中國儲能網(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)，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合500余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十四屆中國國際儲能大會暨展覽會（簡稱“CIES”）在杭州國際博覽中心召開。
CIES大會以“共建儲能生態(tài)鏈，共創(chuàng)儲能新發(fā)展”為主題，針對儲能產(chǎn)業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)等重點(diǎn)、熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題展開充分探討，分享可持續(xù)發(fā)展政策機(jī)制、資本市場、國際市場、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。
來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國內(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位線上注冊嘉賓將參加本屆CIES大會，儲能網(wǎng)視頻號線上直播11萬人參與觀看與交流。其中300余家企業(yè)集中展示了儲能產(chǎn)品，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認(rèn)證、飛輪儲能、液流電池、熔鹽儲熱、壓縮空氣儲能等新型儲能全產(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)專家鄭欣受邀在“雙碳與新型電力系統(tǒng)暨南網(wǎng)儲能與可再生能源專場”分享主題報告，報告題目為《氫能在可再生能源存儲和綜合利用中的應(yīng)用》。以下為報告主要內(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)總書記在中共中央政治局第三十六次集體學(xué)習(xí)時強(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運(yùn)、應(yīng)用及燃料電池等核心技術(shù)。開展高效可再生能源氫氣制備、儲運(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)氫能全過程零碳化，促進(jìn)可再生能源儲存消納，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，必須通過電網(wǎng)和電力來實(shí)現(xiàn)。在結(jié)合的過程中可再生能源通過電解水轉(zhuǎn)化為氫，在這樣一個過程中，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，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。同時通過電解水技術(shù)的發(fā)展和電氫有效互動來促進(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存問題，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，來提高整個儲能過程的效率。所以氫能和可再生能源結(jié)合要實(shí)現(xiàn)電氫有效互動，制氫成本下降儲氫安全可靠和氫能綜合利用4個關(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)，同時通過這個過程獲取額外的收益，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，一種是通過電池儲能實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的平衡，另外一種則是通過制氫裝置本身的負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，實(shí)現(xiàn)和可再生能源發(fā)電的實(shí)時平衡。從投資和運(yùn)行成本上來說，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)營成本，同時對運(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)來說，這樣一個直連制氫系統(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，主要問題在于啟動速度慢，同時調(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，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、儲氫系統(tǒng)要求
在實(shí)現(xiàn)了可再生能源制氫之后，下一個要解決的問題是儲氫。儲氫目前有多種技術(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)上來講都是壓縮氫分子的間距，提高儲存的體積密度和質(zhì)量密度。適應(yīng)可再生能源制氫的儲氫方式主要有以下4個需求。第1個是響應(yīng)迅速，在這里的響應(yīng)迅速，不單只是放氫迅速，主要還是在儲氫過程?？稍谏茉粗茪洚a(chǎn)生的氫氣流是不穩(wěn)定的，所以儲氫系統(tǒng)需要能迅速的吸收不穩(wěn)定的氫氣流，從這個角度來說，高壓氣態(tài)儲氫并不是一個很好的儲存方式。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)行可靠性上都會付出代價。第2點(diǎn)是溫和高效，需要儲氫方式能夠有低的儲存壓力，并且能夠在近室溫的條件下完成放氫，同時具有較高的釋放壓力、較低的熱效應(yīng)。第3點(diǎn)是高密度，對于可再生能源制氫儲氫，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)模就地儲存的問題。第4點(diǎn)是安全可靠，這直接涉及到整個系統(tǒng)的安全性，主要要求是低壓常溫，然后能夠盡量減少、甚至沒有動密封。
適應(yīng)可再生能源儲存的儲氫技術(shù)
現(xiàn)有可用儲氫技術(shù)包括合金儲氫、高壓氣態(tài)儲氫和化學(xué)儲氫在內(nèi)，各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，并沒有哪種技術(shù)具有全場景的良好的適應(yīng)性。從可再生能源制氫儲存的角度，材料儲氫和化學(xué)儲氫具有比較好的發(fā)展前景，儲氫材料主要是室溫型的儲氫合金，優(yōu)勢是系統(tǒng)簡單、壓力低，對吸放的響應(yīng)都非常迅速，適合就地的制氫儲存。化學(xué)儲氫，包括有機(jī)液體儲氫、液態(tài)陽光、P2G等技術(shù)則具有很高的穩(wěn)定性和安全性，適合大規(guī)模長時間的可再生能源儲存，同時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，氫儲能有以下的特點(diǎn)。一個是儲能密度高固態(tài)合金儲氫系統(tǒng)的儲能密度可以達(dá)到800瓦時每升。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15兆瓦時的儲氫單元。甚至更高的話可以達(dá)到2兆瓦時以上。同時氫能對能量的儲存是很穩(wěn)定的，不存在隨時間衰減的問題。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)計非常良好的氫儲能系統(tǒng)，在電電轉(zhuǎn)化效率上也很難超過25%，這也要求在氫儲能系統(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的儲能調(diào)節(jié)方式。氫儲能和電池儲能在應(yīng)用場景和目標(biāo)上是完全不重合的，不存在沖突和替代。
我們認(rèn)為氫儲能主要有兩個應(yīng)用方式：
第1種是在分布式可再生能源系統(tǒng)中用氫能作為長時儲能方式來滿足長周期能量調(diào)節(jié)。最終以熱電聯(lián)產(chǎn)形式，取得高的能量效率，同時滿足不同形式的用能需求。這里氫儲能主要作為一種長時儲能方式，滿足供能時長超過48小時以上的多種能源需求，同時在以月為單位的時間范圍內(nèi)調(diào)節(jié)分布式發(fā)電的不平衡。
第2種是用于大規(guī)模的年度儲能，無關(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。通過氫能實(shí)現(xiàn)長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。在國家能源局發(fā)布的新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書中也提出了氫儲能是否作為長周期大規(guī)模儲能形式的觀點(diǎn)。
3、氫儲能的遠(yuǎn)期展望
在未來的能源體系中，氫能作為一種能源方式，會緊密地和電網(wǎng)和可再生能源結(jié)合在一起，電網(wǎng)會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)對可再生能源的消納和長期儲存，完成可再生能源的年度調(diào)節(jié)。同時氫轉(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)、交通等多場景去碳化方面發(fā)揮巨大的作用。通過多場景的應(yīng)用，氫儲能的基礎(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周期儲能技術(shù)投資成本高、利用率低的問題。這也是氫能作為長周期儲能技術(shù)最吸引人的地方。
以上就是我今天的分享，謝謝大家！
