中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：6月19—20日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)聯(lián)合江蘇省電機(jī)工程學(xué)會(huì)、全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)、中國能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司等單位聯(lián)合召開的“第三屆全國電網(wǎng)側(cè)暨用戶側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用高層研討會(huì)”在蘇州市太湖假日酒店舉行。來自電網(wǎng)公司、設(shè)計(jì)院、系統(tǒng)集成商、電池生產(chǎn)企業(yè)、投融資機(jī)構(gòu)等單位的280余位嘉賓出席了本次研討會(huì)。
會(huì)議期間，太原理工大學(xué)電氣與動(dòng)力工程學(xué)院院長韓肖清女士分享了主題報(bào)告《氫儲(chǔ)能及在山西發(fā)展前景》，以下是演講全文：
韓肖清：大家好，接下來是我來作報(bào)告，我的報(bào)告題目是《氫儲(chǔ)能系統(tǒng)及在山西部發(fā)展前景探討》。
主要從以下五個(gè)方面介紹，首先我們講一下氫儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。我們大家都知道氫的儲(chǔ)量非常豐富而且來源廣泛，是既環(huán)保又可持續(xù)發(fā)展的能源。氫能源作為燃料它的最終產(chǎn)物只有水，對(duì)環(huán)境沒有任何污染。而且氫可以氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)，三態(tài)長時(shí)間存儲(chǔ)，自耗非常小，同時(shí)它也適合長距離輸送。氫的能量密度應(yīng)該是非常高的，每千克是142兆焦，它的燃燒熱值也非常高。鑒于這樣的特點(diǎn)，氫作為未來能源形式的一種應(yīng)該是非常有前景的。
我們利用氫能的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，我想應(yīng)該是如何得到氫？第二是如何儲(chǔ)存氫？第三如何應(yīng)用氫。
首先是電解水制氫的技術(shù)，比較常用的是堿性電解水技術(shù)，它是發(fā)展比較成熟的，但是它的效率不算高。現(xiàn)在還有聚合物膜電解水技術(shù)以及固體氧化物電解水技術(shù)，第三種還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
從我們目前的電解水制氫情況來看，它的操作壓力是在0.8到3兆帕，溫度是80到90攝氏度，制氫純度可以達(dá)到99.7%。整個(gè)過程我們現(xiàn)在需要解決的問題主要是降低電解過程的能耗，提高能源轉(zhuǎn)換效率。
我們從儲(chǔ)氫方面來看，有高壓氣態(tài)的儲(chǔ)存以及低溫液態(tài)儲(chǔ)存和固態(tài)儲(chǔ)存，另外還有利用有機(jī)物的吸附來進(jìn)行儲(chǔ)存。我們現(xiàn)在常用的主要是高壓氣態(tài)，它主要的問題是我們必須把氫氣放在容器罐當(dāng)中，要求非常高，而且氫的特點(diǎn)就是重量非常輕，以至于我們一個(gè)氫氣罐其中氫的質(zhì)量只占整個(gè)重量的1%，在輸送氫的過程當(dāng)中有點(diǎn)劃不來。低溫液態(tài)氫就是在產(chǎn)生液態(tài)氫的過程當(dāng)中要耗能非常多，因?yàn)樗窃诹阆?00度的情況下把它液化的。而低溫液態(tài)氫現(xiàn)在主要用于我們航天的燃料，比如飛機(jī)燃料，是高質(zhì)量的氫。
固態(tài)氫、有機(jī)物液態(tài)氫是目前正在研究，也希望未來能夠成為主流的一種模式，而且我們也有專家提到我們氫未來能不能通過天然氣管道來進(jìn)行傳輸，這樣的話我們就省掉了基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。
再說氫的利用，現(xiàn)在比較多的主要是燃料電池，通過燃料電池發(fā)電來用氫。燃料電池主要問題是成本比較高，技術(shù)不是完全過關(guān)。因此我們綜合考慮，從制氫、儲(chǔ)氫到用氫這樣幾個(gè)環(huán)節(jié)，它的綜合效率如果我們用電解水制氫的話，綜合效率也就45%。因此我們說在火電廠如果我們配備氫儲(chǔ)能的話，從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性角度來看都是不可行的。
如果我們考慮在負(fù)荷低谷時(shí)段或者新能源波動(dòng)較強(qiáng)的時(shí)段，在網(wǎng)側(cè)、荷側(cè)配置氫儲(chǔ)能，可以在保證供電條件、供電質(zhì)量的情況下避免火電機(jī)組的頻繁啟停，這是它的一個(gè)應(yīng)用前景。
由于它的綜合效率不是太高，氫的來源從目前來看不只是電，我們可以來源于煤化工的副產(chǎn)品，同時(shí)我們的去向也不只是電，我們可以用于交通以及工業(yè)，還有能源互聯(lián)網(wǎng)，下面就來簡單的說一下氫能與能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系。
氫能從源、儲(chǔ)、運(yùn)、荷方面的應(yīng)用場景。氫從上游來看在煤化工生產(chǎn)過程當(dāng)中副產(chǎn)品就是氫，這是主要來源。我們也可以通過可再生能源棄風(fēng)棄光來制氫，這也是一種。通過儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)搅擞脩?，我們剛才已?jīng)提到了，比如說有交通，比如說飛機(jī)、輪船，還有汽車，也可以用于工業(yè)能源，同時(shí)還可以作為分布式發(fā)電，例如燃料電池發(fā)電。
我這個(gè)圖把電力網(wǎng)絡(luò)、天然氣網(wǎng)絡(luò)、熱力網(wǎng)絡(luò)、氫氣網(wǎng)絡(luò)畫在一起，我們可以把我們綜合能源系統(tǒng)里面加入氫能源，這是一個(gè)非常好的構(gòu)想，而且在未來應(yīng)該是一個(gè)發(fā)展方向。下面簡單說一下國內(nèi)外氫儲(chǔ)能的典型案例。這個(gè)是德國的普倫子勞市的綜合發(fā)電廠，氫能可以通過電解水制氫然后儲(chǔ)存起來，和生物沼氣混合作為燃料發(fā)電，也可以作為供暖方式之一。
英國的柯克沃爾小鎮(zhèn)氫能生態(tài)社區(qū)，因?yàn)樗窃诤＿?，把棄風(fēng)以及潮汐發(fā)電的電力來制氫，再通過燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車、船舶以及小鎮(zhèn)的供熱。
日本北海道，它也是用氫能作為綜合能源系統(tǒng)能源形式的一種。
李克強(qiáng)總理2018年參觀豐田工廠的時(shí)候，對(duì)我們國內(nèi)也有非常大的震動(dòng)，它用的燃料電池，這樣的汽車在未來也是有非常廣闊的前景。
這里簡單列了一下國內(nèi)的氫能小鎮(zhèn)。在華南、華東、華北都有，山西大同現(xiàn)在希望把煤都變氫都，作為未來能源革命的主要方向。
再來看一下山西省氫儲(chǔ)能多視角發(fā)展前景的探討。這個(gè)圖說的是我們從2010年到2018國家的棄風(fēng)情況，最嚴(yán)重的是2016年，僅2016年棄風(fēng)電量造成的經(jīng)濟(jì)損失就達(dá)180億元，幾乎抵消掉當(dāng)年全年的風(fēng)電新增裝機(jī)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，也就是說棄風(fēng)在我們國家是非常嚴(yán)重的。我們知道在甘肅、新疆最高的時(shí)候可以達(dá)到45%的棄風(fēng)量。
山西是能源大省，煤炭電力大省。我們在2018年4月的時(shí)候我們總的裝機(jī)容量當(dāng)中清潔能源占比達(dá)到21.9%，同時(shí)棄風(fēng)在全國來講不算高。
這是我們山西的地圖，從北到南電網(wǎng)和新能源裝機(jī)的情況，重負(fù)荷區(qū)是在南部和中部，新能源的并網(wǎng)裝機(jī)大部分都是在北部，大同和忻朔地區(qū)。我們在2018年統(tǒng)計(jì)過全年最大風(fēng)光時(shí)刻用電負(fù)荷占比可以達(dá)到145.63%和122.98%，也就是說在北部的新能源的裝機(jī)是過剩的，它需要通過電網(wǎng)輸送到中部和南部。風(fēng)電/負(fù)荷比最高達(dá)到280%以上，解決新能源消納問題的合理方式就是采取儲(chǔ)能的方法，或者是綜合能源，能源互聯(lián)網(wǎng)的形式來解決。
再來看一下未來氫能發(fā)展的背景，第一，利用可再生能源發(fā)電來解決電解水制氫儲(chǔ)存，需要時(shí)作為氫燃料電池的燃料，既可以解決風(fēng)能發(fā)電的負(fù)荷平衡，又可以制得一定數(shù)量的氫能。第二，在電網(wǎng)無法消納新能源時(shí)，用棄置電能制氫與天然氣網(wǎng)絡(luò)或者氫網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量平衡。江蘇鹽城周邊有一千多家風(fēng)電廠，目前所產(chǎn)生的電能無法并網(wǎng)，利用這些風(fēng)電所產(chǎn)生的電能，結(jié)合海水電解技術(shù)，所產(chǎn)生的氫氣成本可以達(dá)到兩塊錢每立方米，這個(gè)價(jià)格與汽油相比完全具有競爭力了。
山西是能源大省，今年5月29號(hào)國家能源改革委員會(huì)的會(huì)議上進(jìn)一步確定了山西作為能源革命的試點(diǎn)省份，同時(shí)也給了很多的能源政策的支持，山西大同市是產(chǎn)煤的城市，現(xiàn)在大同的能源規(guī)劃就是要把煤都變?yōu)闅涠?，也出臺(tái)了相關(guān)政策來支持它的能源發(fā)展。
我們從目前發(fā)展來看，局限性分析首先就要說的是政策與市場問題。就目前氫能的產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建和相關(guān)成本而言，我們必須要有足夠力度的政策支持，否則的話是沒有辦法推廣的。因此我們說如何設(shè)計(jì)合理的儲(chǔ)能服務(wù)計(jì)量方法，按實(shí)際貢獻(xiàn)補(bǔ)償，激發(fā)氫能資源的市場積極性，這是我們下一步氫能發(fā)展必須要解決的問題。
同時(shí)我們還必須要解決制氫的成本問題，剛才也提到了制氫成本是非常高的，如何把成本降下來，我想隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來若干年應(yīng)該能夠很快解決這個(gè)問題。
我們現(xiàn)在從制氫來講，剛才講的是常規(guī)的電解水制氫，目前比較新的方法是光解水制氫，大同的李燦院士在這方面可能做的比較好，最近馬上要在大同落地一個(gè)光制氫的示范工程。
從儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)來看，我們目前正在突破的技術(shù)是常溫常壓儲(chǔ)氫，如果能解決好常溫常壓儲(chǔ)氫的話，我們儲(chǔ)氫最主要的矛盾就是它的安全性問題和它的成本問題，就完全解決了，這是我們希望突破的技術(shù)。
再下來就是從用氫方面，氫燃料電池，現(xiàn)在雖然已經(jīng)得到一些應(yīng)用，但是還有一些技術(shù)的成熟度，還有它的成本仍然需要我們繼續(xù)攻克。
因此我們說從現(xiàn)在氫能作為工業(yè)能源和化工原料到未來燃料電池應(yīng)用、電網(wǎng)儲(chǔ)能和削峰填谷以及棄風(fēng)棄光制氫儲(chǔ)能，還有分布式發(fā)電以及分布式能源，加氫站改造與新建等等，如果我們想讓氫能得到大力的發(fā)展，我們需要解決的核心問題就是規(guī)模儲(chǔ)存與高覆蓋率的傳輸問題。
未來對(duì)于氫能的發(fā)展，如果我們把儲(chǔ)存和運(yùn)輸問題解決好的話，分布式能源是氫能利用的一個(gè)非常好的未來的方向。
同時(shí)綜合能源，就是把電、氣、熱和氫組成一個(gè)綜合能源系統(tǒng)也是一個(gè)非常好的方向，需要挑戰(zhàn)的技術(shù)難點(diǎn)有規(guī)劃問題、控制問題以及協(xié)同優(yōu)化問題。
總結(jié)一下，山西省新能源裝機(jī)在不斷增加，新能源消納問題日益嚴(yán)峻，因此氫能可能會(huì)成為解決這一問題的重要方法。
同時(shí)氫能的制備與運(yùn)輸是亟待解決的核心問題，是氫能規(guī)?；瘧?yīng)用的前提。
氫儲(chǔ)能具備作為大規(guī)模儲(chǔ)能性能優(yōu)勢，有望成為未來儲(chǔ)能的主要形式之一。
基于氫能和電能的全自治獨(dú)立的分布式能源系統(tǒng)可能成為未來能源互聯(lián)的主要形式之一。
