中國儲能網(wǎng)訊：近日，國家能源局發(fā)布前三季度可再生能源裝機規(guī)模數(shù)據(jù)：全國可再生能源新增裝機1.72億千瓦，同比增長93%，占新增裝機的76%，其中，風電新增裝機3348萬千瓦，光伏發(fā)電新增裝機12894萬千瓦，占新增裝機比例70%以上。新能源裝機占比的提升，一方面，是我國踐行碳達峰碳中和目標的重要舉措，另一方面，新能源出力的間歇性、隨機性、波動性將為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)，儲能市場將迎來發(fā)展爆發(fā)。
儲能為新型電力系統(tǒng)提供柔性支撐
為應對全球氣候變化，我國在聯(lián)合國一般性辯論中提出“力爭于2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和”的目標。我國二氧化碳排放中，能源消費占比約90%，其中，電力行業(yè)在能源行業(yè)占比最高，達到40%以上，電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型是推動雙碳目標的關鍵。
按照國家發(fā)改委出臺的《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》、《2030年前碳達峰行動方案》要求，終端能源消費非化石能源占比由2020年的15%提升到2030年25%、2060年達到80%。根據(jù)《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，預計到2030年，非化石能源消費占比25%左右和光伏、風電裝機容量達到12億千瓦以上，發(fā)電量占比不斷增加，其間歇性、隨機性、波動性特點，改變了以穩(wěn)定可調(diào)控電源應對負荷需求變化的模式，快速消耗電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)資源。因此，我國提出構建具有安全高效、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)藍皮書》提出，推動多時間尺度儲能技術規(guī)?；瘧?。針提出儲能技術的發(fā)展目標，2030年前，重點滿足系統(tǒng)日內(nèi)平衡調(diào)節(jié)需求；2045年前，規(guī)模化長時儲能技術取得重大突破，滿足日以上平衡調(diào)節(jié)需求；2060年前，儲電、儲熱、儲氣、儲氫等覆蓋全周期的多類型儲能協(xié)同運行，能源系統(tǒng)運行靈活性大幅度提升。
氫能在長時儲能場景發(fā)揮重要作用
電力儲能形式有抽水蓄能、熔融鹽儲熱、新型儲能，其中新型儲能包括氫儲能、鈉離子電池、鉛酸電池、液流電池、超級電容、飛輪儲能、壓縮空氣等，不同儲能形式的技術特點及適用場景，如下圖所示。
抽水蓄能技術成熟，儲能容量大，是長時儲能的重要手段，累計裝機占我國儲能總量的77%，建設選址受地理條件影響較大；壓縮空氣儲能，儲能容量大、投資相對較小，是長時儲能的重要手段，被列為“十四五”新型儲能核心技術裝備攻關重點方向之一，建設選址受地理條件影響較大；電化學儲能技術成熟，裝機增長較快，是分鐘至小時級儲能手段；飛輪儲能，能量密度高、充放次數(shù)多、使用壽命長、存儲時間短；超級電容儲能，初投資大、功率高、充放電快、能量密度低。
短時間儲能側重保證電力系統(tǒng)在瞬時干擾下保持平衡等電網(wǎng)安全問題，而長時儲能一般側重實現(xiàn)峰谷供需平衡的問題。截止到2022年，風電裝機3.65億千瓦、太陽能裝機3.93億千瓦，發(fā)電量占全社會用電量的13.4%，未來裝機占比會進一步提高。新能源發(fā)電“春秋多、冬夏少”的出力分布將進一步增加冬、夏季節(jié)電力“保供”的難度，長時儲能作為可以實現(xiàn)長期存儲能源并經(jīng)濟的維持數(shù)小時、數(shù)天乃至數(shù)月電力供應的技術方案，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、儲運靈活等特性的屬性?？衫酶挥嗟?、非高峰的或低質(zhì)量的電力來大規(guī)模制氫，將電能轉(zhuǎn)化為氫能儲存起來，然后再在電力輸出不足時利用氫氣通過燃料電池或其它方式轉(zhuǎn)換為電能輸送上網(wǎng)，實現(xiàn)調(diào)峰填谷。狹義氫儲能是基于“電-氫-電”的雙向轉(zhuǎn)換過程，利用谷期富余的新能源電能進行電解水制氫并儲存，用電高峰時，存儲的氫發(fā)電返回電網(wǎng)；廣義氫儲能強調(diào)“電-氫”或“氫-電”的單向轉(zhuǎn)換過程。
在發(fā)電側，氫儲能可在“電-氫-電”轉(zhuǎn)換過程中，促進可再生能源消納，平抑出力波動、縮小與計劃出力的誤差；在電網(wǎng)側，氫儲能可參與調(diào)峰輔助、負載均衡；在用戶側，可作為靈活性自愿參與需求響應，用于峰谷套利，或作為備用電源以及離網(wǎng)電源使用。
氫儲能區(qū)別于其他儲能方式，受地理因素限制較小，可通過增加氫氣儲罐尺寸，以較低的邊際成本，獨立于發(fā)電和制氫的規(guī)模而擴大其儲能能力，其儲能規(guī)模和周期遠超過壓縮空氣和抽水蓄能。在面對極端天氣(連續(xù)多天無風無光)、自然災害或突發(fā)事件影響電網(wǎng)供電情況下，可通過氫能發(fā)電應對區(qū)域民生等用電需求問題，增強重要用戶供應保障能力，增強電力供應的韌性。
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)揮儲能的柔性支撐作用，也可以在電網(wǎng)之外，單獨組成氫能輸運供應網(wǎng)絡，自成體系，獨立運營，應用于工業(yè)、交通、建筑、電力等領域。
氫儲能將成為長時儲能的重要解決方案
目前氫儲能已具備完整產(chǎn)業(yè)鏈，示范項目取得階段性成果，未來氫儲能發(fā)展前景廣闊。
氫能裝備技術水平不斷提升，具備支撐氫儲能產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展的能力。
以氫能為核心的化學儲能系統(tǒng)涵蓋了氫氣制備、儲存與運輸、氫氣發(fā)電。制氫方面：堿性電解水制氫技術具有國際先進水平且成本優(yōu)勢明顯，質(zhì)子交換膜電解水制氫技術跟跑國際先進水平，具備催化劑、膜電極等關鍵材料部件研發(fā)制造能力，PEM兆瓦級制氫設備下線應用；儲運方面：以高壓儲運為主，35MPa車載III型瓶及45MPa站用儲氫容器已量產(chǎn)，70MPa車載III瓶已有示范應用，VI瓶已完成研制尚未商業(yè)化應用。儲氫瓶關鍵材料大絲束碳纖維的實現(xiàn)了國產(chǎn)化突破，固定儲氫瓶組性能指標基本達到國際先進水平，氫氣運輸長管拖車正在從20MPa等級向30MPa及以上壓力等級發(fā)展，低溫儲氫技術已有1.5噸/天液氫裝備示范應用，多種技術路線的固態(tài)和液體儲運技術在研發(fā)之中；燃料電池方面：質(zhì)子交換膜、氣體擴散層技術水平逐步提升、催化劑技術處于跟跑國際先進水平，已初步實現(xiàn)小批量生產(chǎn)。膜電極、雙極板、空氣壓縮機、氫氣循環(huán)泵等核心部件國產(chǎn)化進程加快，正快速縮小與國際先進水平的差距。電堆與系統(tǒng)集成水平大幅提升，并向大功率、長壽命、低成本方向發(fā)展，技術和性能對標國際先進水平，并有批量化制造能力。
氫能市場規(guī)模位居全球前列，示范項目不斷落地、基礎設施建設進度加快，多元化供應、自主可控的氫能市場正逐步形成。
中國是全球最大的氫能市場。2021年，全球氫能產(chǎn)量9400萬噸，中國年制氫產(chǎn)量約3300萬噸，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、儲能、建筑等領域的示范項目取得階段性進展。建成加氫站超過350座，氫燃料電池汽車保有量接近13000輛，位居世界前列；有超過100個規(guī)劃、在建和運營的電解水制氫項目，制氫總規(guī)模12.1GW，中國石化新疆庫車綠氫示范、三峽納日松光伏制氫等項目順利投產(chǎn)；河鋼120萬噸氫冶金示范工程建投運，指標達到世界領先水平；國內(nèi)首座兆瓦級氫能綜合利用示范站在徽六安正式投運；北京、天津等地出相繼臺相關專項政策，支持熱電聯(lián)供研究及示范應用。氫能示范項目的不斷落地，推動產(chǎn)業(yè)規(guī)模進一步擴大。
氫能跨區(qū)域運輸基礎設施建設進程正在加快。中石化提出的“西氫東送”管道作為我國首條跨省區(qū)、大規(guī)模、長距離的純氫輸送管道規(guī)劃項目，被納入《石油天然氣“全國一張網(wǎng)”建設實施方案》；中國石油在寧夏銀川寧東天然氣摻氫管道示范平臺，實現(xiàn)在397公里天然氣管道摻氫24%，利用現(xiàn)有天然氣管道長距離輸送氫氣的技術獲得突破?？鐓^(qū)域氫氣運輸管網(wǎng)體系將解決氫氣制、用空間錯位問題，助力氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
氫儲能具有明顯的規(guī)?；杀緝?yōu)勢，電化學儲能的投資成本約為2000元/kwh，以2MPa中壓球罐為例，氫儲能的投資成本約為100元/kwh，若采用常壓氣柜形式儲能，投資成本將成倍下降，儲能成本具有明顯優(yōu)勢，雖然氫儲能系統(tǒng)面臨諸多挑戰(zhàn)，包括“電-氫-電”轉(zhuǎn)化過程效率較低、氫儲能系統(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)濟效益較差等問題，未來隨著技術水平提升與盈利模式的完善，氫儲能系統(tǒng)經(jīng)濟性將提升。
預計到2060年，全社會總用電量為17萬億千瓦時，長時儲能規(guī)模將達到1.5萬億千瓦時，氫儲能作為長時儲能的重要方式，將成為新型電力系統(tǒng)的重要組成部分，支撐碳中和目標的實現(xiàn)。
（本文作者系國家電投集團山東電力工程咨詢院有限公司劉玉昌）
