中國儲能網(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，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會聯(lián)合232余家機構共同支持的第十二屆中國國際儲能大會在杭州洲際酒店召開。本次大會由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會、中國科學院電工研究所儲能技術組和中國儲能網(wǎng)聯(lián)合承辦。
大會以"共創(chuàng)儲能新價值，共建市場新格局"為主題，聚焦新型儲能安全持續(xù)發(fā)展，針對儲能產(chǎn)業(yè)面臨的機遇與挑戰(zhàn)等重點、熱點、難點問題展開充分探討，分享可持續(xù)政策機制、資本市場、新型儲能系統(tǒng)集成技術、供應鏈體系、商業(yè)模式、標準、示范項目應用案例、新產(chǎn)品以及解決方案的普及和深化應用。
來自行業(yè)主管機構、國內外駐華機構、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構等不同領域的913家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，3317位嘉賓參加了本屆大會，其中154家企業(yè)展示了儲能產(chǎn)品，可謂盛裝出席，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認證等新型儲能全產(chǎn)業(yè)鏈。
大會組委會邀請上海電力大學教授趙晉斌做《支撐新型電力系統(tǒng)建設的氫儲能關鍵技術路線及思考》主題報告。以下為發(fā)言主要內容：
趙晉斌：今天我匯報的題目是《支撐新型電力系統(tǒng)建設的氫儲能關鍵技術路線及思考》，這是我們三年的研究成果給大家做一個匯報。
今天匯報的提綱有四個方向，第一是新型電力系統(tǒng)關鍵技術，第二是氫儲能在中長期的運行特點，第三是“源網(wǎng)荷氫”的優(yōu)化調度模型，第四是“雙碳”目標下氫儲能系統(tǒng)碳排放的潛力評估。
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)源荷儲的互相協(xié)調，這是我們的目標。最終是清潔、低碳、安全、可控，這是我們最終的目標。
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)的對比，從發(fā)電側、電網(wǎng)側、用戶側，以及技術基礎形態(tài)，都做了對比。剛才劉總他們說了，有虛擬同步機，是跟以前的火力發(fā)電完全不一樣的。因此我們現(xiàn)在主要是說電力電子的大量應用，在電力系統(tǒng)中得到了大量的應用，也帶來許多新的問題。
新能源是不穩(wěn)定的，包括負荷也很難預測，在這種情況下，我們認為儲能是目前比較好的一個和手段。
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。第二個電網(wǎng)形態(tài)和運行模式也發(fā)生了很大的改變，我們要增強電源的協(xié)調運行能力，這就帶來新型儲能技術大型的利用，最終的目的是提升整個負荷的彈性，這是我們的需求。
我們的目標是什么？目標是要積極發(fā)展新能源+多元儲能，就是我們說的多類型儲能，磷酸鐵鋰這種電化學儲能方式比較多，當然還有壓縮空氣等等，氫能在目前也得到了大家的關注。主要是實現(xiàn)多能互補，系統(tǒng)如何來進行配置。
這是我們做的對比，要解決能源與負荷間的非匹配性和雙側隨機性，就帶來一個大問題，大規(guī)模、長周期、跨季節(jié)，今年大家的印象可能更深，以前四川的電，那邊不可能說差電的，但是今年因為一些季節(jié)上的因素，造成了發(fā)電側大量缺失。這種情況下，我們能不能考慮大規(guī)?；睦闷渌绞剑眉竟?jié)的互補，來做儲能的協(xié)調。
我們這里做了一個對比，分鐘級、分鐘和小時級，還有小時級以上，這是從時間尺度來做的，短時間尺度、中時間尺度和長時間尺度的對比?，F(xiàn)在用得比較多的，大家關注比較多的超級電容、飛輪等等，首先能夠響應負荷的變化，這是超短時間的儲能方式。
現(xiàn)在我們能不能關注一些在小時級以上甚至是跨越的儲能方式呢？抽水蓄能大家知道用得比較多，還有壓縮空氣，但是它會存在問題，是受很多條件約束的，并不是我想裝、想用就能夠用起來的。還有熔融鹽等等，這樣一推出來，氫可能是里面一個比較有效的方式，因為它不受地理環(huán)境的影響。
右邊還有一張圖，儲能對比，根據(jù)時間和容量來做的對比，在這里面，氫儲能的優(yōu)勢就能夠體現(xiàn)出來了，因為它的容量更大，時間跨度更長。
因為氫如果跟電化學儲能可以配合起來，就可以滿足多時間尺度上的需求。
還有一個問題，氫要能用起來，不光跟電結合比較好，跟氣也可以結合得比較好，電和氣能夠作為一個紐帶，把它非常好地結合起來，有一個熱的問題。這里面就帶來氫能有望成為一個新的能源載體。
它還有其他用處，氫可以做車里有氧的驅動，而且不受網(wǎng)絡的限制。它還可以做一些化學原料，當我冬天的時候風能比較大，能不能把這塊能量利用起來，用來制作氫氣。當缺乏能量的時候把這塊利用起來，這是一個思考。
那我們怎么來做這個事情？氫作為一種化學儲能，可以長時間存儲，它可以存儲在百GW以上的，這是它的特點。
大家說微電網(wǎng)，就是我們說的電制氫，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支流對電解槽做驅動。這里面可以做成氫，氫再通過燃料電池反過來給電做應用，這里面的效率可能沒有化學儲能的效率高，但是大家可以考慮一個問題，如果完全是棄風棄光的電，那這個成本是比較低的。
我們做了效率的對比，電解槽的效率是80-90%，但是燃料電池相對來說成本比較高，效率也比較低一點，目前是50-60%的效率。所以說氫電耦合的轉化，整個效率可能只有40-50%，這是目前的情況。隨著發(fā)展，隨著技術的成熟，可能它的效率會逐步提升，成本會得到下降。
還有一個是跟熱電之間的聯(lián)供，是可以比較好地利用起來。如果這樣，成本可以從40-50%提升到60-80%的程度。它還可以解決棄風棄光的問題，還可以對利用風光速率，對電網(wǎng)沖擊做緩和。
解決方案，我們利用新能源出力富余對電能進行制氫，當電力不足球時候再反饋回來到電網(wǎng)，把氫換成電，而且整個過程是沒有污染的。
氫里面包含什么東西？從制氫、儲氫和燃料電池，從源頭到應用這三個方面。我們目前電制氫用得比較多，我們大量在用的是電解槽，這個成本比較低，技術也比較成熟。另外一個是質子膜，質子膜相對來說成本比較高一點，但是效率也更高一些。還有固態(tài)氧化物的電解槽，因為是有這個需求，大家也在尋找不同的新的技術。這里面就帶來一個問題，可能它的效率會更高，但是它的技術相對來說因為時間短，還不是太完善。所以目前來說主要集中在電解槽這里面用來制氫。
氫換電的過程，是電解水的逆過程，氫轉電，是把能量給放出來，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800W的燃料電池，那時候因為成本特別高，而且電壓非常低，就把它用來做升壓以后再制氫，那時候沒有得到很大的利用，因為成本的原因沒有大量推廣。那時候是做了氫里面PCS的應用的。
燃料電池大家也聽得比較多，可能不是用在電力里面，用在交通里面比較多，包括通過氫來做燃料電池汽車，還有燃料電池大巴，還有集卡，現(xiàn)在這個方面用得比較多一些。
氫儲能系統(tǒng)中長期運行的特性，最好的是可以作為一個周、月、跨季節(jié)時間尺度，這是它的優(yōu)點。另外是它的制損耗率，跟電化學儲能來講，因為電化學儲能損耗比較高，充電幾千次以后可能儲能就沒了，這是它的成本。氫當然也有，在制氫和儲氫的時候也有損耗，但是相對來說比較低，所以它可以便于我們做其他能源形式的轉換。
還有儲氫的問題，儲氫最好是液態(tài)氫，氣態(tài)氫是最好的，在我們用儲氫罐就可以了，還可以用低溫的液態(tài)和固態(tài)，也是根據(jù)應用的場景做選擇。
我們有能源多方面的利用，左上角的圖可以看出來，有執(zhí)氫系統(tǒng)，最后可以做氫換電的轉換，還可以做氣負荷，還可以做氫換甲烷的情況，因為是清潔能源，沒有大的污染。
還有一個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時間尺度的利用。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程，到了冬天和夏天，制冷和制熱的需求，可以把儲存的氫利用起來，這個時候就可以利用季節(jié)的差異來做能源上的互補。
這是我們做的應用場景分析，其中用了光伏PV和氣電混合的P2G的過程，這里面有一個運行策略，是電和氣的混合。我們做的運行策略分布式光伏大家現(xiàn)在做得比較多，給供電負荷提供電能，有富余能量全部上網(wǎng)，可能會造成電能質量的變化，我們電壓會越來越高。
這個時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，還可以做電能質量的改善。這個時候電制氫，當能量不夠的時候，可以把氫清換電，通過燃料電池形成循環(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，做了電和熱的切換，而且還可以看出來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行自由的協(xié)調。
這是我們做的對比，在電制氫的時候要考慮的問題，就是價格問題。目前去電網(wǎng)買電，買系統(tǒng)的電，還有陸上風電和海上風電的成本大概是這樣，因為我們一定要考慮成本，電可能便宜，但是質子膜和電解槽的成本是需要的，這個情況下要考慮到綜合的成本。經(jīng)濟性主要依賴于度電成本和設備的成本，因此在這種情況下可能要做綜合的選擇，你要從基礎的商業(yè)模式上去考慮這個問題。
我當時再這個PPT的時候，正好結合四川的問題，今年8月份應對高溫的情況，我們有電源端、負荷側，中間還加了氣象因素和電力系統(tǒng)。我們當時考慮氣象因素會導致什么？氣象因素會導致電源端沒有端，四川主要是水電，比較缺乏，會影響我電源端發(fā)電。
另外一個是負荷側，因為夏季高溫，可能用電負荷非常大，電源側越來越少，負荷側越來越多，這樣兩頭一擠壓，會對電力系統(tǒng)形成非常大的壓力，這樣就會對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成比較大的影響。
在這個時候我們怎么辦？我們當時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，這個沒有任何問題。在極端條件下我們是用煤炭或者是燃氣來進行補充，增加火力發(fā)電用來做調峰用的，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，還有柔性負荷的要求源網(wǎng)荷儲的協(xié)調。
后面能不能考慮把氫能利用起來？利用氫能做長周期、季節(jié)性的調控。我們不是說完全占主力，但起碼可以做一個調節(jié)。因為氫能可以利用一年的時間，可以跨周期，當然還可以跨年，只要有足夠的存儲空間就可以了。
氫能還可以實現(xiàn)遠距離的跨送，可以跟油氣結合起來。還有一個是利用P2G的彈性負荷，實現(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，以前有調度調控，相對比較簡單一些?，F(xiàn)在因為網(wǎng)源荷儲一體化循環(huán)是個閉環(huán)，就會帶來一個問題，每個方面都要有一個互動。我們做了圖，從源、網(wǎng)、荷、儲四個方向做了圖，互相之間都有互動的情況，就會帶來比較復雜的情況。但是它去調節(jié)的目的是不一樣的，源側、網(wǎng)側、負荷側和儲能側的目標都不一樣，但是綜合考慮起來儲可以在里面做調節(jié)劑的作用。
儲相對比較靈活，而且儲能的種類比較多，因此它可以做一個比較好的協(xié)調。
這是容量配置的問題，要做配置，要考慮到可靠性和經(jīng)濟性的問題，我們要考慮到一定要好，一定要能夠用，再從技術上考慮經(jīng)濟性的特點。當然經(jīng)濟投入越少，整個壓力可能會越大，穩(wěn)定性可能越差，這是有相關性的。
我們考慮到輸入功率、存儲能力、輸出功率，這三個對應起來是電解槽、儲氫罐和燃料電池的容量，就跟著做了一一對應的過程。電解槽主要考慮制氫的效率，電從哪里來的問題。第二個問題是燃料電池耗氫，是電給誰的問題。還有一個是一定要考慮安全的問題，儲氫，因為氫是液態(tài)、氣態(tài)的，所以要考慮安全的問題，我們做了安全系數(shù)的約束。這三個是我們的約束條件，大家如果有興趣可以看我們在《電工技術學報》上發(fā)的文章，剛剛錄用，近段時間可能會發(fā)表出來。
我們又做了整個這樣的對比，經(jīng)濟性要考慮到投資的問題，這里面有四張圖是春夏秋冬，春天藍顏色是風電的處理容量，可以把風電用來制氫，下面有綠顏色的線，綠色的是氫儲能的情況。我是利用風電對氫做制備，可以去產(chǎn)氫。到了夏天的時候，就把存的氫利用起來，也就是說春天的電到了夏天來用。這個時候氫是可以做的。
其中還有一個是光伏，因為光伏跟負荷是有相關性的，白天有、晚上沒有，但是到了夜晚的時候可能負荷比較小，但是風電又比較大，這個時候可以用夜電把風來做制氫的主力電源。這樣的情況可能有風電來制氫比較好的結論，當然風和太陽能如果能夠互補，情況會更好。但是一般來說還是要盡可能把光伏的電用掉，這是比較好的，當然如果再結合一些化學儲能也可以。
這也就是說我可以通過氫儲能實現(xiàn)跨季節(jié)利用，而且可以提升整個系統(tǒng)的可靠性。
我們后來又做了一個關于怎么制氫的情況，做氫是光伏來制氫，我剛才說的是風電制氫，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、源儲雙陣列，直接耦合和間接耦合是中間加了個變換器，做了升壓。但是我們現(xiàn)在是做高壓串并聯(lián)，就可以直接驅動了。但是我要做最大功率的追蹤和電壓匹配，因為我的輸出功率直接和氫結合起來了。
我們又做了源儲雙陣列的直接耦合，因為我的陣列上是組串式的，電解槽可以把它做小一點，可以做成單元化，也可以做成組串式的。這個時候根據(jù)光伏的出力來做電解槽的自由組合，在這個情況下，就相當于把我的電纜，我們不用做穩(wěn)壓了，可以根據(jù)我輸出的大小來做制氫。我們有一個陣列的選擇，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”目標下氫儲能系統(tǒng)碳排放潛力，這是我們還沒有做的點，但是是下一步的具體目標。3060目標，就是不要有碳排放。在這種情況下，氫是非常好的能源，因為它是水，沒有這個指標，因此制氫可以通過棄風棄光的能量來做，用氫儲能來做“電-氫-電”的轉換，還可以跟氣融合。因此氫可以在里面起比較好的作用，承擔零碳排放的任務。
這是通過碳排放配額來做交易，這跟電力市場是一個道理。傳統(tǒng)的方案是傳統(tǒng)的氫去配置，我們做了五個對應，有常規(guī)碳交易、階梯碳交易和需求響應，把它結合起來有五種。第五種方案可能碳排放量是最低的，但是它是最復雜的。還有不同的碳交易的基準價格和經(jīng)濟、低碳性是互相矛盾的，但是我們可以做一個方法優(yōu)化，這個目標是可以逐步解決的。
我今天的報告主要到這里，謝謝大家！
