中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，國(guó)家能源局發(fā)布前三季度可再生能源裝機(jī)規(guī)模數(shù)據(jù)：全國(guó)可再生能源新增裝機(jī)1.72億千瓦，同比增長(zhǎng)93%，占新增裝機(jī)的76%，其中，風(fēng)電新增裝機(jī)3348萬(wàn)千瓦，光伏發(fā)電新增裝機(jī)12894萬(wàn)千瓦，占新增裝機(jī)比例70%以上。新能源裝機(jī)占比的提升，一方面，是我國(guó)踐行碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要舉措，另一方面，新能源出力的間歇性、隨機(jī)性、波動(dòng)性將為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)，儲(chǔ)能市場(chǎng)將迎來(lái)發(fā)展爆發(fā)。
儲(chǔ)能為新型電力系統(tǒng)提供柔性支撐
為應(yīng)對(duì)全球氣候變化，我國(guó)在聯(lián)合國(guó)一般性辯論中提出“力爭(zhēng)于2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)。我國(guó)二氧化碳排放中，能源消費(fèi)占比約90%，其中，電力行業(yè)在能源行業(yè)占比最高，達(dá)到40%以上，電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型是推動(dòng)雙碳目標(biāo)的關(guān)鍵。
按照國(guó)家發(fā)改委出臺(tái)的《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》、《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》要求，終端能源消費(fèi)非化石能源占比由2020年的15%提升到2030年25%、2060年達(dá)到80%。根據(jù)《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，預(yù)計(jì)到2030年，非化石能源消費(fèi)占比25%左右和光伏、風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到12億千瓦以上，發(fā)電量占比不斷增加，其間歇性、隨機(jī)性、波動(dòng)性特點(diǎn)，改變了以穩(wěn)定可調(diào)控電源應(yīng)對(duì)負(fù)荷需求變化的模式，快速消耗電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)資源。因此，我國(guó)提出構(gòu)建具有安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合四大特征的新型電力系統(tǒng)。
《新型電力系統(tǒng)藍(lán)皮書(shū)》提出，推動(dòng)多時(shí)間尺度儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用。針提出儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)，2030年前，重點(diǎn)滿足系統(tǒng)日內(nèi)平衡調(diào)節(jié)需求；2045年前，規(guī)?；L(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)取得重大突破，滿足日以上平衡調(diào)節(jié)需求；2060年前，儲(chǔ)電、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)氣、儲(chǔ)氫等覆蓋全周期的多類(lèi)型儲(chǔ)能協(xié)同運(yùn)行，能源系統(tǒng)運(yùn)行靈活性大幅度提升。
氫能在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能場(chǎng)景發(fā)揮重要作用
電力儲(chǔ)能形式有抽水蓄能、熔融鹽儲(chǔ)熱、新型儲(chǔ)能，其中新型儲(chǔ)能包括氫儲(chǔ)能、鈉離子電池、鉛酸電池、液流電池、超級(jí)電容、飛輪儲(chǔ)能、壓縮空氣等，不同儲(chǔ)能形式的技術(shù)特點(diǎn)及適用場(chǎng)景，如下圖所示。
抽水蓄能技術(shù)成熟，儲(chǔ)能容量大，是長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的重要手段，累計(jì)裝機(jī)占我國(guó)儲(chǔ)能總量的77%，建設(shè)選址受地理?xiàng)l件影響較大；壓縮空氣儲(chǔ)能，儲(chǔ)能容量大、投資相對(duì)較小，是長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的重要手段，被列為“十四五”新型儲(chǔ)能核心技術(shù)裝備攻關(guān)重點(diǎn)方向之一，建設(shè)選址受地理?xiàng)l件影響較大；電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)成熟，裝機(jī)增長(zhǎng)較快，是分鐘至小時(shí)級(jí)儲(chǔ)能手段；飛輪儲(chǔ)能，能量密度高、充放次數(shù)多、使用壽命長(zhǎng)、存儲(chǔ)時(shí)間短；超級(jí)電容儲(chǔ)能，初投資大、功率高、充放電快、能量密度低。
短時(shí)間儲(chǔ)能側(cè)重保證電力系統(tǒng)在瞬時(shí)干擾下保持平衡等電網(wǎng)安全問(wèn)題，而長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能一般側(cè)重實(shí)現(xiàn)峰谷供需平衡的問(wèn)題。截止到2022年，風(fēng)電裝機(jī)3.65億千瓦、太陽(yáng)能裝機(jī)3.93億千瓦，發(fā)電量占全社會(huì)用電量的13.4%，未來(lái)裝機(jī)占比會(huì)進(jìn)一步提高。新能源發(fā)電“春秋多、冬夏少”的出力分布將進(jìn)一步增加冬、夏季節(jié)電力“保供”的難度，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能作為可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期存儲(chǔ)能源并經(jīng)濟(jì)的維持?jǐn)?shù)小時(shí)、數(shù)天乃至數(shù)月電力供應(yīng)的技術(shù)方案，將逐漸成為調(diào)控高比例可再生能源電力系統(tǒng)困境的解決方案。
氫具有清潔低碳、安全可控、用途廣泛、儲(chǔ)運(yùn)靈活等特性的屬性。可利用富余的、非高峰的或低質(zhì)量的電力來(lái)大規(guī)模制氫，將電能轉(zhuǎn)化為氫能儲(chǔ)存起來(lái)，然后再在電力輸出不足時(shí)利用氫氣通過(guò)燃料電池或其它方式轉(zhuǎn)換為電能輸送上網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)峰填谷。狹義氫儲(chǔ)能是基于“電-氫-電”的雙向轉(zhuǎn)換過(guò)程，利用谷期富余的新能源電能進(jìn)行電解水制氫并儲(chǔ)存，用電高峰時(shí)，存儲(chǔ)的氫發(fā)電返回電網(wǎng)；廣義氫儲(chǔ)能強(qiáng)調(diào)“電-氫”或“氫-電”的單向轉(zhuǎn)換過(guò)程。
在發(fā)電側(cè)，氫儲(chǔ)能可在“電-氫-電”轉(zhuǎn)換過(guò)程中，促進(jìn)可再生能源消納，平抑出力波動(dòng)、縮小與計(jì)劃出力的誤差；在電網(wǎng)側(cè)，氫儲(chǔ)能可參與調(diào)峰輔助、負(fù)載均衡；在用戶側(cè)，可作為靈活性自愿參與需求響應(yīng)，用于峰谷套利，或作為備用電源以及離網(wǎng)電源使用。
氫儲(chǔ)能區(qū)別于其他儲(chǔ)能方式，受地理因素限制較小，可通過(guò)增加氫氣儲(chǔ)罐尺寸，以較低的邊際成本，獨(dú)立于發(fā)電和制氫的規(guī)模而擴(kuò)大其儲(chǔ)能能力，其儲(chǔ)能規(guī)模和周期遠(yuǎn)超過(guò)壓縮空氣和抽水蓄能。在面對(duì)極端天氣(連續(xù)多天無(wú)風(fēng)無(wú)光)、自然災(zāi)害或突發(fā)事件影響電網(wǎng)供電情況下，可通過(guò)氫能發(fā)電應(yīng)對(duì)區(qū)域民生等用電需求問(wèn)題，增強(qiáng)重要用戶供應(yīng)保障能力，增強(qiáng)電力供應(yīng)的韌性。
氫能既可以與電網(wǎng)融合協(xié)同，在新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮儲(chǔ)能的柔性支撐作用，也可以在電網(wǎng)之外，單獨(dú)組成氫能輸運(yùn)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，自成體系，獨(dú)立運(yùn)營(yíng)，應(yīng)用于工業(yè)、交通、建筑、電力等領(lǐng)域。
氫儲(chǔ)能將成為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的重要解決方案
目前氫儲(chǔ)能已具備完整產(chǎn)業(yè)鏈，示范項(xiàng)目取得階段性成果，未來(lái)氫儲(chǔ)能發(fā)展前景廣闊。
氫能裝備技術(shù)水平不斷提升，具備支撐氫儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展的能力。
以氫能為核心的化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)涵蓋了氫氣制備、儲(chǔ)存與運(yùn)輸、氫氣發(fā)電。制氫方面：堿性電解水制氫技術(shù)具有國(guó)際先進(jìn)水平且成本優(yōu)勢(shì)明顯，質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù)跟跑?chē)?guó)際先進(jìn)水平，具備催化劑、膜電極等關(guān)鍵材料部件研發(fā)制造能力，PEM兆瓦級(jí)制氫設(shè)備下線應(yīng)用；儲(chǔ)運(yùn)方面：以高壓儲(chǔ)運(yùn)為主，35MPa車(chē)載III型瓶及45MPa站用儲(chǔ)氫容器已量產(chǎn)，70MPa車(chē)載III瓶已有示范應(yīng)用，VI瓶已完成研制尚未商業(yè)化應(yīng)用。儲(chǔ)氫瓶關(guān)鍵材料大絲束碳纖維的實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化突破，固定儲(chǔ)氫瓶組性能指標(biāo)基本達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，氫氣運(yùn)輸長(zhǎng)管拖車(chē)正在從20MPa等級(jí)向30MPa及以上壓力等級(jí)發(fā)展，低溫儲(chǔ)氫技術(shù)已有1.5噸/天液氫裝備示范應(yīng)用，多種技術(shù)路線的固態(tài)和液體儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)在研發(fā)之中；燃料電池方面：質(zhì)子交換膜、氣體擴(kuò)散層技術(shù)水平逐步提升、催化劑技術(shù)處于跟跑?chē)?guó)際先進(jìn)水平，已初步實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。膜電極、雙極板、空氣壓縮機(jī)、氫氣循環(huán)泵等核心部件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程加快，正快速縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的差距。電堆與系統(tǒng)集成水平大幅提升，并向大功率、長(zhǎng)壽命、低成本方向發(fā)展，技術(shù)和性能對(duì)標(biāo)國(guó)際先進(jìn)水平，并有批量化制造能力。
氫能市場(chǎng)規(guī)模位居全球前列，示范項(xiàng)目不斷落地、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度加快，多元化供應(yīng)、自主可控的氫能市場(chǎng)正逐步形成。
中國(guó)是全球最大的氫能市場(chǎng)。2021年，全球氫能產(chǎn)量9400萬(wàn)噸，中國(guó)年制氫產(chǎn)量約3300萬(wàn)噸，其中，煤制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫、天然氣制氫及電解水制氫分別占比62%、18%、19%、1%。
氫能在交通、化工、冶金、儲(chǔ)能、建筑等領(lǐng)域的示范項(xiàng)目取得階段性進(jìn)展。建成加氫站超過(guò)350座，氫燃料電池汽車(chē)保有量接近13000輛，位居世界前列；有超過(guò)100個(gè)規(guī)劃、在建和運(yùn)營(yíng)的電解水制氫項(xiàng)目，制氫總規(guī)模12.1GW，中國(guó)石化新疆庫(kù)車(chē)綠氫示范、三峽納日松光伏制氫等項(xiàng)目順利投產(chǎn)；河鋼120萬(wàn)噸氫冶金示范工程建投運(yùn)，指標(biāo)達(dá)到世界領(lǐng)先水平；國(guó)內(nèi)首座兆瓦級(jí)氫能綜合利用示范站在徽六安正式投運(yùn)；北京、天津等地出相繼臺(tái)相關(guān)專(zhuān)項(xiàng)政策，支持熱電聯(lián)供研究及示范應(yīng)用。氫能示范項(xiàng)目的不斷落地，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。
氫能跨區(qū)域運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程正在加快。中石化提出的“西氫東送”管道作為我國(guó)首條跨省區(qū)、大規(guī)模、長(zhǎng)距離的純氫輸送管道規(guī)劃項(xiàng)目，被納入《石油天然氣“全國(guó)一張網(wǎng)”建設(shè)實(shí)施方案》；中國(guó)石油在寧夏銀川寧東天然氣摻氫管道示范平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在397公里天然氣管道摻氫24%，利用現(xiàn)有天然氣管道長(zhǎng)距離輸送氫氣的技術(shù)獲得突破。跨區(qū)域氫氣運(yùn)輸管網(wǎng)體系將解決氫氣制、用空間錯(cuò)位問(wèn)題，助力氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
氫儲(chǔ)能具有明顯的規(guī)?；杀緝?yōu)勢(shì)，電化學(xué)儲(chǔ)能的投資成本約為2000元/kwh，以2MPa中壓球罐為例，氫儲(chǔ)能的投資成本約為100元/kwh，若采用常壓氣柜形式儲(chǔ)能，投資成本將成倍下降，儲(chǔ)能成本具有明顯優(yōu)勢(shì)，雖然氫儲(chǔ)能系統(tǒng)面臨諸多挑戰(zhàn)，包括“電-氫-電”轉(zhuǎn)化過(guò)程效率較低、氫儲(chǔ)能系統(tǒng)投資成本較高、在“一天一充一放”或“一天兩充兩放”的套利模式下經(jīng)濟(jì)效益較差等問(wèn)題，未來(lái)隨著技術(shù)水平提升與盈利模式的完善，氫儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性將提升。
預(yù)計(jì)到2060年，全社會(huì)總用電量為17萬(wàn)億千瓦時(shí)，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能規(guī)模將達(dá)到1.5萬(wàn)億千瓦時(shí)，氫儲(chǔ)能作為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的重要方式，將成為新型電力系統(tǒng)的重要組成部分，支撐碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
（本文作者系國(guó)家電投集團(tuán)山東電力工程咨詢(xún)?cè)河邢薰緞⒂癫?
