中國儲能網(wǎng)訊：七.氫氣技術(shù)
如圖43所示，H2 @ Scale公司發(fā)布了一份有關(guān)氫氣市場調(diào)查報告。該報告?zhèn)戎赜跉錃庠诠潭ㄊ絻δ芟到y(tǒng)和交通運(yùn)營的應(yīng)用，其中也包括使用氫氣發(fā)電和供熱/分布式能源。
圖43.氫能經(jīng)濟(jì)
氫氣市場
氫氣作為一種儲能技術(shù)具有額外的靈活性。氫氣可以從電力或其他主要能源（例如天然氣）中產(chǎn)生，然后作為燃料或轉(zhuǎn)換成電力。氫氣也可以用作生產(chǎn)其他能量載體和燃料（例如氨或碳?xì)浠衔铮?
預(yù)計到2022年，全球氫氣總消耗量將從2017年的7,000萬噸增長到8500噸，其中絕大部分是天然氣。中國每年約消耗全球氫氣的三分之一。當(dāng)前氫氣的主要來源是氨氣生產(chǎn)、石油精煉和甲醇生產(chǎn)過程。采用可再生能源電力的電解水制氫在全球范圍內(nèi)繼續(xù)受到關(guān)注，但只占總制氫量的很少一部分。
圖44. 全球氫氣消耗量（2017年～2022年）
氫燃料電池電動汽車預(yù)計會增加，但目前只占新低碳汽車銷量的不到1％。全球約有三分之一的燃料電池電動汽在美國運(yùn)營，其次是中國、日本和韓國。在未來10年中，盡管美國越來越重視將氫燃料電池用于中型和重型車輛，但燃料電池電動汽車的主要增長點(diǎn)預(yù)計在亞洲地區(qū)。
圖45.全球各地的氫氣消耗量
氫氣可以通過多種方式儲存，其中包括物理方法和化學(xué)方法。氣態(tài)氫儲存包括鹽穴、枯竭氣田和巖穴；液態(tài)氫在低溫容器中高壓儲存。而氫還可以轉(zhuǎn)化為分子能量載體，例如氨氣、甲醇和較重的液態(tài)有機(jī)物，從而可以在較低的壓力和較高的溫度的條件下儲存和輸送。
圖46. 氫氣在各種條件下的儲存
圖46總結(jié)了加壓儲存氫氣的典型條件。如圖中所示，洞穴可儲存最大量的氫氣。因此，鹽穴被用作長期儲存大量氫氣的選擇。
鹽穴是一種用于存儲大量氫氣的低成本方法，這使它們對于長時儲能具有吸引力。在以下1000米深度的氫室的典型技術(shù)設(shè)計參數(shù)為：
?容積50萬立方米。
?工作壓力范圍：60～180bar。
?儲能容量：140GWh熱儲能或85GWh的電能。
鹽穴儲能的裝機(jī)容量取決于熱力學(xué)極限和井口配置，但平均為為700MW。氫氣通過鹽的泄漏率可以忽略不計，并且處于檢測極限。
圖47.全球各地的主要鹽穴分布
圖47顯示了全球各地可能適合儲氫的主要鹽穴的位置。當(dāng)前的大型儲氫項目包括：
英國蒂賽德（3個鹽穴，每個70,000立方米，地下370米）
德克薩斯州克萊門斯（1個鹽穴，580,000立方米，地下1,000～1,300米）
德克薩斯州莫斯布拉夫（1個鹽穴，566,000立方米，地下335～400米）。
歐洲（尤其是德國）擁有大量的鹽穴和洞穴資源，其中許多用于天然氣或氫氣的存儲。德國目前在大約200個鹽穴中存儲24％的天然氣。他們計劃開發(fā)更多用于儲氫的鹽穴。圖48和49分別顯示了德國和歐洲用于氣體儲存的鹽穴的資源和開發(fā)。
圖48.德國的鹽洞穴分布
圖49.歐洲各地的鹽穴分布
美國、日本和韓國是燃料電池（FCEV）部署的領(lǐng)導(dǎo)者。部署的大多數(shù)燃料電池（FCEV）都用于輕型車輛，但最近（尤其是在中國），燃料電池公共汽車的重要性開始增強(qiáng)。使用燃料電池汽車銷售量和每種車輛類別的代表性的車載儲氫量，以及氫的熱值（LHV），并估算了燃料電池汽車中作為儲氫的累積能量，如圖50和圖51所示。
圖50.按車輛類型估算的全球累計儲氫量
圖51.按地區(qū)劃分的全球累計儲氫量
根據(jù)彭博社新能源財經(jīng)公司對于燃料電池電動汽車的預(yù)測，圖52和53顯示了到2030年的預(yù)計部署量。到2030年，每年可以部署超過35GWh車載儲氫量。預(yù)計中國和亞洲其他國家將部署最多的車載儲氫量，而歐洲緊隨其后。燃料電池客車和輕型客車燃料電池電動汽車預(yù)計對車載儲氫有著更大需求。
圖52.按全球區(qū)域劃分的儲氫部署計劃
圖53.按車型劃分的車載儲氫部署量
在全球范圍內(nèi)，目前只有400多個加氫站，計劃再增加170個。歐洲和亞洲（不包括中國）擁有最多的加氫站（300個以上），并且計劃建設(shè)約150個。盡管尚不了解大多數(shù)公共/私有基礎(chǔ)設(shè)施，但很大一部分是公共加氫站點(diǎn)。圖54和55匯總了全球加氫站的數(shù)量。
圖54.按地區(qū)劃分的運(yùn)營和計劃建設(shè)的加氫站
圖55.按地區(qū)劃分正在運(yùn)營的公共和私有加氫站
八．熱儲能（TES）技術(shù)
熱儲能（TES）是一項成熟的儲能技術(shù)，可以將供熱或制冷能量從電力價格較高的峰值需求期間轉(zhuǎn)移到電力價格較低的非峰值期間。冰基或冷凍水這兩種類型的熱儲能系統(tǒng)可以按需求改變夜間供應(yīng)。本報告只考慮了冰基熱儲能系統(tǒng)。圖56提供了一個典型的熱儲能周期。圖57顯示了亞利桑那大學(xué)的商業(yè)熱儲能系統(tǒng)。
圖56.典型的熱儲能系統(tǒng)的儲能時間（小時）
圖57.熱儲能設(shè)施
熱儲能（TES）市場
2017年，美國目前部署的熱儲能（TES）設(shè)施的裝機(jī)容量接近100MW。除了2014年的部署大幅躍升之外，但之后的增長很緩慢。美國部署的熱儲能（TES）設(shè)施最多的地區(qū)是紐約州和賓夕法尼亞州。
圖58.美國各州累計部署的熱儲能設(shè)施
全球熱儲能（TES）年度供應(yīng)商收入預(yù)測是從兩家分析機(jī)構(gòu)提供的：Navigant公司（現(xiàn)為Guidehouse公司）和Grand View公司，并在圖59和圖60中進(jìn)行了總結(jié)。
圖59.全球住宅和工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用的熱儲能系統(tǒng)市場分析和預(yù)測
圖60全球熱儲能市場規(guī)模、份額和趨勢
這兩個市場研究之間的差異與供應(yīng)商收入基礎(chǔ)的差異以及對增長領(lǐng)域的不同假設(shè)有關(guān)。圖60在其收入預(yù)測中包括了維護(hù)費(fèi)用，并假設(shè)所有地區(qū)的增長率都非常相似。圖61預(yù)測了亞太地區(qū)（尤其是日本、澳大利亞、韓國、中國和印度）的高速增長，并且只包括供應(yīng)商收入的新部署。
圖61按地區(qū)劃分的能源容量部署
在炎熱氣候下對冷卻的需求不斷增加（過去十年來中國的空調(diào)需求顯著增長，2017年達(dá)到全球空調(diào)市場問題的三分之一左右）。各國政府減少能源消耗的政策正在不斷發(fā)展，包括綠色建筑證書計劃和節(jié)能解決方案的部署。
人們通常認(rèn)為，采用冰基熱儲能取決于使用時限電價方案，但熱儲能系統(tǒng)只會影響熱電負(fù)載，并且通常比鋰離子電池占用更大的占地面積。
九．新興應(yīng)用——長時儲能（LDES）
美國儲能大挑戰(zhàn)計劃（ESGC）不僅加快采用成熟的儲能技術(shù)，而且還積極采用新興的儲能技術(shù)。長時儲能（LDES）是這份報告中包含的新興市場的一個例子。以下是長時儲能（LDES）的描述，描述了其不斷發(fā)展的概況以及滿足重要儲能需求的機(jī)會。
隨著電網(wǎng)上可再生能源發(fā)電的增加，提供電網(wǎng)可靠性所需的持續(xù)放電時間也增加了。電網(wǎng)中的可再生能源發(fā)電量與儲能時間之間的關(guān)系很復(fù)雜，并且取決于可再生能源發(fā)電的詳細(xì)信息。
圖62說明了這種關(guān)系，并顯示了估計的所需儲能時間與電網(wǎng)可再生能源滲透率之間的關(guān)系。隨著電網(wǎng)的電力從化石燃料過渡到可再生能源，將需要大量的長時儲能（LDES）（儲能時間超過10小時）。對于滲透率非常高（即高于80％）的可再生能源電力，需要120小時以上的儲能時間（通常稱為季節(jié)性儲能）。
圖62 長時儲能技術(shù)的成本目標(biāo)
隨著儲能時間的增加，儲能系統(tǒng)的邊際價值下降，因此可負(fù)擔(dān)的總成本也將下降。因此，長時儲能技術(shù)的競爭力將取決于所需的持續(xù)放電時間。其總資本在此定義為安裝的成本，其中包括設(shè)備和工廠的全部成本。
目前有幾種長時儲能技術(shù)正在開發(fā)中，以解決新興的長時儲能需求，其中包括抽水蓄能、液流電池、熱儲能以及鋰離子電池。抽水蓄能是可用于長時儲能的現(xiàn)有成本最低的儲能技術(shù)，抽水蓄能設(shè)施可以在12小時內(nèi)提供最低的儲能成本。如今的抽水蓄能設(shè)施部署在適合其選址要求的地點(diǎn)，并且很多組織正在評估未來的建設(shè)站點(diǎn)。
預(yù)計液流電池在6～8小時以上的持續(xù)時間內(nèi)具有成本效益，具體取決于特定的化學(xué)反應(yīng)。釩液流電池的成本很大程度上取決于釩的成本，而釩的價格往往很高。其他使用儲量豐富材料的電池可能對于長時儲能可能更具競爭力。例如，如上所述，一家生產(chǎn)持續(xù)放電時間為10小時的全鐵液流電池儲能系統(tǒng)的廠商現(xiàn)在正在將裝機(jī)容量擴(kuò)展到5MW，并擴(kuò)大了生產(chǎn)能力。
用于長時儲能的儲能技術(shù)（例如氫氣、氨氣和某些碳?xì)浠衔铮┩ǔＰ枰囱ù鎯Σ拍芙档统杀?。因此，很多開發(fā)商正在探索合適的地層和地形。由于氨氣在商品化學(xué)工業(yè)中已有龐大的工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，對于季節(jié)性儲能（120小時）來說，具有地質(zhì)存儲功能的氫氣儲能系統(tǒng)和具有碳捕獲功能的天然氣發(fā)電系統(tǒng)可提供當(dāng)前和未來的最低成本。
熱儲能技術(shù)對于工業(yè)過程和電網(wǎng)的長期需求都是可行的。由于增加的成本和熱電轉(zhuǎn)換的效率問題，它可能仍將重點(diǎn)放在熱-熱循環(huán)上，而不是熱-電循環(huán)上。
如今，行業(yè)廠商仍在致力開發(fā)新型電池技術(shù)（例如鈉硫電池和全鐵液流電池）。對于這些電池技術(shù)來說，其能量密度應(yīng)該大于100Wh/L。一家初創(chuàng)公司最近表示，該公司開發(fā)和生產(chǎn)的一種“水性空氣”電池可以滿足超過50小時的長時儲能目標(biāo)。
