东省正在牵头开展的“氢进万家”

科技示范项目。

先天下之忧而忧，后天下之乐而乐。——范仲淹

a可再生能源电解水制氢及多元利用

b用户端氢能和电能互补利用

图1可再生能源电解水制氢及就近综合利用场景示意图

典型场景二为氢储能场景，即