雷宪章
碳中和是国家主席习近平代表中国对世界 作出的庄严承诺，是一场广泛而深刻的经济社 会系统性变革，事关中华民族永续发展和构建 人类命运共同体。它有三个重大意义：第一， 事关中华民族伟大复兴。自改革开放以来，中 国经济实现了快速发展，经济总量已跃居世界 第二，与美国经济规模的差距也在快速缩小， 2020 年中国的GDP 约为美国的 70%。当今世 界正经历百年未有之大变局，面临的机遇和挑 战都有新变化。“3060”双碳目标是党中央经 过深思熟虑作出的重大战略决策，实现双碳目 标这场革命将为新时代中国经济提供新的机 遇，中国将通过抢占气候变化和能源革命的先 机和话语权，在新发展赛道中获得主导权。第 二，碳中和首先是一场深刻的能源革命。目前 看，化石能源的使用占整个二氧化碳排放量的 80% 以上，因此要减少二氧化碳排放必须从能 源革命入手，通过开发新能源和零碳能源来替 代传统的化石能源，倒逼中国经济实现绿色转 型，完成从工业革命、工业文明到生态文明的 转变。第三，目前中国的石油70% 依靠进口， 通过发展新能源和零碳能源，转换能源赛道， 将进一步打破以美国为首的西方国家对石油的 垄断，取得能源发展的主导权。
一、欧洲碳中和的脱碳之路
2019 年 12 月 11 日，欧盟委员会发布了 《欧洲绿色新政》，明确提出欧洲向清洁能源 和循环经济转型的重要目标和任务，要求欧 洲在 2050 年成为全球首个实现碳中和的大 陆，以缓解气候变化、促进欧洲经济稳定可 持续发展。
《欧洲绿色新政》有两个重要特点：一是， 将欧盟2050 年实现碳中和目标纳入法律框架， 通过立法来保障碳中和目标的实现；二是，对 能源、工业、建筑、交通、农业、生态、环境 7 个重点领域，明确了实现目标的路径，提出 了落实目标的关键政策、措施、路线图和详细 的规划方案。
从能源革命来讲，首先是通过能源替代， 减少二氧化碳排放。欧洲早已启动去核电和淘 汰煤电的进程，其中，德国计划于2038 年前 关闭所有煤电厂，自此欧盟范围内将不再有煤 电。同时，欧盟也在讨论 2050 年前实现天然 气的退出。可以说，欧洲经历了一系列非常重 大的事件和变革，走出了一条比较彻底的退出 化石能源的道路。
欧洲以碳中和为目标的能源革命主要依靠节能、清洁能源和绿氢三大支柱，即能效、电 气化以及绿色氢能。
第一个支柱，即建立和完善以能效为核 心，以节能为重点，以循环经济为抓手的循环 能源体系，致力于将电、热、气、水和工业过 程进行综合利用，并充分关联各独立工业过程 的输入输出，实现资源的循环高效利用。欧 洲认为，节能增效是第一绿色能源，能效和循 环经济是应对能源变革的最有效方案之一。欧 盟近期已经把能源效率目标从乌克兰危机前原 计划的9% 提升至13%。目前，鉴于乌克兰危 机给欧洲带来的巨大能源危机，欧洲各国已加 大节能减碳力度，一是提倡消费者节能减碳的 自觉行为；二是加快推广节能增效技术，特别 是德国政府，已采取诸多措施如加大力度推广 低能耗和高能效的绿色和被动能源建筑，其中 被动能源建筑的能耗可以降至未经改造建筑的 10%。值得指出的是，目前中国单位 GDP 能耗 是德国的 2.9 倍，德国在能耗如此低的情况下， 仍将能效提升作为整个能源转型的重要抓手， 目的就是要实现德国专家们预见的目标，即到 2045 年德国的能源消费在现有基础上再降低一 半。
第二个支柱，即清洁能源支撑的电气化， 包含两层意思，一是电从清洁能源来，二是在 用能终端取代化石能源，取代石油、天然气。 在很长一段时间里，德国能源转型与电力转型 几乎是同一个概念，能源转型大都与风能和太 阳能等清洁能源有关。后来，由于德国热能 在终端消费总量中占据很大比例，这让德国慢 慢意识到能源转型还应包括终端用能的供热转 型，进而开始关注电转热和地热等其他清洁热 能的化石能源替代。此外，德国在交通领域的 能源需求已占终端能源消费总量的30% 左右， 因而又启动了大规模的交通电气化进程，并通 过了2030 年后禁止销售传统燃油汽车的提案。
部分西方发达国家已开始在提供离网大型动力和燃烧属性方面进行技术储备，未来化石能源的零碳替代将成为大概率事件。
综上所述，德国的电力转型、热能转型以及交 通能源转型的实质是以清洁能源电气化为目标 的综合能源转型。尽管在综合能源转型的道路 上困难重重，但德国各界已基本达成共识，即 基于清洁能源的电气化程度应达到能源消费的 80%。可以说，清洁能源支撑的电气化是实现 气候目标的重要路径，也是解决绿色环保问题 的重要手段。
要实现清洁能源支撑的电气化，一个绕 不开的问题是德国电网的改造和电力市场的 建设。德国对其以发展风光电为主的电力转型 持乐观态度。2020 年，德国可再生能源发电在 电力消费中的份额为 51%，预计到 2030 年将 达到 65%，与此同时，德国意识到其电网扩建 严重滞后的问题。截至目前，德国计划建设的 7700 公里电力线路中，仅建设完成约 1500 公 里，特别是计划建设连接风电资源集中的北部 海上风场的三条高压直流输电走廊，一条也没 有建成。这在客观上制约了德国可再生能源进 一步大规模发展。
为此，德国除了加强对电网运行的控制 外，还建立了一套高比例可再生能源的电力市 场机制，以保证 2030 年可再生能源达到 65% 这一目标的实现。德国电力市场的核心是平 衡基团机制。平衡基团是一个虚拟的市场基 本单元，利用虚拟电厂买入和卖出电量，实 现单元内发电和用电电量的平衡。输电公司 根据平衡基团买入或卖出的电量做出全区域 的电量平衡计划并完成电网的安全校核。虚 拟电厂平台商参加现货市场的能源交易，现 货市场上的可再生能源越多，竞买竞卖就越 激烈，这促使了可再生能源充分的竞价上网。 进一步，通过高精度的可再生能源发电量的 预测，大大提升了可再生能源发电的灵活性。 通过上述机制和手段，德国阶段性地解决了 可再生能源的消纳，且保障了高比例可再生 能源电网的安全运行。
第三个支柱，即在重工业、重型交通、铁 路、航空、航海、化工工业、冶金工业等难以 实现电气化的领域采用氢能替代。氢能替代主 要聚焦电气化难以替代化石能源的两个重要方 面，一是提供大型离网动力的能力，二是化石 能源的燃烧属性。
就大型离网动力来说，欧盟委员会于 2020 年 12 月发布的《可持续和智能交通战略》中 提出，将进一步削减交通运输领域的二氧化碳 排放，并明确了在这一过程中氢能将发挥的重 要作用。目前，欧洲已在氢能重卡、氢能列车、 氢能船舰和氢能飞机等重型交通领域展开顶层 设计，并在产业上开始积极布局。2020 年 4 月 21 日，沃尔沃集团（Volvo Group）和戴姆勒 卡车公司（Daimler Truck）宣布将成立合资企 业，加快重型卡车燃料电池系统的开发和生产； 2020 年 9 月 22 日，空中客车公司公布了 3 款 氢能源概念飞机，代号 ZEROe ；2021 年 9 月 18 日 ，德国推出了世界上第一辆氢动力列车； 瑞典航运公司 Rederi AB Gotland 也正在开发瑞 典第一艘用于客运和货运的大型氢动力船；等 等。有关方面预计，到 2025 年，在欧洲使用 的氢动力卡车数量将达到 1 万辆；到 2030 年， 将增至 10 万辆。 2030 年后，海上和航空部门的氢应用将大规模启动。
就氢能的燃烧属性来说，德国已展开不 少创新性尝试。2018 年 1 月 11 日，德国蒂 森克虏伯斯塔尔钢厂进行了世界上首次以氢 代煤实验。氢气作为铁矿石无排放的还原剂， 可以减少乃至最终完全避免钢铁生产中二氧 化碳的排放。在冶金工业中，未来以氢代煤， 通过“氢能炼钢”实现零碳排放已在技术上 有了较大突破。
西门子于 2019 年 1 月发布了氢燃气轮机 计划，到 2030 年将推出各种型号氢能燃气轮 机，这些氢燃气轮机将自 2020 年起，在燃料 气中逐步将氢能的占比从 20% 提升至 100%。 要实现这一目标，必须在技术上解决“在绝热 条件下，氢的火焰温度比甲烷高出近 300℃， 但自燃延迟时间却比甲烷低三倍以上”这一矛 盾。欧洲现已通过控制高活性燃料的火焰和保 持燃烧系统的完整性等方法，基本解决了这一 技术难题。
为探索电气化无法替代化石能源领域里氢 能替代的系统性解决方案和路径，德国已开始 实施一项氢能示范工程：首先通过清洁能源高 温电解制氢，将制氢产生的热能进行区域供热， 产生的氢气应用于冶金、化工等领域，并实现 建筑供能，富裕的氢气储存在经过改造的废弃 盐矿中，通过市政和交通的综合加氢站实现氢 能的配送。这一示范工程以电气化为主，氢能 配合，整个用能体系基本上可以实现清洁零碳 运行。与此同时，日本的氢能实践也取得了一 定成果。在日常生活领域，日本提出将氢供应 到每个建筑单元，再通过分布式燃料电池发电 和供热以实现建筑供能的零碳方案。
由此可见，欧洲等西方发达国家已开始在 提供离网大型动力和燃烧属性方面进行技术储 备，相信在不远的未来，化石能源的零碳替代 将成为大概率事件。
二、电氢耦合协调，助力实现“双碳” 目标
中国在提出以新能源为主体的能源转型过 程中，要达到“双碳”目标，面临着非常多的 挑战。习近平总书记指出，绿色转型是一个过 程，不是一蹴而就的事情。要先立后破，而不 能够未立先破。先立后破就是要在大力建设清 洁能源的同时，依托技术创新，确保清洁能源 配上相应的储能技术成为稳定电源后，才能有 条件地逐渐退出煤炭能源。
发展清洁能源的重要路径是发展清洁电 能，重点是大力开发风光水电能。但是清洁电 力不可能完全替代化石能源，因为清洁电能目 前还不具备化石能源所具有的燃烧属性以及提 供离网大型动力的能力。要完全替代化石能源， 还应辅之以氢能，即以清洁电为主，以氢代煤、 以氢代油，实行以氢基能源为辅的电氢耦合协 调机制，以保证绿色能源的安全供给。因此， 电氢耦合协调将是中国未来能源发展格局的必 然选择。
能源替代面临的第一个挑战，是大量建设 风光电能后的消纳问题。截至 2021 年底，中 国风电装机容量约 3.28 亿千瓦 , 太阳能发电装 机容量约 3.06 亿千瓦，预计到 2030 年风光发 电总装机容量将达到 12 亿千瓦以上。乐观估 计，实际数字会远超 12 亿千瓦，甚至达到 15 亿至 18 亿千瓦，是现有风光发电总装机容量 的 3 倍左右。而现在对 6.34 亿千瓦的消纳已经 非常吃力，增加 3 倍后，是仍然靠电网进行全 部消纳，还是需要其他手段就地消纳，都是摆 在中国面前必须回答的问题。 能源替代面临的第二个挑战，是风光电能 的间歇性、随机性与电力系统供给的刚性比较， 两者间存在巨大的矛盾。以前电网能够保证稳 定，主要是依靠火电、水电以及核电根据电网的需求来动态地调节电力平衡。而未来以新能 源为主体的电力系统中，风和光是靠天吃饭， 在此情况下，如何保证新型电力系统全时域的 功率平衡和动态稳定运行将成为重大挑战。
要迎接这两大挑战，必须在“先立”的过 程中，建设全时域电能消纳和储能体系，使新 能源为主体的电源成为稳定电源，然后才能逐 步退出煤炭能源，最终在 2060 年达到高比例 风光电能的目标。
迎接第一个挑战 ：电氢耦合协调，保证绿 色能源供给
迎接第一个挑战，首先就是要保证风光能 源在开发过程中能够得到及时有效的消纳。当 前主要依靠电网消纳风光水电能的模式是不够 的，必须拥有就地消纳多余风光新能源的能力 和各种手段。以欧洲环北海地区七个国家为例， 英国、德国、法国、荷兰、比利时、丹麦、挪 威在北海建造了大量风电场，原因是这里风资 源非常好，年均 4000 小时、甚至达到 5000 多 小时。由于欧洲电网不具备大功率电能传输的 能力，所以当风电场所发电力过剩时，只能在 电力市场中通过负电价机制进行调节。负电价 意味着用户可以免费用电，同时还可以得到补 贴。负电价政策推进了一种新的趋势，即通过 制氢就地消纳多余的风光电能。
欧洲的天然气管网非常发达，而且经过大 量的运行实践，有专家指出，风光电制氢后可 以采用天然气管道输氢，直达千家万户。除管 道输氢外，还有很多氢化工措施，比如就地制 氢后，再就地把氢变成甲醇或者氨，用常温常 压的方式把甲醇和氨送到所需要的地方，然后 再利用。
谈到制氢，目前全球年产氢 5000 万吨， 其中 96% 以上来自于化工，即来自于灰氢和 蓝氢，仅有 4% 来源于电解水制氢。化工制氢 会排放大量的二氧化碳，这背离了碳中和之路。 因此，化工制氢和绿氢制氢是两条完全不同的 道路，要实现氢能替代的绿色发展，绿氢是一 条重要的路径。
从绿氢制氢技术看，目前世界上有三项公认的成熟技术，即碱性制氢、质子交换膜制氢 和高温固体氧化物电解池制氢。
（一）碱性电解水制氢（Alkaline Water Electrolysis，ALK）。碱性制氢技术成熟且成本 较低，设备使用寿命长（15 年以上）。挪威于 四五十年前就开始在大型水电站配备碱性制氢 站，将富裕的弃水制成氢，制氢能耗介于 4.5— 5.5 千瓦时。碱性制氢需要稳定的电源，因为 碱性电解槽两极分别有氢气和氧气产生，当功 率低于 30% 时，氢氧气体就有混合而发生爆 炸的危险，所以，碱性电解水制氢不适用于单 独使用风光电制氢的模式。
（ 二 ） 质 子 交 换 膜（Proton Exchange Membrane，PEM）制氢。其制氢原理与碱性电 解水制氢原理相同，但 PEM 技术使用固态聚 合物阳离子交换膜，通过此交换膜分隔阴阳两 极并传导导电氢离子。PEM 技术可以毫秒级启 动，适应风光电源制氢。但目前使用 PEM 技 术有两个问题待解，一是中国 PEM 电堆中的 膜大部份依赖进口，二是电堆使用的催化剂主 要依赖贵金属铂，而铂金在中国没有相应的矿 产，过去一段时间铂金的价格涨幅又很大，当 未来大规模采用 PEM 技术时，铂金极有可能 会成为中国“卡脖子”的战略物资。因此，在 规划采用 PEM 技术时，必须考虑到这一点。
划采用 PEM 技术时，必须考虑到这一点。 （ 三 ） 固 体 氧 化 物 电 解 池（Solid Oxide Electrolysis Cell，SOEC）制氢。其使用固态陶 瓷作为具有高离子电导率和可忽略的电子电导 的电解质，两端为有利于气体扩散和传输的多 孔电极。其制氢能耗在 3.0—3.5 千瓦时，比碱 性及 PEM 制氢的能耗更低。但 SOEC 技术在高 温下，电堆从启动到达到工作温度需要耗时较 长，因此这种技术也有其应用的局限性。
除制氢技术外，实现绿氢大规模应用还需 解决电解水制氢的成本问题。如果光伏电解水 制氢电价为 0.1 元 / 度（约 1.50 美分 / 度），其 制氢成本将在 10 元 / 公斤左右。理论上，未来 大规模开发光伏和风电将是一个必然趋势，成 本也会越来越低，普遍达到 1.00 美分 / 度的上 网电价将不需要太长时间，这样就具备了与配 套 CCS 的煤制氢进行竞争的条件。由于未来电 解水制氢成本的大幅下降是可以预期的，因此， 这条路是可以走通的。
电解水就地制氢后，要把氢送出去、用起 来，就需要考虑氢输送问题。欧洲科学家研究 发现，经过一定程度的改造，现有天然气管道 可以输送纯氢，且欧洲现有天然气管道基本上 都可以到达最后一公里。欧洲计划的模式是从 掺氢开始，逐步过渡到输纯氢，即从现在起， 在天然气管道中掺入 5%—20% 的氢气，再增 至 40%，直至 100% 的氢气。预计到 2030 年， 欧洲的纯氢管网可达 6800 公里，到 2040 年达 到 23000 公里。
改造现有输送天然气管道或者建设输氢管 道，可以缓解电网建设的难题。欧洲天然气管 道建设成本仅为建设高压线路的 30%-40%。由 此，以高压输电为主，配合管道输氢，就可以 实现清洁能源输送，这是欧洲的一个顶层设计。
可见，消纳风光水电能，不仅有电网输送 这一个选项，还可以就地消纳风光水电能，用 以制氢或者生产氢基能源，然后再把制成的氢 能和氢基能源通过管道或者其他方式输送给用 户。诚如是，那么我们就可以拥有两种清洁能 源的输送通道，即以电网为主，氢基能源输送 为辅，通过电氢耦合协调，构建起电能、氢能 耦合协调的输送网络，以确保绿色能源供应。
迎接第二个挑战 ：通过电氢融合协调，支 撑电网全时域功率平衡，保证新型电力系统安 全稳定
新型电力系统还面临诸多挑战：首先，由 于其高比例的风光电能，容易造成电力输送的 间歇性、波动性，功率很难达到平衡。其次，未来的电力系统具有的多源双向特性，也给新 型电力系统带来功率调制的困难。第三，风光 并网发电应用了大量的电力电子设备，这会导 致大量谐波，将对电网的电能质量构成日益增 加的挑战。第四，也是最关键的一点，现阶段 中国电力系统的稳定很大程度上靠火电站、水 电站及核电站等传统发电设备提供的转动惯 量，未来具有高比例风光电能的电网的转动惯 量将大大下降，电网稳定支撑的能力也将随之 降低，如果不采取适当措施，新型电力系统的 安全稳定运行就会失去重要支撑。
综上所述，以新能源为主体的新型电力系 统面临亟需解决的技术问题，但最大的挑战还 是来自于高比例的风光电能给电网带来的间歇 性和波动性。一天内发电出力和负荷的规律是， 晚上用电负荷减少，富裕的电力需要消纳；白 天电力供应不足，不足的电力需要补充。此外， 一区域内连续多日甚至更长时间没有太阳或无 风也是自然常态。例如，在国内某大型风力发 电厂的一次出力测试中，低出力持续的时间超 过 8 天。因此，在新型电力系统中，既要及时 地平滑电网功率及频率的波动，又要平衡电网 的日间出力和负荷的变化，当电网的中长期电 力缺额时，还需要为电网提供具有中长期及跨 季能力的储能技术。
从目前成熟的储能技术和方式来看，电池 储能可以解决小时级的、小电量的需求，但要 解决其电力波动和频率稳定的问题；抽水蓄能 或者压缩空气储能、液态空气储能可以提供中 功率的、几百兆瓦甚至更大的电能，但要解决 其日间功率不平衡的问题，当电网功率缺额跨 日跨周以后，抽水蓄能和压缩空气储能的能力 就受到了限制。
由此提出一个问题：8 天甚至 1 个月的中 长期电网功率稳定如何解决？针对这种情况， 欧洲提出了 Power to Gas 的方式，将富裕的清 洁电力制氢后，氢能或者氢基能源将根据电网 的需求进行长时间储存，当电网电力缺额时， 启动氢燃料电池或者氢燃气机发电并及时为电 网供能，从而有效地解决电网中长期以及跨季 储能的问题。
美国能源部在十几年前就颁布了一个重要 的储能计划，通过支持发展固体氧化物电池供 能系统（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）来逐步取 代火电站及燃油电站。SOFC 是固体氧化物电解 池 SOEC 的逆过程，是一种在中高温下直接将储 存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好 地转化成电能的全固态化学发电装置。它可以 使用大部分含有氢基的燃料气，包括氢气、天 然气、煤气以及沼气等。SOFC 可以提供天然 气重整所需热量，也可以用来生产蒸汽，更可 以和燃气轮机组成联合循环，非常适用于分布 式发电。燃料电池和燃气轮机、蒸汽轮机等组 成的联合发电系统，不但具有较高的发电效率， 同时也能为电网提供所需的转动惯量。相对于 火电站发电要经过几次能量转换，SOFC 只需一 次能量转换，即把燃料气中的电化学能直接转变为电能，所以具有很高的转化效率。SOFC 在 650℃—900℃的高温下运行，其产生的高温还 可以加以利用，实现电热联供，SOFC 的综合效 率因此能达到 80%—90%。根据美国能源部发 布的数据，当 SOFC 装机容量达到 1GW 时，其 成本将比光伏、风电都低，甚至可以和燃煤电 站相比。从长远看，SOFC 将成为中长期及跨季 储能供能的重要手段。
总之，电网必须具有小时级储能、跨日储 能、中长期或者跨季储能的能力。其中，需要 特别关注的是中长期及跨季储能，只有解决好 这个问题，未来电网的长期安全稳定运行才能 得到较好的保障。
三、重视热能转型 ：能源综合开发利 用的更大空间
热能转型同样是实现化石能源替代的重要 方面。从欧洲终端用能体系来看，电力能源仅 占 30%，而热（冷）能源则贯穿整个能源体系， 占比可达 50%。中国重视电气化的推广和储能 的开发，但对热（冷）能源的综合开发利用还 有很大的空间。德国柏林推出的一个跨季储能 项目，是将柏林热电厂收集的夏季废弃热能， 注入 200 米深的地下加以储存，到冬季来临时 再抽取出来为帝国大厦及其周边建筑供暖。该 项目已运行近 8 年，其效率高达 70% 以上。目 前，德国正将帝国大厦的经验推广至整个柏林 地区以及汉堡、慕尼黑等大型城市。
此外，还可采用“大型热泵 + 储热材料” 技术，即地源、空气源以及水源热泵利用晚上 的低谷电能供暖，并在储热材料中储热；白天 用电高峰时，利用储热材料中储存的热量继续 供暖。荷兰阿姆斯特丹就是一个典型例子，其 地源和水源热泵已经在很大程度上取代了天然 气燃烧供暖，大部分新建的大型建筑均采用了 热泵供能的模式。大型热泵也是德国电转热的 一个重要手段。德国目前有大约 9 万多套大型 热泵，热泵总功率已经超过 10GW。而按德国 热泵协会的估算，到 2050 年，德国至少需要 1700 万套热泵才能完成热能转型。欧洲大量使 用热泵供热（冷），既能有效地消纳风光电能， 又可以加大推广电气化的力度，这对中国是一 个重要的启示与借鉴。
四、展望“双碳”远景 ：未来产业新 赛道的思考
确定“双碳”目标，就是要倒逼中国走上 绿色发展之路。在这条道路上，会出现许多颠 覆性技术，诞生许多新的产业赛道。中国幅员 广阔，资源禀赋迥异，实现“双碳”目标所采 取的路径也不尽相同。下文将以四川为例，探 索未来五到十年中在能源领域有望出现的新产 业赛道，通过聚焦其核心技术，以期为中国绿 色转型探路。
如今，发展风光水电为主的清洁能源已成 为全社会的共识。在四川，电力供应的 80% 来 源于水电，同时，该省还蕴藏着大量未开发的 优质风、光资源，总技术可开发量达 1.2 亿千 瓦。可以说，四川是典型的能源端以清洁能源 为主的省份。但在工业、交通、建筑、能源等 四个用能终端，要实现化石能源的替代，四川 还有很大的空间。以成都为例，2019 年二氧化 碳排放总量为 5796 万吨，其中工业排放占比 为 30%，交通排放占比为 28%，建筑排放占比 为 23%，能源排放占比为 18%。工业、交通以 及建筑均为排放大户。聚焦这些领域，以节能 减碳、循环经济为抓手，大力实施电气化和氢 能（氢基能源）替代，完成产业赛道的升级换 代，将是四川实现“双碳”目标的战略选择。
四川的风光水电为绿氢制氢提供了有利条件，为此，有四川研发团队正聚焦一种新型制 氢技术，其既具备 PEM 适应风光电源制氢的 优势，又不使用贵金属，成本只比碱性制氢稍 高，符合中国需求方向，具有良好的发展前景。 与此同时，四川还应着力于氢能或氢基能源的 运输技术以及用氢技术的研发。在用氢量大的 化工场景，可以考虑建设运氢实验管道；同时， 也应重视发展氢油运输技术（Liquid Organic Hydrogen Carriers，LOHC），以及低压、常温方 式的氢基能源运输技术。目前，四川已拥有从 能耗到效率指标均处于国际领先地位的 LOHC 技术储备，并拟将此技术纳入研究计划，以推 动该技术的产业化进程。只有较好地解决了氢 能运输的瓶颈之痛，氢能和氢基能源的应用潜 力才能得到更大程度地释放。该研发团队认为， 将新型制氢技术、LOHC 运储技术以及 SOFC 发电储能技术进行一体化的优化设计，可以更 好地适应四川氢能产业的需求。在用氢方面， 首先应主要聚焦电力、工业和交通领域，民用 的供能场景可在氢能发展到一定规模后再行进 入。除此之外，可借鉴德国经验，加大推广绿 色循环经济、节能减碳与能源综合利用的力度。 也可以选取一些工业场景，循环利用工业过程 的各种资源禀赋，提升能效，打造绿色循环经 济的试验田和样板工程，并加以推广。
能源方面，要大力提升四川水电资源发 展和规划的战略站位。水电不仅是四川的清 洁能源，更是全国的战略资源。当未来中国 高比例的可再生能源并网发电时，水电资源 作为大规模储能方式之一将成为大电网安全 稳定运行的定海神针。再进一步看，富裕的 水电可以促进氢能和氢基能源的发展，并通 过电氢融合推动中下游产业的发展。挪威是 欧洲水电资源最多的国家，水力并网发电比 例高达 99.5%。同时，挪威作为“欧洲电网 的储能池”，平抑了不稳定的风光发电，为欧 洲电网提供了重要的功率调节能力。四川之 于中国，就如挪威之于欧洲。
另外，还应大力发展固体氧化物燃料电 池供能系统，为新型电力系统提供中长期的 储能手段。目前，中国固体氧化物燃料电池 技术还处于研发实验阶段，四川应通过其研 发团队完成固体氧化物燃料电池的产品化， 并尽快通过示范项目，推动固体氧化物燃料 电池的大规模应用，引领未来氢能和燃料电 池新产业的发展。
交通方面，乘用交通和重型交通对零碳动 力的依赖不同，使其零碳化路径的选择有所差 异。在中国，以电池为动力的电动乘用车产能 规模持续扩大，已占全球 50% 的市场，未来 还将有很大的发展空间。随着应用规模的不断 扩大，电动乘用车的运行成本快速下降，部分 可降至燃油车的 10% 到 20%。电动乘用车的 低碳、高产能和低成本特点，决定了其具有在 短期内很难被替代的优势。而氢能乘用车基于 成本和安全的考量，在可预见的时间内，还不 具备与电动乘用车竞争的条件。另一方面，氢 能或氢基能源作为向重卡和其他重型交通工具 提供大型离网动能的最佳能源，未来具有广阔 的发展前景。由于现阶段氢能在储存和运输环 节还面临一些壁垒，而氢基能源如甲醇、液氨 等依托现有或稍作改造的运输工具，可以实现 低压、常温和低成本运输，所以，在推广应用 以高纯度氢能为燃料气的质子交换膜技术的同 时，也可以参考国外发展经验和模式，比如加 拿大采用甲醇作为燃料气的甲醇燃料电池技 术，欧洲目前正在研究的液氨作为动力的内燃 机技术，等等。总之，在产业赛道上，要因地 制宜，支持多种模式竞争，进而通过市场机制 优胜劣汰。
建筑方面，可以借鉴德国的低碳（零碳） 或负碳建筑模式，构建光伏、热泵、储能以及清洁电力的自循环系统，实现低碳或零碳 排放。光伏发电可以实现自供电和并网卖电， 并驱动热泵供暖（冷），富裕电能储存于储能 设备（电池），还可以在缺电时供能。在有条 件的地区，可以考虑光伏发电和自产沼气发 电的相互配合，形成稳定的小范围供电系统。 在此基础上，进一步利用风光电能，配合以 热泵技术为支撑的地热资源或者工业余热资 源，打造零碳示范小镇，形成低碳零碳甚至 负碳建筑的行业或者国家标准。欧洲将以热 泵技术为主要手段的热能利用作为能源转型 的重要抓手，中国也应通过研发高效复合储 热相变材料，支撑大型热泵技术的不断创新， 形成新的产业赛道。
工业方面，氢能和氢基能源是替代化石能 源的主战场。仍以四川为例，在谋划氢能与氢 基能源产业布局时，可考虑在化工产业中先行 先试。一是通过化工产业的副产氢气实现循环 利用，取代天然气和焦炭。二是通过示范相关 产业的产品间输入产出的循环利用，实现资源 的循环利用。比如，通过电解水制氢产生绿氢， 用空气分离器取氮和绿氢制绿氨，绿氨吸收焦 化厂生产焦煤所产生的二氧化碳，氨与二氧化 碳在一定条件下将合成尿素，这样一来，既解 决了绿色焦煤生产中排放二氧化碳的问题，又 实现了尿素产品的绿色产业链，推动焦化厂二 氧化碳的绿色循环利用。三是利用动力制造行 业的资源优势，开发氢燃气轮机和液氨内燃机 及其附件。一来氢能是欧美锚定的未来零碳能 源和动力，其制造业纷纷聚焦于燃气轮机升级 改造为氢能燃气轮机；二来欧美将液态氨作为 为大型驱动设备，特别是大型船舰提供动力的 重要选项，目前已有众多研究机构投入液氨内 燃机技术的研发，且不乏成功案例的报道。如 果将液氨发动机作为长江航运的主要动力，那 么绿色长江的愿景将有望提前实现，这将是一 项具有深远战略意义的工作。总之，化石能源 零碳替代的新型产业赛道，需要凝聚核心技术， 四川应抢抓这一历史性机遇，积极布局相关核 心技术的研发。
能源稳定方面，将风光水电建设成为稳定 电源。2022 年四川大范围限电，凸显了极端天 气频发给新能源发展带来的前所未有的挑战。 四川电网 80% 是水电资源，长时间、大范围 的干旱，河水径流量大幅跌落，水力发电严重 不足，叠加其他电力资源配置有限，最终导致 四川大幅度缺电。未雨绸缪、稳定能源供给， 才是破解电力负荷刚需与极端天气下风光水电 缺额之间不平衡局面的正道。而要实现这一目 标，应让以下三条措施共同发力：1. 在局域电 网内，合理配置风光水电的比例，将风光水资 源建设成为能够相互补充、相互赋能的清洁电 源网；2. 加强全国互联互通大电网的建设，实 现不同时区、不同气候禀赋、不同自然属性的 电力跨区域互补互济；3. 通过跨周、跨月、跨 季储能项目的建设，以及加强分布式主动电源 的建设——如在配电网中部署大量的 SOFC， 对电网实现长周期、特别是极端气候条件下的 电能支撑。
“绿色转型是一个过程，不是一蹴而就的 事情。要先立后破，而不能够未立先破。”先 立后破，就是要在大力建设清洁能源的同时， 依托技术创新和突破，实现氢能和氢基能源等 零碳能源的产业化和规模化。当新能源消纳、 新能源稳定运行这两个问题得以有效解决时， 那么中国经济和社会退出煤炭、天然气等化石 能源就是一个水到渠成的过程，也是一个循序 渐进的过程。我们有充分的理由相信，这个目 标一定要实现，也一定能够实现。
（作者系德国国家工程院院士，现任西南石油大 学碳中和首席科学家、天府新能源研究院院长）
