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“十三五”以來，國家能源局堅持貫徹“四個革命、一個合作”能源安全新戰略，在推動能源供給革命、消費革命等方面取得顯著成績。

據統計初步核算數據顯示，我國2020年能源消費總量約為49.7億噸标準煤，煤炭消費所占比重已降至56.7%，同比下降1.0個百分點，清潔能源消費占比已升至24.5%，同比上升1.1個百分點；我國非化石能源發電裝機占總裝機比已達到44.8%，煤電占比首次降至50%下,同時，天然氣作為一種低碳能源，在我國一次能源消費中的占比不斷提升，2020年我國生産天然氣1888.5億立方米，已連續四年增産超過100億立方米。

為進一步推進生态文明建設，實現我國能源清潔利用，可以通過電力網和燃氣網的雙網融合發展，形成一次能源和二次能源循環發展格局，優化發電行業内部機制，升級為電力工業與燃氣工業的雙網循環優化，更重要的是，将探索出一條二次能源與一次能源的轉換途徑。

一次能源開發利用和發展

從取火到機械能、水能、煤、油、天然氣、核能、光能、風能、潮汐能、可燃冰和氫能等，人類對于能源的利用雖然經曆了不同階段和類型，但每種能源的使用時間都并不漫長，尤其是化石能源的開發利用所耗時間，與其形成過程相比微不足道。

按照能源類型分類，人類對一次能源的利用大緻經曆了四個發展階段：第一個階段是相對漫長的薪柴時代；第二個階段是煤炭時代，第一次工業革命特别是蒸汽機的發明和使用，促進了煤炭的大量使用，使之成功替代薪柴，大大促進了世界工業化進程；第三個階段是石油時代，随着内燃機的發明和使用，動力機械中石油迅速取代煤炭，成為第三代主體能源，煤炭轉為電力、制造和熱力能源主體；第四個階段是目前正在發生的向多能利用轉型過渡的階段，為了保障能源供應安全，降低環境污染，減緩氣候變暖，世界各國能源結構不斷優化，向低碳化發展的進程持續推進，天然氣和以新能源為代表的各類非化石能源成為能源發展的主要方向。

《BP世界能源展望》（2020年版）顯示，在現有的政策及技術發展趨勢不變的情景下，到2050年以風、光為主的非水可再生能源在一次能源中的占比将達到20%，天然氣需求将在未來30年持續增長，到2050年比2018年增加三分之一（見圖1）。

圖1 2050年一次能源消費預測

二次能源的産生和發展

在能源的使用過程中，一次能源往往不能直接利用，需通過加工或轉換，得到其他形式的能源，即二次能源，包括焦炭、汽柴油、蒸汽、熱水、電能等類型。在各類二次能源中，電能是使用最廣泛、最清潔的二次能源，并且，随着技術的進步，幾乎所有一次能源都可以轉換為電能。

從愛迪生發明電燈起，尤其是自交流電出現後，電力使用進入快速發展階段，很快從單一的點對點發用電，形成垂直一體化的發輸配用電力網絡，實現了能源的大範圍、遠距離輸送。值得注意的是，在這期間，由于早期使用了大量化石能源，特别是煤，造成了大氣污染現象，産生的二氧化碳也成為導緻氣候變暖的主要原因之一，對人類經濟發展和生态環境帶來了巨大壓力與挑戰。這也促使世界各國開始思考對現有的一次能源結構進行優化。

盡管各類一次能源看似獨立，但它們之間可以通過一個共性因子——二次能源中的電能相互關聯，形成閉環的能源系統。通過合理配置各種來源電能的比例，可使能源系統更加均衡、運轉更加穩定，生命周期延長。并且，可在确保能源安全的基礎上，提升系統彈性和協調性，提高運行效率。尤其是風、光等新能源，由于很難單獨大規模直接利用，還具有間歇屬性，需要通過轉換為電能，并與其他一次能源或儲能協調配合，才能發揮效用。因此，電能是二次能源對一次能源優化的最佳方式。

此外，由于龐大的電力網的建設，電能可實現大空間維度下的一次能源優化。

構建氣電雙網循環，實現一次能源和二次能源循環發展

雙網循環發展的構想，即充分發揮電能作為共性因子的作用，構建電力網和燃氣網的雙網融合發展，實現一次能源和二次能源循環發展格局（見圖2）。

圖2 雙網循環發展結構圖

雙網循環結構中的一次能源，包括可再生能源、化石能源、核能等，通過發電裝置形成電能，實現一次能源到二次能源的轉換。其中的儲能裝置，可通過對電能的存儲和釋放，實現電能生命周期的延長。而清潔能源發電，可以通過電解水制氫，形成氫能，摻入燃氣管網，形成一種新類型的一次能源——混氫天然氣，實現二次能源到一次能源的轉換，通過發電反饋回電網。最終，整個過程形成了一個完整的一次能源與二次能源的循環鍊，其中，通過調節電能制氫和儲能，可以實現對整個系統的調節和優化。

從結構圖中可以看出，氫能在一、二次能源循環鍊中發揮了重要作用。氫能易存儲性，可以通過電能制備，在能源轉換中互為補充，承擔優化調節作用。氫能不僅是一種高效零碳的能源，有着非常廣泛的應用場景，而且是一種靈活的可存儲能源載體，通過可再生能源制氫（P2G），提升風、光消納能力，并通過存儲以及燃料電池發電，完成對風、光的優化調節。可再生能源制氫的原料是水，氫能利用後産生的依然是水，在整個自然系統中是可循環的。

制氫和氫能利用

目前，氫氣制取主要有以下三種較為成熟的技術路線：一是以煤炭、天然氣為代表的化石能源重整制氫；二是以焦爐煤氣為代表的工業副産制氫；三是電解水制氫。可再生能源制氫屬于電解水制氫，通過電解槽實現，相較其他兩種制氫方式，屬于零碳排的綠氫。

可再生能源制氫是完全可以實現的，其中堿性電解制氫商業應用成熟，質子交換膜制氫逐步成為主流。電制氫制取成本受電價影響最大，占到總成本的70%以上，現行終端電價政策下，無經濟性可言。但是，随着風電、光伏實現平價甚至低價上網（目前部分利用小時數上網電價可以做到接近0.1元/千瓦時），可通過直接交易模式，利用富餘可再生能源電制氫，經濟上已經初步具備可行性。同時，随着電制氫的規模加大，風電、光伏并網規模也相應加大，規模效應下未來成本被市場接受是完全有可能的。

氫能利用前景也非常廣泛，涉及交通運輸、工業及能源、建築等多個領域。在交通運輸領域，氫燃料電池車是氫能利用的一個主要方向；在工業及能源領域，主要應用在氫能煉鋼、化工生産以及天然氣摻氫，特别是化工生産需要由灰氫向綠氫轉型；在建築領域，主要應用在家用小型燃料電池熱電聯産系統，天然氣管道摻氫為商戶或家庭供能等。

在應對氣候變化、保障能源安全等因素的驅動下，全球很多發達國家都提出了未來氫能發展戰略。例如，日本是全球較早試點推動氫燃料電池汽車和家用熱電聯産項目的國家，并取得了一定成效。為了進一步發展氫能，2017年底，日本公布了“基本氫能戰略”，意在創造一個“氫能社會”，主要目标是實現氫能平價，建設加氫站，逐步替代燃油汽車、天然氣及煤炭發電，積極發展家用小型燃料電池熱電聯産系統，同時，重點推進海外氫能供應鍊建設。

雙網循環發展實踐

天然氣作為一種低碳能源，有着較為成型的網絡，可以滿足現在能源清潔利用的快速發展需求，因此，對于天然氣充足的地區，可以發展燃氣機組，提升電網調峰能力，減少對煤電的依賴，從而提升風電、光伏、核電等新能源的消納水平。燃氣供熱可以增加熱網供熱來源，亦可減少對大型熱電機組依賴。新能源占比提升後，可以通過餘電制氫和燃氣摻氫技術，降低燃氣成本，也将實現一次能源燃氣和二次能源電能的循環。

雙網循環發展的具體措施有如下三點：

一是加快推進完善天然氣管網建設，實現天然氣管網在全國範圍内的互通；同時，完善相關省内燃氣網絡，研究利用現有管道的燃氣摻氫技術，提高燃氣利用效率，降低燃氣成本，也為用戶側“煤改氣”創造條件。

二是推動電網向“網源荷儲”方向布局發展，實現各大區域間良性互補循環，提升非化石能源發電接納能力，也為将來用戶側“煤改電”創造條件；同時，提前規劃燃氣機組和可再生能源（風電、光伏發電等）發展布局，配套開展接入線路建設工作。

三是推動大容量電儲能、電制氫和燃氣摻氫技術的産研轉化，開展氫燃料電池推廣利用。

雙網循環長遠發展方向

在雙網循環發展中，可再生能源制氫扮演着重要角色。電儲能的載體為各種物理能、化學能，除了熱（冷）能，大部分情況下需轉換成電能送回電網，而可再生能源制氫利用的載體是氫能，不僅可實現儲能，而且作為一種清潔能源，利用場景非常廣闊。

從長遠看，可再生能源制氫将使氫能從制備到使用實現完全清潔零碳，有利于加速能源的清潔轉型，加之氫能産業鍊條長，也有望為當地經濟增長提供新動能。積極發展可再生能源制氫，也有利于風、光等可再生能源的大規模并網，從而進一步降低制氫成本，形成雙向互動的良性循環。天然氣摻氫促使氫能使用比例提升，同時也會減少對進口天然氣的依存度，遠期來看可提高我國的能源自給率和能源供應安全水平。

但不可忽視的是，氫能易燃、易爆，具備危化品………………

（閱讀全文請訂閱《能源高質量發展雜志》）

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