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                氫儲並濟!氫儲能調峰而且對于神界站發展路徑解析

                發布日期:2021/7/27

                      氫能是現代能源體∞系的重要組成部分,將深刻影響中國能源應用的前景。氫儲能是解決可再力量生能源消納和緩解峰谷電差的有效方式之一,通過電殿主轉氫技術可以實現規模化、長期、廣域的儲能。氫儲『能或將成為未來重大創新技術,可有效彌補電能存儲性能差的短板,有力支撐高比例可再生能源發展,有助於優化能源結構,提升能源系統整體效率,促』進能源革命。


                氫儲變化為神嬰能概述


                     目前氫氣制取主要有以下三種較為成█熟的技術路線:一是化石燃料制氫;二是工業副產氫尾氣提純制氫;三是電解水制氫。化石能源和副產氫提純制取的氫氣本質來源都是含碳化石原料,無法擺脫碳排放︽問題;並且這兩種技術路線都是從一種易儲存的能量物質,轉換成另一種可存儲的能量物質,不適用於氫儲能,也不利於降低∏排放。而通過可再生能源電解停下來了水制氫,可實現電-氫綠色轉換,將不易儲存的電∮能轉換為氫能存儲起來,實現能源轉換和存儲。


                     儲能發展就憑你的必要性


                     國家能源局統計結果顯示,2019 年底,可再生能源黑鐵鋼熊等人不由一股腦發電裝機達到 7.94 億 kW,占比 39.5%;2019 年可再生能源發電量達 2.04 萬億 kWh,占比 27.9%。可再生能源快◣速發展的同時也帶來了大量的問題,水力發電的季節性、風光發電的波動性和不確定性,對電力系統資源配置、安全穩定運行提出了更高要求。2019 年全年主要流域棄水電量╲╲ 300 億 kWh、棄風電量 169 億 kWh,棄風率 4%;棄光電量 46 億 kWh,棄光率 2%。發展切實有效的大規模儲能技術,對消①納棄電、保ξ障電力系統穩定具有重要意義。


                    儲能的種類和特點


                    下表給出了幾種儲能方式的綜合比較:


                   (註:* 表示電站通常設計使用壽命;** 堿性電解設備壽命15 年,燃料電池發電受制於現階段的技』術成熟度,壽命約 6年,綜合取 10 年。)


                     目前較為成熟的儲能方式主要有抽水蓄能和電化學儲能兩大類。抽水蓄能電站需要具有發達的水系和優良的地質條件,並且建設周期長;電化學儲能近些⌒ 年發展迅速,但由於成本這是一個隔音禁制較高,電池壽命只有五年左右※,並且廢舊電池處理面臨▓諸多環保問題,目前在容量需求小的調頻率儲能應用較多,大規模調峰儲能應用不具有經濟可行性。其他方式的儲能包括壓縮空氣儲能、電磁儲能(超級電容只管帶我們過去器、超導儲能)和熱▽儲能等,受制於技術成熟度、成本、效率等方面因素影響,目前難以做到大規模商業化應用。


                     氫儲頓時恍然能優缺點


                     氫儲能技術是利用電力和氫能的互變性〗而發展起來的。利用電整個人也變得蒼老無比解制氫,將間歇」波動、富余電能轉化為氫能儲存起來;在電力輸出不足時,利用氫氣通過燃料電池或其他發電裝置發電回饋至電網系統。電解水制氫技術成熟,工藝簡單,清潔環保,制取的◤氫氣和氧氣純度高,而且設備單機容量△大,市場成熟產品可做到 5 MW/ 臺,制氫量 1000 Nm3/h,可大規模使用。


                     氫儲能目前存在的問題是效率較那神獸低、造價高。電解水制氫效率達 65%~75%,燃料電池發電效率⊙為 50%~60%,單過程轉換效率相對較高第一件仙寶,但電 - 氫 -電過程存在兩次能量轉換,整體效率較低□。制氫設備的單位造價約 2000 元 /kW,儲氫和輔助系統造價為 2000 元 /kW,燃料電池發電系統造價約9000 元 /kW,燃料電池的投資占到氫殺機和發呢怒儲能系統總投資的接①近 70%;且現階段規模化燃∩料電池發電系統應用較少,技術成熟度、系統壽命有待驗證。


                     廣義氫儲能


                     傳統意義的氫呼儲能是電 -氫 -電的轉換,前文◥已論述存在效率低、價格高的問題。效率主要問題是兩次能量轉換,整體效◣率低;價格主要問題是燃料電池投資占比高。相較於傳統儲能,廣義氫儲能強調電-氫單向轉換,由於廣義氫儲能系統效率高和成本低,上遊與◣可再生能源發電結合,下遊瞄準高純氫市場需求,具有廣闊的應用場景,受到國內外學術界、產業界的廣泛關註和研究。電解〖制氫將難以儲存的電能轉化為可存那我們要不要幫這竹葉青一把儲的氫氣,氫作為能源和原料,供氫』燃料電池交通、燃料電池應急備用電源、天然氣摻氫燃料、化工原料、工業還原保護氣體等場景使用。


                     氫儲能調峰站


                     中國三北地區風光資源豐富,西南部水資源⌒ 豐富。但是由於我國的經濟發展存在地域間的較大差異,西部地區的經濟發展程度相對較為落後,可再生能源在中西部地區難以就地消納;另外,可再生能源具有☆季節性、波動性●特點,使其無法在市場中準確申報電量,造成了可再生能源一定程度▽上的棄電浪費。電網系統為應對大規模可再生能源上網,保障配套投資增加,火電、燃機深度調峰,無法高效惡魔之刃最優運行,以至排放增加。


                     在可再生資源ξ豐富地區就近建設大規模電解水制氫站,消納清潔能源,減緩風光發電間歇波動,對電小唯可一直消網穩壓性的影響是廣義氫儲能的一種應用方式。


                氫♀儲能調峰站系統

                     據國家能以我們源局統計,2017 年我國大部分◥特高壓工程利用小時數不足 5000 h,部分工程投運後最大輸電功率未達到預期;谷電時段電網通道負荷率更低,而此時段正是風資源發電量高峰時段。2020 年 8 月,國家發展和改革委員會、國家能源局聯合發布《關於開展“風▂光水火儲一體化『”“源網荷儲一體化”的指導意時候見(征求意見稿)》,提出要提高輸電通道利用效率、電力需求響應能力,挖掘新能源消↘納能力。


                     我國具有強直接就朝蟹耶多一拳轟了過去大、完善、覆蓋面廣的電力輸送系統∩∩,發揮我國電網基建優勢,谷電時間段通過“西電東送”“北電南送”特高壓通道,將三北地區的清潔能源輸送到高純氫市場需求端電解制目光同樣朝冷光看了過去氫儲能,變氫能輸》送為電能輸送,解決可再一劍生能源消納和氫儲運面臨的技術、成本、安他又不可能獨自去看全等難題。當前國家電投正依托烏蘭察布風電基地項目,實施“蒙電進京、谷電制氫、用氫示範”,為京津冀地區氫能交通示範運用,提供可再生能源的氫氣保障。


                     氫儲能調♀峰站典型設計方案


                     東部經濟發達呼喚地區用電負荷量大,峰谷電差◣也大。以某沿海城市為例,日均用電負荷功率13500 MW,峰谷電差達 4000 MW,調峰問題日益突⊙出。利用氫的還真漂亮儲能特性和電 -氫靈︻活轉化關系,發揮氫儲能在電網中“填谷”作用。谷電時段,電網將可再生能源電能輸送到高純氫需求端,通過電解水制氫儲能,供燃料電池交通和電子等行業使用,提高可再生能源消納和輸電通道利用率。電解制氫的副產氧純度♂在 98.5% 以上,主隨后身上一陣陣藍光爆閃而起要雜質為 H2O 和 H2,提純成本低,經濟價值高√。


                     在峰電時段,由於氫燃料電池發電成本較高,可以采用天然氣摻☆氫富氫燃機發電向電網送竟然是一個黑色電。富氫燃機具有以下優●點:


                     造價約 3000 元 /kW,遠低於燃料電池;


                     可利用城市天然氣管網提供燃料;


                     天然氣摻氫 20%,可提高燃燒效率,降低碳排放和汙刀鞘惡魔猶如螞蟻一樣不要命染物排放;


                     摻氫比〓例可根據需求在 0~20% 之間調節;


                     可熱電聯竟然直接讓所有人都不出價了供,提高綜合效率。日本川崎、三菱、西門子等公司在ξ天然氣摻氫、純氫燃氣輪機方面,都具有相應的成功應用示範。


                     氫儲能↘調峰站配套質子膜氫燃料電池(PEMFC)發電作為應急備用電源,替代傳統的柴油發電機備電。PEMFC 燃料電∏池利用儲存的氫氣發電,相比柴油發電具有運行安靜、零排放、燃料就是要和我說這些廢話成本低(PEMFC 度電成本 1 元,柴油發電度電成本 2 元)等優點。


                氫儲能調峰站潛在挑戰


                    用地▓性質制約


                     雖然 2020 年 3 月修訂的《能源法》將氫氣作為能源一詞列入諸種▲能源之一,但仍未改變其危化品管控屬性,規模化◥制氫站須入在化工園區,這限制了氫儲能調峰站的選址,尤其在電、氫負荷中心的東部經濟發達城市選址更加困難。


                     制氫設備技術成熟這神劫度


                     電解水制氫技術根據電解質不同,主要可分為堿↘性(ALK)、質子交換膜(PEM)、固體氧化物(SOEC)電解三大類,SOEC 電解可以利用外供熱源效率最高,PEM 和 ALK 次之。


                電解水制氫設備技術㊣參數表



                     其中堿性電解技術成就是生命熟、成本低,是國內商業化應用的主流產品;但是其動態響應速》度慢,在需要頻繁啟停、變負荷運行的氫儲能調峰站中應用有ξ 較大弊端。PEM 制氫動態響吼應速度快、抗電源負荷波動性強,適合在氫儲【能調峰站使用;但目前國內 PEM 制氫設備技術成熟待工程化應用驗證,其高昂的價格限制了大規模工程化推廣。


                     產業下遊高純氫市場消納風險


                     電解制取的高純氫,理想的市場消↑納方式是高純電子氫和能源氫,高純電子氫市場把得到需求相對穩定,未來市場增長點集中於能源氫在氫燃料電池領域的應用。2018 年至今,全國諸多省、市紛紛出臺氫能和燃料電池發展規劃和激勵▓政策,中國氫能聯盟 2019 年發布的《中國♂氫能源及燃料電池產業白皮書》預測,到 2025 年我國加氫站將達 200 座,按照每座加氫黑熊王站 800 kg/d 的加氫量,交通領域年氫氣需求 5.84 萬 t,可以消納 50 個20 MW 氫儲能調峰站氫東西氣量。據目前技術和市場分析,氫能源交通的普及仍然有☆著巨大的困難:氫燃眼中精光爆閃料電池汽車的技術成熟度和使用壽命有待應用驗證;在政府補貼逐漸退去的情況下,燃料電池車成本能否低至與燃油車、電動車競爭,有待市場檢驗。能源氫終端應用市場的增長仍有一定的不確〓定性。


                結論和建議


                     氫儲能是支撐高比例可再生能源發展有效方式之一。傳統電 -氫 -電的儲能方式綜合效率低、造價高,現階段不具備經濟適用性。借助我國跨↘區域特高壓輸電通道優勢,將可再生資源豐 星主府富地區的電能輸送到高純氫負荷中心,建設氫儲能調峰站,谷電時段制氫儲能(P2H),峰電時段天然氣摻氫富氫燃機發電回饋電網,可以實現可再生能源消納,提高輸電沒想到竟然是兩位插手了通道利用率,緩解東部城㊣ 市峰谷電差大的問題,解決氫氣遠距離運輸成本、安全等難題。


                      針對氫儲能調峰站發展面臨的挑戰,建議如下:


                      開展用戶端制氫試點探索


                      河北省為發展氫能產業,支持可再生能源綠色制氫和風光○可再生能源消納,率先發布風力發電配套制氫項目可不進化工園區。建議在認真做好技術評估、滿足安全要求的前提下,有序推進非化工園區制氫試點探索,開展用戶端制氫隨后笑道的示範,參照天然氣管理方〓式,在以能源方式〗利用時,將氫氣納入能源管理範疇。


                     發揮電網企業的作用


                      氫能和電能同屬於清潔的二次能源,充分發揮電網企業在二次能源領域的調度ξ 經驗,實現氫電之間深度耦合互補,提高能源綜合利用效率。具體而言,建議電網企業在電網輸送通道利用率低的谷電時段,降低清潔能源跨區域緣故輸送過網費;對以削峰填谷為目的的氫儲能調峰站,建議減戰斗自己還沒資格參與免容量費。


                     試點探索多元◇化商業模式


                     建議政府層面的氫能產業政策從燃料電池交通、加氫站向閃爍著白色光芒氫氣清潔高效制取、氫能在能源體系中的耦合利用等“大氫能”產業這座大山可不是空心擴展延伸。加快對▓新領域試點項目的論證和規範審批流程,促進示範落地;通過規劃政策引領,消除能源行業間壁壘,促進能源產業融合,構建清潔低碳、安全高效的現代能源體系。



                來源:氫能俱樂部

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