6月5日，北京大学大数据分析与应用技术国家工程实验室（以下简称“实验室”）副研究员王剑晓等人在《自然·能源》上发表绿电直连绿氢化工系统的电氢协同降碳技术成果。清华大学和哈佛大学博士后李佳蓉，清华大学林今，北京大学王剑晓为共同第一作者，通讯作者为林今、王剑晓和清华大学鲁玺，合作者包括北京大学工学院党委书记、实验室核心成员宋洁教授、澳门大学宋永华、哈佛大学Michael B. McElroy、Chris P. Nielsen等。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、碳中和与能源系统转型项目、能源基金会等项目支持。

以合成氨和甲醇为代表的化工行业是我国推进碳达峰、碳中和进程中典型的高碳强度环节。氨和甲醇的生产主要依赖煤炭等化石原料，原料煤“碳多氢少”的属性导致煤化工合成氨和甲醇碳强度居高不下，目前占我国化工行业总排放量的60%以上。近日，国家发展改革委、国家能源局印发《关于有序推动绿电直连发展有关事项的通知》（发改能源〔2025〕650号）为绿电直连化工企业、绿氢直供氨醇合成提供创新解决思路。然而，可再生能源天然的间歇性将引发电解制氢的随机波动，影响化工企业的稳定生产；为此，现有化工电气化路径仍然依赖于电网电力，增加电网运行安全风险的同时将碳排放从化工行业转移到电力行业，甚至可能增加全国的碳排放总量。如何在不影响化工生产稳定性的前提下实现化工与电力系统的协同深度脱碳，已成为当前亟待解决的关键问题。

该研究提出绿电直连绿氢化工的电氢协同降碳解决方案，突破“绿色柔性”化工电气化（Green Flexible Chemical Electrification，GFCE）技术：构建绿电直连的电氢一体化系统，为化工生产提供零碳电力原料，从而从源头上实现碳减排；结合氢氨醇耦合控制与灵活调度技术，缓冲可再生能源的间歇性和波动性，实现化工生产不同时间尺度的能源供需平衡。与仅依靠网电的化工电气化路径相比，所提技术通过电氢协同运行策略优化，降低对电网冲击、增强电力系统安全性。

图1 绿电直连绿氢化工的电氢协同降碳技术示意

图2 绿色柔性化工电气化技术预测

该研究构建涵盖我国22个省份的氨醇化工和电力系统精细数据库，包括传统电源与可再生能源、化工产量负荷、电力传输网络等。基于该数据库的测算分析表明，预计到2030年GFCE技术在全国范围内将具有显著的经济竞争力，绿氨生产有望突破数十亿元经济利润。随着可再生能源在电力和化工行业渗透率不断提高，到2050年GFCE技术的减碳成效和技术经济性将进一步提升。该研究为国家工程实验室科研团队低碳能源技术的系列成果之一，期待该研究为电氢协同降碳领域研究提供数据参考，为我国甚至全球化工行业绿色发展提供转型依据。

王剑晓

北京大学博雅青年学者，北京大学大数据分析与应用技术国家工程实验室副研究员，清华大学工学博士、工学和经济学学士。国家自然国家基金优秀青年项目获得者，国家重点研发计划青年科学家，从事数据驱动优化决策方法及其在低碳能源系统、储能与氢能技术领域的应用研究。作为第一和通讯作者，在Nature Energy、Nature Sustainability等期刊发表多篇研究论文；第一作者编写英文专著1部，曾获日内瓦国际发明金奖、中国电工技术学会科技进步一等奖。

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