中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：3月10-13日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司指導(dǎo)，中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦并聯(lián)合500余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十四屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)暨展覽會(huì)（簡(jiǎn)稱(chēng)“CIES”）在杭州國(guó)際博覽中心召開(kāi)。
CIES大會(huì)以“共建儲(chǔ)能生態(tài)鏈，共創(chuàng)儲(chǔ)能新發(fā)展”為主題，針對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)等重點(diǎn)、熱點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題展開(kāi)充分探討，分享可持續(xù)發(fā)展政策機(jī)制、資本市場(chǎng)、國(guó)際市場(chǎng)、成本疏導(dǎo)、智能化系統(tǒng)集成技術(shù)、供應(yīng)鏈體系、商業(yè)模式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、示范項(xiàng)目應(yīng)用案例、新產(chǎn)品以及解決方案的普及和深化應(yīng)用。
來(lái)自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國(guó)內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的2011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈企業(yè)， 53417位線上注冊(cè)嘉賓將參加本屆CIES大會(huì)，儲(chǔ)能網(wǎng)視頻號(hào)線上直播11萬(wàn)人參與觀看與交流。其中300余家企業(yè)集中展示了儲(chǔ)能產(chǎn)品，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測(cè)認(rèn)證、飛輪儲(chǔ)能、液流電池、熔鹽儲(chǔ)熱、壓縮空氣儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能全產(chǎn)業(yè)鏈。
3月11日上午，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院技術(shù)專(zhuān)家鄭欣受邀在”雙碳與新型電力系統(tǒng)暨南網(wǎng)儲(chǔ)能與可再生能源專(zhuān)場(chǎng)”分享主題報(bào)告，報(bào)告題目為《氫能在可再生能源存儲(chǔ)和綜合利用中的應(yīng)用》。以下為報(bào)告主要內(nèi)容：
鄭欣：大家中午好！我的演講內(nèi)容分為以下幾部分：
一、氫能與可再生能源融合的發(fā)展背景
2021年習(xí)總書(shū)記在中共中央政治局第三十六次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)：要把促進(jìn)新能源和清潔能源發(fā)展放在更加突出的位置，積極有序發(fā)展氫能源、可再生能源。2022年國(guó)家發(fā)改委、 能源局發(fā)布了《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》，提出強(qiáng)化儲(chǔ)能、氫能等前沿科技攻關(guān)。著力攻克可再生能源制氫和氫能儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用及燃料電池等核心技術(shù)。開(kāi)展高效可再生能源氫氣制備、儲(chǔ)運(yùn)、應(yīng)用和燃料電池等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及多元化示范應(yīng)用。在可再生能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰等場(chǎng)景示范應(yīng)用。氫能、電能、熱能等異質(zhì)能源互聯(lián)互通示范。將綠色能源與氫能結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)氫能全過(guò)程零碳化，促進(jìn)可再生能源儲(chǔ)存消納，支持“雙碳”和新型電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重要路徑。
二、氫能和可再生能源融合的要求
可再生能源目前最主要的利用形式是發(fā)電，所以氫能和可再生能源的結(jié)合，必須通過(guò)電網(wǎng)和電力來(lái)實(shí)現(xiàn)。在結(jié)合的過(guò)程中可再生能源通過(guò)電解水轉(zhuǎn)化為氫，在這樣一個(gè)過(guò)程中，電解水必須能夠和電網(wǎng)、和可再生能源實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)互動(dòng)，這樣的轉(zhuǎn)化和結(jié)合才是有意義的。如果電解水只是穩(wěn)定制氫的話，那么基于現(xiàn)有的電網(wǎng)供電就可以發(fā)展氫能。實(shí)際上這樣的發(fā)展路徑在成本上是不成立的，所以氫能和可再生能源的結(jié)合，首先要能夠?qū)崿F(xiàn)電氫的有效互動(dòng)。同時(shí)通過(guò)電解水技術(shù)的發(fā)展和電氫有效互動(dòng)來(lái)促進(jìn)成本的下降。其次可再生能源向氫能轉(zhuǎn)化的規(guī)模是龐大的，所以要解決氫能的安全儲(chǔ)存問(wèn)題，最后在氫能的利用環(huán)節(jié)要實(shí)現(xiàn)電、熱、冷等多種形式的綜合能源利用，來(lái)提高整個(gè)儲(chǔ)能過(guò)程的效率。所以氫能和可再生能源結(jié)合要實(shí)現(xiàn)電氫有效互動(dòng)，制氫成本下降儲(chǔ)氫安全可靠和氫能綜合利用4個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。
三、氫能與可再生能源結(jié)合的技術(shù)路徑分析
1、制氫技術(shù)要求
可再生能源向氫能轉(zhuǎn)化的第1個(gè)環(huán)節(jié)是電解水制氫。電解水制氫從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上可以分為并網(wǎng)制氫和離網(wǎng)制氫兩種模式。在并網(wǎng)制氫模式下，電網(wǎng)負(fù)責(zé)收集傳輸可再生能源電力，電解水實(shí)際上通過(guò)電網(wǎng)獲取可再生能源。在這種模式下，電解水制氫并不能僅僅是穩(wěn)定運(yùn)行，否則電力成本是不能承受的。電解制氫裝置必須充分利用自身的特性，作為可調(diào)負(fù)荷參與到電網(wǎng)對(duì)可再生能源的消納中，或者整合到虛擬電廠中，或者作為靈活性負(fù)荷參與電網(wǎng)的調(diào)節(jié)，同時(shí)通過(guò)這個(gè)過(guò)程獲取額外的收益，降低制氫成本。
另外一種可再生能源制氫的形式是離網(wǎng)制氫。在這種結(jié)構(gòu)下，可再生能源和電解制氫裝置將和電網(wǎng)完全物理隔離。離網(wǎng)制氫又分為兩種，一種是通過(guò)電池儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的平衡，另外一種則是通過(guò)制氫裝置本身的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，實(shí)現(xiàn)和可再生能源發(fā)電的實(shí)時(shí)平衡。從投資和運(yùn)行成本上來(lái)說(shuō)，可再生能源和電解槽直連制氫的方式具有最低的投資和運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)對(duì)運(yùn)行控制要求也是最苛刻的。從我們的光伏直連制氫實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，這樣一個(gè)直連制氫系統(tǒng)需要以2s為周期向電解槽下達(dá)運(yùn)行指令，并且負(fù)荷調(diào)整的速度可以達(dá)到15%/s，調(diào)節(jié)的范圍從5%~100%。離網(wǎng)模式的發(fā)展規(guī)模不受電網(wǎng)支撐能力的限制，在未來(lái)也可能成為可再生能源制氫的重要發(fā)展模式之一。
在制氫技術(shù)方面能夠和可再生能源實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)互動(dòng)的包括堿性電解水制氫和離子交換膜電解水制氫兩種方式。離子交換膜制氫包括AEM和PEM兩種方式。目前無(wú)論是堿性制氫還是離子交換膜制氫，都具有很高的負(fù)荷調(diào)節(jié)速率，在調(diào)節(jié)速率上沒(méi)有顯著的差異。堿性電解制氫技術(shù)比較成熟，設(shè)備成本低，主要問(wèn)題在于啟動(dòng)速度慢，同時(shí)調(diào)節(jié)響應(yīng)的范圍比較窄，在40%~100%區(qū)間。以PEM為代表的離子交換膜制氫能夠快速啟動(dòng)，并在0~100%的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)很迅速的調(diào)節(jié)，但是目前的設(shè)備成本很高。在實(shí)際的工業(yè)化裝置中，兩種裝置的能耗是差不多的，都在1m3氫4.5-5kWh左右。
2、儲(chǔ)氫系統(tǒng)要求
在實(shí)現(xiàn)了可再生能源制氫之后，下一個(gè)要解決的問(wèn)題是儲(chǔ)氫。儲(chǔ)氫目前有多種技術(shù)方式，不同技術(shù)方式有各自的特點(diǎn)。各種技術(shù)從本質(zhì)上來(lái)講都是壓縮氫分子的間距，提高儲(chǔ)存的體積密度和質(zhì)量密度。適應(yīng)可再生能源制氫的儲(chǔ)氫方式主要有以下4個(gè)需求。第1個(gè)是響應(yīng)迅速，在這里的響應(yīng)迅速，不單只是放氫迅速，主要還是在儲(chǔ)氫過(guò)程?？稍谏茉粗茪洚a(chǎn)生的氫氣流是不穩(wěn)定的，所以?xún)?chǔ)氫系統(tǒng)需要能迅速的吸收不穩(wěn)定的氫氣流，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫并不是一個(gè)很好的儲(chǔ)存方式。壓縮機(jī)的工況調(diào)節(jié)能力是有限的，為了適應(yīng)不穩(wěn)定的輸入氣流，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行可靠性上都會(huì)付出代價(jià)。第2點(diǎn)是溫和高效，需要儲(chǔ)氫方式能夠有低的儲(chǔ)存壓力，并且能夠在近室溫的條件下完成放氫，同時(shí)具有較高的釋放壓力、較低的熱效應(yīng)。第3點(diǎn)是高密度，對(duì)于可再生能源制氫儲(chǔ)氫，體積密度比質(zhì)量密度更重要，因?yàn)槭紫纫鉀Q的是大規(guī)模就地儲(chǔ)存的問(wèn)題。第4點(diǎn)是安全可靠，這直接涉及到整個(gè)系統(tǒng)的安全性，主要要求是低壓常溫，然后能夠盡量減少、甚至沒(méi)有動(dòng)密封。
適應(yīng)可再生能源儲(chǔ)存的儲(chǔ)氫技術(shù)
現(xiàn)有可用儲(chǔ)氫技術(shù)包括合金儲(chǔ)氫、高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和化學(xué)儲(chǔ)氫在內(nèi)，各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，并沒(méi)有哪種技術(shù)具有全場(chǎng)景的良好的適應(yīng)性。從可再生能源制氫儲(chǔ)存的角度，材料儲(chǔ)氫和化學(xué)儲(chǔ)氫具有比較好的發(fā)展前景，儲(chǔ)氫材料主要是室溫型的儲(chǔ)氫合金，優(yōu)勢(shì)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單、壓力低，對(duì)吸放的響應(yīng)都非常迅速，適合就地的制氫儲(chǔ)存。化學(xué)儲(chǔ)氫，包括有機(jī)液體儲(chǔ)氫、液態(tài)陽(yáng)光、P2G等技術(shù)則具有很高的穩(wěn)定性和安全性，適合大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)間的可再生能源儲(chǔ)存，同時(shí)也便于氫能向其他的用能方式轉(zhuǎn)化和工業(yè)去碳化結(jié)合。
3、用氫技術(shù)
在用氫方面主要包括燃料電池和氫內(nèi)燃機(jī)兩種技術(shù)路線，兩種方式的發(fā)電效率都不高，在40%~60%之間。因此要實(shí)現(xiàn)氫能的儲(chǔ)能應(yīng)用，熱電聯(lián)供或者冷熱電聯(lián)供的綜合供能方式是必由之路。
四、氫儲(chǔ)能的特點(diǎn)與目標(biāo)
1、特點(diǎn)
從氫能的整體技術(shù)分析，氫儲(chǔ)能有以下的特點(diǎn)。一個(gè)是儲(chǔ)能密度高固態(tài)合金儲(chǔ)氫系統(tǒng)的儲(chǔ)能密度可以達(dá)到800瓦時(shí)每升。在12米的集裝箱范圍內(nèi)，按照我們現(xiàn)有的裝置水平的話，我們可以集成超過(guò)15兆瓦時(shí)的儲(chǔ)氫單元。甚至更高的話可以達(dá)到2兆瓦時(shí)以上。同時(shí)氫能對(duì)能量的儲(chǔ)存是很穩(wěn)定的，不存在隨時(shí)間衰減的問(wèn)題。在缺點(diǎn)方面的話，則體現(xiàn)在電電轉(zhuǎn)化的效率低。按統(tǒng)一的能量標(biāo)準(zhǔn)折算的話，電解制氫過(guò)程的效率大概70%，氫能發(fā)電的效率大概45%，因此即便是設(shè)計(jì)非常良好的氫儲(chǔ)能系統(tǒng)，在電電轉(zhuǎn)化效率上也很難超過(guò)25%，這也要求在氫儲(chǔ)能系統(tǒng)中必須實(shí)現(xiàn)熱電等多種能量形式的利用，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效率。
2、目標(biāo)
在氫儲(chǔ)能的應(yīng)用目標(biāo)上，首先我們要明確的是氫能不是一種短時(shí)的儲(chǔ)能調(diào)節(jié)方式。氫儲(chǔ)能和電池儲(chǔ)能在應(yīng)用場(chǎng)景和目標(biāo)上是完全不重合的，不存在沖突和替代。
我們認(rèn)為氫儲(chǔ)能主要有兩個(gè)應(yīng)用方式：
第1種是在分布式可再生能源系統(tǒng)中用氫能作為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能方式來(lái)滿足長(zhǎng)周期能量調(diào)節(jié)。最終以熱電聯(lián)產(chǎn)形式，取得高的能量效率，同時(shí)滿足不同形式的用能需求。這里氫儲(chǔ)能主要作為一種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能方式，滿足供能時(shí)長(zhǎng)超過(guò)48小時(shí)以上的多種能源需求，同時(shí)在以月為單位的時(shí)間范圍內(nèi)調(diào)節(jié)分布式發(fā)電的不平衡。
第2種是用于大規(guī)模的年度儲(chǔ)能，無(wú)關(guān)可再生能源的季節(jié)性發(fā)電能力差異是客觀存在的，也不可能通過(guò)互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)完全的平衡，在用戶側(cè)，特別是工業(yè)用戶不可能完全接受按照可再生能源發(fā)電能力調(diào)節(jié)生產(chǎn)能力。通過(guò)氫能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期的可再生能源差異的調(diào)節(jié)，滿足多種形式的用能需求，可以很大程度上解決這樣的沖突。在國(guó)家能源局發(fā)布的新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書(shū)中也提出了氫儲(chǔ)能是否作為長(zhǎng)周期大規(guī)模儲(chǔ)能形式的觀點(diǎn)。
3、氫儲(chǔ)能的遠(yuǎn)期展望
在未來(lái)的能源體系中，氫能作為一種能源方式，會(huì)緊密地和電網(wǎng)和可再生能源結(jié)合在一起，電網(wǎng)會(huì)作為可再生能源和其他各種能源形式的收集和輸送的主干以氫能實(shí)現(xiàn)對(duì)可再生能源的消納和長(zhǎng)期儲(chǔ)存，完成可再生能源的年度調(diào)節(jié)。同時(shí)氫轉(zhuǎn)化為不同的能源形式提供給電網(wǎng)、化工冶金、交通、居民等能源用戶，在穩(wěn)定能源供應(yīng)、實(shí)現(xiàn)工業(yè)、交通等多場(chǎng)景去碳化方面發(fā)揮巨大的作用。通過(guò)多場(chǎng)景的應(yīng)用，氫儲(chǔ)能的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運(yùn)行成本能夠得到分?jǐn)?，設(shè)施利用率能夠得到提升，可以極大消除消除長(zhǎng)周期儲(chǔ)能技術(shù)投資成本高、利用率低的問(wèn)題。這也是氫能作為長(zhǎng)周期儲(chǔ)能技術(shù)最吸引人的地方。
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