中国储能网讯：近年来，中国科学院院士、美国工程院外籍院士、中国电力科学研究院名誉院长周孝信带领团队积极探索可落地、可验证、可扩展的能源转型新路径，基于我国“双碳”目标要求，提出非化石电-氢-碳耦合的新型能源体系构想，并对这一体系演进过程中我国能源电力发展趋势进行了初步分析。

本刊日前采访了周孝信院士，他认为，从现在起到2060年，我国能源电力系统发展可分为三个阶段，具有不同的特征和任务；以风、光、核等非化石能源电力为主体，通过电-氢-碳耦合构建新型能源体系，是以更系统、更综合的角度分析谋划能源转型路径，充分考虑了转型的可选和必选技术方案，经初步论证，在技术、经济等方面具备可行性及应用前景。

本次访谈围绕院士团队的近年研究成果展开，将有助于业界开拓视野，深入思考电力系统灵活性和韧性、转型路径及措施、产业链融合等前沿问题。

我国西北地区“沙戈荒”土地为建设大型风电光伏基地提供了广阔空间。

开展非化石电-氢-碳耦合研究的现实意义

《能源评论》：您与团队为什么选择开展非化石电-氢-碳耦合的研究？您希望通过这一研究解决哪些关键问题？

周孝信：我国要实现“双碳”目标下的能源转型，需在保障能源供应安全的基础上，逐步降低一次能源消费中化石能源的比例，增加非化石能源占比。非化石电-氢-碳耦合体系以风光水核等绿电为主体，结合绿电制氢、碳捕集利用等综合手段，可助力能源结构向低碳、零碳转型。

我国建设新型能源体系，需要对“沙戈荒”等大型能源基地发展、高比例新能源并网消纳等问题进行综合研究和统筹。我们团队开展非化石电-氢-碳耦合研究，是立足我国“双碳”目标，统筹考虑能源清洁转型和新型电力系统安全经济运行两个方面的迫切需求。首先，以风电、光伏为主的可再生能源发电比重不断提高是电力系统转型的必然方向和核心途径，其波动性、间歇性和不确定性对电力系统的灵活性、韧性、稳定性等方面提出了更高要求，非化石电-氢-碳耦合体系中的绿氢及其衍生绿色燃料，可为电力系统提供灵活性资源和中长期储能介质，保障电网安全稳定运行；其次，受输电通道资源限制、电网安全稳定运行约束、基础设施建设经济性等多方面因素影响，仅依靠电力传输，或将难以支撑未来大规模的新能源外送及消纳需求，需要依托多元化的能源品类及技术手段实现能源资源远距离大范围优化配置。最后，绿氢及其衍生品（如甲烷、甲醇、氨等绿色燃料或化工原料）的生产及利用，是推动非电利用能源消费清洁转型的有效途径。

《能源评论》：随着非化石能源发电占比不断提升，您认为，我国能源电力发展将面临怎样的演化趋势？

周孝信：根据国家能源局组织发布的《新型电力系统发展蓝皮书》，我国能源电力系统未来发展可分为三个阶段：第一阶段是从现在到2030年前，我国可再生能源发电快速发展，特别是太阳能和风能的装机容量和发电量将快速增长；同时，全社会用电量也将保持较高的增长率。第二阶段是从2030年到2045年，全社会用电量的增长逐渐放缓，可再生能源发电占比进一步提高，化石能源发电占比逐渐下降。第三阶段是从2045年到2060年，全社会用电量年均增长率显著降低，可再生能源发电将占据主导地位，能源电力系统将基本实现“碳中和”。

预计2060年全社会用电量将达到21万亿千瓦时，对于这个预测数据，我们综合考虑了多种因素，包括全社会电气化、信息化和人工智能发展等。           

《能源评论》：您认为，构建非化石电-氢-碳耦合的新型能源体系的演化过程将是怎样的？具体到“沙戈荒”这类大型能源基地场景，它将促成哪些变化？

周孝信：这是一个以实现“碳中和”为目标的中远期能源体系。在这一体系的构建演化过程中，用电量增长将主要由各类非化石能源电力提供。它的主要特点在于，以非化石电（即绿电）为主、非化石氢（即绿氢）为辅，对传统化石能源进行“双替代”。非化石电（绿电）逐步成为能源消费结构的主要组成部分；与此同时，非化石氢（绿氢）在能源消费结构中的份额逐步加大，助力形成以风光电为主体、电氢耦合的新型能源体系，为2060年前实现“碳中和”目标奠定基础。通过绿氢发电和非电利用，分别为电力系统运行和终端消费部门清洁转型提供支持。在生产过程中产生的二氧化碳或从空气中捕集的二氧化碳与绿氢合成甲烷、甲醇、可持续航空燃料等化合物，成为绿色燃料和化工原料，由此实现电-氢-碳的耦合。这个过程可把“碳”从废弃物变为原材料，通过碳的梯级回收利用实现碳减排。这些技术路线和市场协同，将共同推动能源系统绿色低碳转型与高质量发展，助力实现“碳中和”目标。

具体到“沙戈荒”，可以通过西部风光新能源电力开发外送与电制氢、储氢发电和能源化工耦合，一方面应对新能源出力间歇性强、波动大、预测和平衡困难，破解需要配置大容量煤电参与调节的难题；另一方面，可将“西电东送”转变为“西能东输”，利用现有天然气基础设施输送氢和甲烷，或采用其他经济可行方式实现甲醇、氨等产品的就地利用及外送，由此可直接对接我国难以电气化的化工、冶金、交通运输等部门，促进产业链融合或新增。

《能源评论》：通过验证，您认为非化石电-氢-碳耦合的新型能源体系还需要应对哪些挑战？

周孝信：一是高比例非化石能源特点使得新型电力系统安全经济运行面临新挑战，主要体现在电力系统灵活性、韧性、稳定性、可靠性等方面的要求；二是能源转型需要有效化解电力成本提高问题，以更好满足系统运行灵活性和绿色经济性的需求；三是绿氢制备、储运及发电技术还有待进一步发展，需要推动相关产业规模化及成本下降；四是为实现电-氢-碳耦合，还需要加强相关技术的交叉融合、政策优化和市场机制完善。

绿电替代和绿氢替代将成为关键

《能源评论》：在非化石电-氢-碳耦合体系中，绿氢扮演了什么样的角色？

周孝信：在这一体系中，随着技术成熟及成本下降，绿氢将逐步扮演非常重要的角色。一方面，绿氢制取和发电，助力新型电力系统的灵活性调节。绿氢作为长周期储能优良介质，与短周期新型储能、抽水蓄能、有调节能力的水电机组及通过绿色改造后的火电机组相配合，在极高比例风光新能源发电条件下可为电力系统运行提供灵活性和韧性支持。另一方面，绿氢及其衍生“绿色燃料/化工原料”，可作为化工、钢铁、交通等终端消费部门绿色转型、实现“碳中和”的关键举措。

《能源评论》：您在学术报告中提到了综合减碳措施，能否详细介绍一下？

周孝信：综合减碳措施主要包括绿电替代、绿氢替代、煤电和气电的绿色燃料替代、CCUS（碳捕集、利用与封存）等。绿电替代和绿氢替代将对实现“碳中和”目标起到关键作用。绿电替代主要是指通过可再生能源发电替代传统的化石能源发电，减少二氧化碳排放。绿氢替代包括两个方面：一是绿氢发电利用，主要是通过电解水制氢等方式将绿电转化为氢能，再通过燃气轮机发电等方式将氢能转化为电能，实现能源的长期储存和灵活利用，为电力系统运行提供灵活性和韧性支持；二是绿电制氢或进一步合成绿色燃气或化工原料直接应用，实现对化石能源非电利用的替代。煤电和气电的绿色燃料替代主要是通过绿氨、生物质等绿色燃料掺烧技术，降低化石能源发电的二氧化碳排放。CCUS则主要用于捕集化石能源消费过程中产生的二氧化碳，并加以封存或进一步利用。这些措施，都可以助力我国能源电力系统实现碳减排，具体需结合经济成本、资源条件、技术成熟度等因素进行组合应用。

《能源评论》：您认为未来我国能源体系将朝着怎样的方向发展？您有哪些具体的建议和展望？

周孝信：随着技术的持续进步和成本的不断降低，绿电、绿氢等非化石能源将在能源体系中发挥越来越重要的作用，通过电解制氢、氢能发电、二氧化碳捕集、煤电绿色燃料掺烧等技术融合及相关产业耦合，推动我国能源电力系统实现碳中和目标。我相信，未来我国将建成一个以非化石能源发电为主体、电-氢-碳耦合的新型能源体系，为我国经济社会的高质量、可持续发展提供有力的能源保障。