中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊:9月7—9日,由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司、國(guó)家能源局能源節(jié)約和科技裝備司、浙江省能源局聯(lián)合指導(dǎo),中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合232余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十二屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在杭州洲際酒店召開(kāi)。本次大會(huì)由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)、中國(guó)科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)組和中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)聯(lián)合承辦。
大會(huì)以"共創(chuàng)儲(chǔ)能新價(jià)值,共建市場(chǎng)新格局"為主題,聚焦新型儲(chǔ)能安全持續(xù)發(fā)展,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)政策機(jī)制、資本市場(chǎng)、新型儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)、供應(yīng)鏈體系、商業(yè)模式、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913家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè),3317位嘉賓參加了本屆大會(huì),其中154家企業(yè)展示了儲(chǔ)能產(chǎn)品,可謂盛裝出席,涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測(cè)認(rèn)證等新型儲(chǔ)能全產(chǎn)業(yè)鏈。
大會(huì)組委會(huì)邀請(qǐng)上海電力大學(xué)教授趙晉斌做《支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)的氫儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)路線及思考》主題報(bào)告。以下為發(fā)言主要內(nèi)容:
趙晉斌:今天我匯報(bào)的題目是《支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)的氫儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)路線及思考》,這是我們?nèi)甑难芯砍晒o大家做一個(gè)匯報(bào)。
今天匯報(bào)的提綱有四個(gè)方向,第一是新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),第二是氫儲(chǔ)能在中長(zhǎng)期的運(yùn)行特點(diǎn),第三是“源網(wǎng)荷氫”的優(yōu)化調(diào)度模型,第四是“雙碳”目標(biāo)下氫儲(chǔ)能系統(tǒng)碳排放的潛力評(píng)估。
新型電力系統(tǒng)大家都接觸比較多,最主要是以新能源的大量利用。在利用的情況下,我們要做到網(wǎng)源荷儲(chǔ)的互相協(xié)調(diào),這是我們的目標(biāo)。最終是清潔、低碳、安全、可控,這是我們最終的目標(biāo)。
左邊有一張圖是以前傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)和新型電力系統(tǒng)的對(duì)比,從發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè),以及技術(shù)基礎(chǔ)形態(tài),都做了對(duì)比。剛才劉總他們說(shuō)了,有虛擬同步機(jī),是跟以前的火力發(fā)電完全不一樣的。因此我們現(xiàn)在主要是說(shuō)電力電子的大量應(yīng)用,在電力系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用,也帶來(lái)許多新的問(wèn)題。
新能源是不穩(wěn)定的,包括負(fù)荷也很難預(yù)測(cè),在這種情況下,我們認(rèn)為儲(chǔ)能是目前比較好的一個(gè)和手段。
我們也知道新型電力系統(tǒng)的需求,大規(guī)模高比例新能源的接入,這個(gè)大家也看得比較多,不光集中式的,還有分布式的,新能源的大量的接入。第二個(gè)電網(wǎng)形態(tài)和運(yùn)行模式也發(fā)生了很大的改變,我們要增強(qiáng)電源的協(xié)調(diào)運(yùn)行能力,這就帶來(lái)新型儲(chǔ)能技術(shù)大型的利用,最終的目的是提升整個(gè)負(fù)荷的彈性,這是我們的需求。
我們的目標(biāo)是什么?目標(biāo)是要積極發(fā)展新能源+多元儲(chǔ)能,就是我們說(shuō)的多類型儲(chǔ)能,磷酸鐵鋰這種電化學(xué)儲(chǔ)能方式比較多,當(dāng)然還有壓縮空氣等等,氫能在目前也得到了大家的關(guān)注。主要是實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ),系統(tǒng)如何來(lái)進(jìn)行配置。
這是我們做的對(duì)比,要解決能源與負(fù)荷間的非匹配性和雙側(cè)隨機(jī)性,就帶來(lái)一個(gè)大問(wèn)題,大規(guī)模、長(zhǎng)周期、跨季節(jié),今年大家的印象可能更深,以前四川的電,那邊不可能說(shuō)差電的,但是今年因?yàn)橐恍┘竟?jié)上的因素,造成了發(fā)電側(cè)大量缺失。這種情況下,我們能不能考慮大規(guī)模化的利用其他方式,利用季節(jié)的互補(bǔ),來(lái)做儲(chǔ)能的協(xié)調(diào)。
我們這里做了一個(gè)對(duì)比,分鐘級(jí)、分鐘和小時(shí)級(jí),還有小時(shí)級(jí)以上,這是從時(shí)間尺度來(lái)做的,短時(shí)間尺度、中時(shí)間尺度和長(zhǎng)時(shí)間尺度的對(duì)比?,F(xiàn)在用得比較多的,大家關(guān)注比較多的超級(jí)電容、飛輪等等,首先能夠響應(yīng)負(fù)荷的變化,這是超短時(shí)間的儲(chǔ)能方式。
現(xiàn)在我們能不能關(guān)注一些在小時(shí)級(jí)以上甚至是跨越的儲(chǔ)能方式呢?抽水蓄能大家知道用得比較多,還有壓縮空氣,但是它會(huì)存在問(wèn)題,是受很多條件約束的,并不是我想裝、想用就能夠用起來(lái)的。還有熔融鹽等等,這樣一推出來(lái),氫可能是里面一個(gè)比較有效的方式,因?yàn)樗皇艿乩憝h(huán)境的影響。
右邊還有一張圖,儲(chǔ)能對(duì)比,根據(jù)時(shí)間和容量來(lái)做的對(duì)比,在這里面,氫儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)就能夠體現(xiàn)出來(lái)了,因?yàn)樗娜萘扛?,時(shí)間跨度更長(zhǎng)。
因?yàn)闅淙绻娀瘜W(xué)儲(chǔ)能可以配合起來(lái),就可以滿足多時(shí)間尺度上的需求。
還有一個(gè)問(wèn)題,氫要能用起來(lái),不光跟電結(jié)合比較好,跟氣也可以結(jié)合得比較好,電和氣能夠作為一個(gè)紐帶,把它非常好地結(jié)合起來(lái),有一個(gè)熱的問(wèn)題。這里面就帶來(lái)氫能有望成為一個(gè)新的能源載體。
它還有其他用處,氫可以做車?yán)镉醒醯尿?qū)動(dòng),而且不受網(wǎng)絡(luò)的限制。它還可以做一些化學(xué)原料,當(dāng)我冬天的時(shí)候風(fēng)能比較大,能不能把這塊能量利用起來(lái),用來(lái)制作氫氣。當(dāng)缺乏能量的時(shí)候把這塊利用起來(lái),這是一個(gè)思考。
那我們?cè)趺磥?lái)做這個(gè)事情?氫作為一種化學(xué)儲(chǔ)能,可以長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ),它可以存儲(chǔ)在百GW以上的,這是它的特點(diǎn)。
大家說(shuō)微電網(wǎng),就是我們說(shuō)的電制氫,用電解槽電制氫、氫換電,就是左邊交直流網(wǎng)的混用,混用我們也知道可以通過(guò)支流對(duì)電解槽做驅(qū)動(dòng)。這里面可以做成氫,氫再通過(guò)燃料電池反過(guò)來(lái)給電做應(yīng)用,這里面的效率可能沒(méi)有化學(xué)儲(chǔ)能的效率高,但是大家可以考慮一個(gè)問(wèn)題,如果完全是棄風(fēng)棄光的電,那這個(gè)成本是比較低的。
我們做了效率的對(duì)比,電解槽的效率是80-90%,但是燃料電池相對(duì)來(lái)說(shuō)成本比較高,效率也比較低一點(diǎn),目前是50-60%的效率。所以說(shuō)氫電耦合的轉(zhuǎn)化,整個(gè)效率可能只有40-50%,這是目前的情況。隨著發(fā)展,隨著技術(shù)的成熟,可能它的效率會(huì)逐步提升,成本會(huì)得到下降。
還有一個(gè)是跟熱電之間的聯(lián)供,是可以比較好地利用起來(lái)。如果這樣,成本可以從40-50%提升到60-80%的程度。它還可以解決棄風(fēng)棄光的問(wèn)題,還可以對(duì)利用風(fēng)光速率,對(duì)電網(wǎng)沖擊做緩和。
解決方案,我們利用新能源出力富余對(duì)電能進(jìn)行制氫,當(dāng)電力不足球時(shí)候再反饋回來(lái)到電網(wǎng),把氫換成電,而且整個(gè)過(guò)程是沒(méi)有污染的。
氫里面包含什么東西?從制氫、儲(chǔ)氫和燃料電池,從源頭到應(yīng)用這三個(gè)方面。我們目前電制氫用得比較多,我們大量在用的是電解槽,這個(gè)成本比較低,技術(shù)也比較成熟。另外一個(gè)是質(zhì)子膜,質(zhì)子膜相對(duì)來(lái)說(shuō)成本比較高一點(diǎn),但是效率也更高一些。還有固態(tài)氧化物的電解槽,因?yàn)槭怯羞@個(gè)需求,大家也在尋找不同的新的技術(shù)。這里面就帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題,可能它的效率會(huì)更高,但是它的技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)因?yàn)闀r(shí)間短,還不是太完善。所以目前來(lái)說(shuō)主要集中在電解槽這里面用來(lái)制氫。
氫換電的過(guò)程,是電解水的逆過(guò)程,氫轉(zhuǎn)電,是把能量給放出來(lái),電制氫是把能量消耗掉。在這里面,燃料電池起著主要的作用。2008年我在日本做過(guò)800W的燃料電池,那時(shí)候因?yàn)槌杀咎貏e高,而且電壓非常低,就把它用來(lái)做升壓以后再制氫,那時(shí)候沒(méi)有得到很大的利用,因?yàn)槌杀镜脑驔](méi)有大量推廣。那時(shí)候是做了氫里面PCS的應(yīng)用的。
燃料電池大家也聽(tīng)得比較多,可能不是用在電力里面,用在交通里面比較多,包括通過(guò)氫來(lái)做燃料電池汽車,還有燃料電池大巴,還有集卡,現(xiàn)在這個(gè)方面用得比較多一些。
氫儲(chǔ)能系統(tǒng)中長(zhǎng)期運(yùn)行的特性,最好的是可以作為一個(gè)周、月、跨季節(jié)時(shí)間尺度,這是它的優(yōu)點(diǎn)。另外是它的制損耗率,跟電化學(xué)儲(chǔ)能來(lái)講,因?yàn)殡娀瘜W(xué)儲(chǔ)能損耗比較高,充電幾千次以后可能儲(chǔ)能就沒(méi)了,這是它的成本。氫當(dāng)然也有,在制氫和儲(chǔ)氫的時(shí)候也有損耗,但是相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低,所以它可以便于我們做其他能源形式的轉(zhuǎn)換。
還有儲(chǔ)氫的問(wèn)題,儲(chǔ)氫最好是液態(tài)氫,氣態(tài)氫是最好的,在我們用儲(chǔ)氫罐就可以了,還可以用低溫的液態(tài)和固態(tài),也是根據(jù)應(yīng)用的場(chǎng)景做選擇。
我們有能源多方面的利用,左上角的圖可以看出來(lái),有執(zhí)氫系統(tǒng),最后可以做氫換電的轉(zhuǎn)換,還可以做氣負(fù)荷,還可以做氫換甲烷的情況,因?yàn)槭乔鍧嵞茉?,沒(méi)有大的污染。
還有一個(gè)比較好的是可以做能源跨季節(jié)的利用,這是我們一直在做長(zhǎng)時(shí)間尺度的利用。這里面有一年的表格,這里面可以看到,3-5月份主要是做制氫的過(guò)程,到了冬天和夏天,制冷和制熱的需求,可以把儲(chǔ)存的氫利用起來(lái),這個(gè)時(shí)候就可以利用季節(jié)的差異來(lái)做能源上的互補(bǔ)。
這是我們做的應(yīng)用場(chǎng)景分析,其中用了光伏PV和氣電混合的P2G的過(guò)程,這里面有一個(gè)運(yùn)行策略,是電和氣的混合。我們做的運(yùn)行策略分布式光伏大家現(xiàn)在做得比較多,給供電負(fù)荷提供電能,有富余能量全部上網(wǎng),可能會(huì)造成電能質(zhì)量的變化,我們電壓會(huì)越來(lái)越高。
這個(gè)時(shí)候可以把富余的電量返送到配電網(wǎng)做氫氣,氫氣可以避免棄光,還可以做電能質(zhì)量的改善。這個(gè)時(shí)候電制氫,當(dāng)能量不夠的時(shí)候,可以把氫清換電,通過(guò)燃料電池形成循環(huán)閉環(huán)。還可以做成甲烷送到氣網(wǎng)里面去,這是我們做的運(yùn)行策略的考慮。
我們還做了電熱氣聯(lián)供的融合,我們考慮到春秋季和夏冬季的特點(diǎn),做了電和熱的切換,而且還可以看出來(lái)有電能利用和熱能利用的情況,最主要的目的是把電和氫進(jìn)行自由的協(xié)調(diào)。
這是我們做的對(duì)比,在電制氫的時(shí)候要考慮的問(wèn)題,就是價(jià)格問(wèn)題。目前去電網(wǎng)買電,買系統(tǒng)的電,還有陸上風(fēng)電和海上風(fēng)電的成本大概是這樣,因?yàn)槲覀円欢ㄒ紤]成本,電可能便宜,但是質(zhì)子膜和電解槽的成本是需要的,這個(gè)情況下要考慮到綜合的成本。經(jīng)濟(jì)性主要依賴于度電成本和設(shè)備的成本,因此在這種情況下可能要做綜合的選擇,你要從基礎(chǔ)的商業(yè)模式上去考慮這個(gè)問(wèn)題。
我當(dāng)時(shí)再這個(gè)PPT的時(shí)候,正好結(jié)合四川的問(wèn)題,今年8月份應(yīng)對(duì)高溫的情況,我們有電源端、負(fù)荷側(cè),中間還加了氣象因素和電力系統(tǒng)。我們當(dāng)時(shí)考慮氣象因素會(huì)導(dǎo)致什么?氣象因素會(huì)導(dǎo)致電源端沒(méi)有端,四川主要是水電,比較缺乏,會(huì)影響我電源端發(fā)電。
另外一個(gè)是負(fù)荷側(cè),因?yàn)橄募靖邷兀赡苡秒娯?fù)荷非常大,電源側(cè)越來(lái)越少,負(fù)荷側(cè)越來(lái)越多,這樣兩頭一擠壓,會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)形成非常大的壓力,這樣就會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成比較大的影響。
在這個(gè)時(shí)候我們?cè)趺崔k?我們當(dāng)時(shí)考慮初期新型電力系統(tǒng)“保供”措施,正常情況下大家也知道優(yōu)先用新能源,這個(gè)沒(méi)有任何問(wèn)題。在極端條件下我們是用煤炭或者是燃?xì)鈦?lái)進(jìn)行補(bǔ)充,增加火力發(fā)電用來(lái)做調(diào)峰用的,現(xiàn)在我就把它作為主力發(fā)電的電源了。這里面我們做了負(fù)荷分類,化石能源保供、氫氣等可再生能源和化石能源協(xié)同保供,還有柔性負(fù)荷的要求源網(wǎng)荷儲(chǔ)的協(xié)調(diào)。
后面能不能考慮把氫能利用起來(lái)?利用氫能做長(zhǎng)周期、季節(jié)性的調(diào)控。我們不是說(shuō)完全占主力,但起碼可以做一個(gè)調(diào)節(jié)。因?yàn)闅淠芸梢岳靡荒甑臅r(shí)間,可以跨周期,當(dāng)然還可以跨年,只要有足夠的存儲(chǔ)空間就可以了。
氫能還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的跨送,可以跟油氣結(jié)合起來(lái)。還有一個(gè)是利用P2G的彈性負(fù)荷,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)跟氣網(wǎng)的融合。這是我們現(xiàn)在考慮的思路。
最后一部分,“源-網(wǎng)-荷-氫”優(yōu)化調(diào)度模型。
傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)是發(fā)、輸、變、配、用,單向的,以前有調(diào)度調(diào)控,相對(duì)比較簡(jiǎn)單一些?,F(xiàn)在因?yàn)榫W(wǎng)源荷儲(chǔ)一體化循環(huán)是個(gè)閉環(huán),就會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題,每個(gè)方面都要有一個(gè)互動(dòng)。我們做了圖,從源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)四個(gè)方向做了圖,互相之間都有互動(dòng)的情況,就會(huì)帶來(lái)比較復(fù)雜的情況。但是它去調(diào)節(jié)的目的是不一樣的,源側(cè)、網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)和儲(chǔ)能側(cè)的目標(biāo)都不一樣,但是綜合考慮起來(lái)儲(chǔ)可以在里面做調(diào)節(jié)劑的作用。
儲(chǔ)相對(duì)比較靈活,而且儲(chǔ)能的種類比較多,因此它可以做一個(gè)比較好的協(xié)調(diào)。
這是容量配置的問(wèn)題,要做配置,要考慮到可靠性和經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題,我們要考慮到一定要好,一定要能夠用,再?gòu)募夹g(shù)上考慮經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)。當(dāng)然經(jīng)濟(jì)投入越少,整個(gè)壓力可能會(huì)越大,穩(wěn)定性可能越差,這是有相關(guān)性的。
我們考慮到輸入功率、存儲(chǔ)能力、輸出功率,這三個(gè)對(duì)應(yīng)起來(lái)是電解槽、儲(chǔ)氫罐和燃料電池的容量,就跟著做了一一對(duì)應(yīng)的過(guò)程。電解槽主要考慮制氫的效率,電從哪里來(lái)的問(wèn)題。第二個(gè)問(wèn)題是燃料電池耗氫,是電給誰(shuí)的問(wèn)題。還有一個(gè)是一定要考慮安全的問(wèn)題,儲(chǔ)氫,因?yàn)闅涫且簯B(tài)、氣態(tài)的,所以要考慮安全的問(wèn)題,我們做了安全系數(shù)的約束。這三個(gè)是我們的約束條件,大家如果有興趣可以看我們?cè)凇峨姽ぜ夹g(shù)學(xué)報(bào)》上發(fā)的文章,剛剛錄用,近段時(shí)間可能會(huì)發(fā)表出來(lái)。
我們又做了整個(gè)這樣的對(duì)比,經(jīng)濟(jì)性要考慮到投資的問(wèn)題,這里面有四張圖是春夏秋冬,春天藍(lán)顏色是風(fēng)電的處理容量,可以把風(fēng)電用來(lái)制氫,下面有綠顏色的線,綠色的是氫儲(chǔ)能的情況。我是利用風(fēng)電對(duì)氫做制備,可以去產(chǎn)氫。到了夏天的時(shí)候,就把存的氫利用起來(lái),也就是說(shuō)春天的電到了夏天來(lái)用。這個(gè)時(shí)候氫是可以做的。
其中還有一個(gè)是光伏,因?yàn)楣夥?fù)荷是有相關(guān)性的,白天有、晚上沒(méi)有,但是到了夜晚的時(shí)候可能負(fù)荷比較小,但是風(fēng)電又比較大,這個(gè)時(shí)候可以用夜電把風(fēng)來(lái)做制氫的主力電源。這樣的情況可能有風(fēng)電來(lái)制氫比較好的結(jié)論,當(dāng)然風(fēng)和太陽(yáng)能如果能夠互補(bǔ),情況會(huì)更好。但是一般來(lái)說(shuō)還是要盡可能把光伏的電用掉,這是比較好的,當(dāng)然如果再結(jié)合一些化學(xué)儲(chǔ)能也可以。
這也就是說(shuō)我可以通過(guò)氫儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)跨季節(jié)利用,而且可以提升整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。
我們后來(lái)又做了一個(gè)關(guān)于怎么制氫的情況,做氫是光伏來(lái)制氫,我剛才說(shuō)的是風(fēng)電制氫,但我們現(xiàn)在是研究光伏制氫。分三種情況,直接耦合、間接耦合、源儲(chǔ)雙陣列,直接耦合和間接耦合是中間加了個(gè)變換器,做了升壓。但是我們現(xiàn)在是做高壓串并聯(lián),就可以直接驅(qū)動(dòng)了。但是我要做最大功率的追蹤和電壓匹配,因?yàn)槲业妮敵龉β手苯雍蜌浣Y(jié)合起來(lái)了。
我們又做了源儲(chǔ)雙陣列的直接耦合,因?yàn)槲业年嚵猩鲜墙M串式的,電解槽可以把它做小一點(diǎn),可以做成單元化,也可以做成組串式的。這個(gè)時(shí)候根據(jù)光伏的出力來(lái)做電解槽的自由組合,在這個(gè)情況下,就相當(dāng)于把我的電纜,我們不用做穩(wěn)壓了,可以根據(jù)我輸出的大小來(lái)做制氫。我們有一個(gè)陣列的選擇,后面是一張圖,并聯(lián)和串聯(lián)的單位可以做自由組合。
“雙碳”目標(biāo)下氫儲(chǔ)能系統(tǒng)碳排放潛力,這是我們還沒(méi)有做的點(diǎn),但是是下一步的具體目標(biāo)。3060目標(biāo),就是不要有碳排放。在這種情況下,氫是非常好的能源,因?yàn)樗撬瑳](méi)有這個(gè)指標(biāo),因此制氫可以通過(guò)棄風(fēng)棄光的能量來(lái)做,用氫儲(chǔ)能來(lái)做“電-氫-電”的轉(zhuǎn)換,還可以跟氣融合。因此氫可以在里面起比較好的作用,承擔(dān)零碳排放的任務(wù)。
這是通過(guò)碳排放配額來(lái)做交易,這跟電力市場(chǎng)是一個(gè)道理。傳統(tǒng)的方案是傳統(tǒng)的氫去配置,我們做了五個(gè)對(duì)應(yīng),有常規(guī)碳交易、階梯碳交易和需求響應(yīng),把它結(jié)合起來(lái)有五種。第五種方案可能碳排放量是最低的,但是它是最復(fù)雜的。還有不同的碳交易的基準(zhǔn)價(jià)格和經(jīng)濟(jì)、低碳性是互相矛盾的,但是我們可以做一個(gè)方法優(yōu)化,這個(gè)目標(biāo)是可以逐步解決的。
我今天的報(bào)告主要到這里,謝謝大家!