中國(guó)電科院閆華光：氫能在新型電力系統(tǒng)中應(yīng)用場(chǎng)景分析
發(fā)布時(shí)間：2022-09-20 16:22:33
氫能在新新型電力系統(tǒng)的作用有四條路線：第一是促進(jìn)新能消納；第二是儲(chǔ)能；第三是電制氫本身對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是用電的負(fù)荷，它可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)；第四是可以促進(jìn)多種能源互聯(lián)互通，電和其他的燃料之間可以真正融合成互聯(lián)網(wǎng)，促進(jìn)能源供應(yīng)的可靠性。
日前，在2022能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與品牌建設(shè)年會(huì)系列專題論壇——氫能產(chǎn)業(yè)的“春天期”分析大會(huì)上，中國(guó)電科院技術(shù)戰(zhàn)略中心主任閆華光在大會(huì)做了《氫能在新型電力系統(tǒng)中應(yīng)用場(chǎng)景分析》的主旨發(fā)言。主題發(fā)言如下：
氫能在很多年前和電力是兩條平行線，電力和氫能沒(méi)有相互交叉和融合的可能性。隨著國(guó)家雙碳目標(biāo)的提出，電-氫這個(gè)體系逐漸完善，對(duì)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)氫能混合會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)。
氫能發(fā)展，原來(lái)主要是以煤制氫為主，和電力系統(tǒng)幾乎沒(méi)關(guān)系。但近年來(lái)，從國(guó)家相關(guān)預(yù)測(cè)來(lái)看，大家對(duì)可再生能源電制氫非常樂(lè)觀?？偨Y(jié)起來(lái)氫能發(fā)展路線主要分幾個(gè)階段：2020年是氫能起始年，2020年到2030年是氫能緩慢發(fā)展期，如果這十年能夠在技術(shù)、政策、機(jī)制上摸索出道路，從2030年之后將迎來(lái)氫能快速增長(zhǎng)期。
從氫能應(yīng)用來(lái)看，2020年的氫能占比，99%是用在石油、化工的物料中。而未來(lái)我們把它作為能源來(lái)用。
據(jù)閆華光介紹，氫能在新新型電力系統(tǒng)的作用有四條路線：第一是促進(jìn)新能消納；第二是儲(chǔ)能；第三是電制氫本身對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是用電的負(fù)荷，它可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)；第四是可以促進(jìn)多種能源互聯(lián)互通，電和其他的燃料之間可以真正融合成互聯(lián)網(wǎng)，促進(jìn)能源供應(yīng)的可靠性。
如果未來(lái)可再生制氫發(fā)展起來(lái)，它將成為重要的負(fù)荷。我們研究了PEM（質(zhì)子交換膜）制氫和堿性制氫，在爬坡能力和負(fù)荷調(diào)節(jié)能力曲線上，比較好的電制氫裝備都可以做到毫秒級(jí)的響應(yīng)，從發(fā)指令一直到爬坡實(shí)現(xiàn)目標(biāo)值、期間大概200毫秒，可以實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)、快速響應(yīng)電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)峰調(diào)頻和電源控制等支撐電力系統(tǒng)的輔助服務(wù)。
另外一個(gè)特性就是儲(chǔ)能特性。國(guó)際上成立了長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能委員會(huì)，據(jù)其預(yù)測(cè)未來(lái)新能源發(fā)展趨勢(shì)是逐步增快的，當(dāng)電力系統(tǒng)中60%和70%的電力是來(lái)自新能源時(shí)，從理論上就需要跨季節(jié)長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能。我們也做了分析，假定60%的電由風(fēng)光和新能源供給，通過(guò)仿真來(lái)看，冬季出現(xiàn)了數(shù)次持續(xù)數(shù)天的電力供需失衡，意思是原來(lái)煤電或者加上抽水蓄能之后調(diào)節(jié)能力仍然不夠，這種情況下氫儲(chǔ)能的作用就會(huì)得到充分發(fā)揮。
通過(guò)比較各種儲(chǔ)能技術(shù)，抽水蓄能可以持續(xù)十幾個(gè)小時(shí)，目前只有氫儲(chǔ)能可以做到長(zhǎng)時(shí)間、跨周期的儲(chǔ)能，它的效益在長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能可以充分凸顯。而我們未來(lái)正需要構(gòu)建以具有能量調(diào)節(jié)功能的短時(shí)長(zhǎng)時(shí)互補(bǔ)儲(chǔ)能系統(tǒng)。
但因?yàn)殡娭茪湎鄬?duì)來(lái)說(shuō)效率比較低，如何使用氫能是未來(lái)的重要選擇。氫能的應(yīng)用場(chǎng)景主要有以下幾類(lèi)。
電源側(cè)的應(yīng)用場(chǎng)景，是為了解決棄風(fēng)棄電，可再生能源制氫可以消納富余的新能源，也可以并在電網(wǎng)上。另外像寧夏寶豐、新疆庫(kù)車(chē)，有些大規(guī)模風(fēng)電光伏全部是自發(fā)自用、就地制氫，多余的再外送。與此同時(shí)，煤電可以耦合制氫，大大提升煤電靈活性。風(fēng)電制氫在國(guó)外已經(jīng)有了工程實(shí)踐，尤其是在德國(guó)，因?yàn)楦邏狠旊娋€路建設(shè)不是太完善的，高壓的輸電線路征地手續(xù)相當(dāng)復(fù)雜，所以大量北部的風(fēng)電很難向南部進(jìn)行輸送，所以他們利用風(fēng)電進(jìn)行就地消納，解決風(fēng)電輸送的問(wèn)題。
電網(wǎng)側(cè)應(yīng)用就是氫儲(chǔ)能電站，通過(guò)電-氫-電的轉(zhuǎn)化模式，當(dāng)前轉(zhuǎn)化效率很低，但是未來(lái)隨著新能源進(jìn)一步比例提升，會(huì)有一定的應(yīng)用需求。目前張家口已經(jīng)有了200兆瓦的電制氫示范項(xiàng)目，建設(shè)了儲(chǔ)氫到氫發(fā)電的全鏈條氫儲(chǔ)能電站。它的收益來(lái)源依靠售氫和參與電力輔助服務(wù)，單獨(dú)的售氫經(jīng)濟(jì)性并不是很好，如果和電力系統(tǒng)互供起來(lái)會(huì)有參與輔助服務(wù)的收益。
負(fù)荷端制氫應(yīng)用場(chǎng)景，目前這類(lèi)綠氫工程主要是集中在西北、華北、東北三北地區(qū)。我們把西北、東北、華北的新能源基地的電往東南輸送，在有些特定場(chǎng)景下可以就地制氫。另外還有氫能的熱電聯(lián)供，在特定場(chǎng)景下它的電效率肯定很低，氫發(fā)電50-60%，如果加上熱電同時(shí)供熱的話，它的效率可以做到90%。這樣在有些特定的園區(qū)供熱場(chǎng)景下，氫能的熱電聯(lián)供系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性的分析，可以提升供電可靠性，也可以和電網(wǎng)進(jìn)行互動(dòng)。目前，國(guó)網(wǎng)在安徽六安首個(gè)兆瓦級(jí)分布式電制氫的電站，還有在浙江臺(tái)州的百千瓦級(jí)氫能源示范工程，國(guó)網(wǎng)平湖氫光儲(chǔ)充一體化為農(nóng)業(yè)和電動(dòng)汽車(chē)、氫燃料電池車(chē)供氫供電一體化電站等，都做了示范性的工程。
最后閆光華指出，目前來(lái)看受技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性影響，氫能在新型電力系統(tǒng)應(yīng)用還是面臨著眾多的挑戰(zhàn)：
第一，氫能的大規(guī)模制氫和電網(wǎng)電力系統(tǒng)規(guī)劃是分屬于不同的部門(mén)，制氫大多數(shù)是石油化工企業(yè)，電網(wǎng)是電力系統(tǒng)，規(guī)劃協(xié)同還不夠、機(jī)制和政策缺乏全方位支撐。
第二，現(xiàn)在部分卡脖子的關(guān)鍵技術(shù)受制于人，接入電網(wǎng)等一些技術(shù)和參與電網(wǎng)輔助服務(wù)的工作等需要進(jìn)一步驗(yàn)證。
第三，經(jīng)濟(jì)性和全生命周期評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，還有產(chǎn)品和工程應(yīng)用可靠性需要進(jìn)一步驗(yàn)證?，F(xiàn)在氫能畢竟是初級(jí)示范階段，國(guó)內(nèi)外各種設(shè)備、各種技術(shù)路線的壽命、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。
第四，安全性，任何一個(gè)能源發(fā)展安全性是第一位的，剛開(kāi)始就需要把安全提到最高的高度。
在氫能領(lǐng)域面臨著剛剛開(kāi)始的階段，閆光華為氫能的發(fā)展提出四個(gè)建議：
第一，要強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，氫能不是單獨(dú)一個(gè)行業(yè)的事，需要多行業(yè)進(jìn)行融合，多行業(yè)的利益進(jìn)行平衡，建議氫能布局和新型電力系統(tǒng)建設(shè)的規(guī)劃包括電網(wǎng)規(guī)劃要銜接，包括要推出應(yīng)用路線圖和政策設(shè)計(jì)。
第二，電氫需要進(jìn)一步耦合，按照電力系統(tǒng)中預(yù)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)碳中和的階段，20-30%新能源電量全部被氫用了。如果說(shuō)電力行業(yè)和氫能專業(yè)不能進(jìn)一步融合的話，很難發(fā)揮作用。
第三，標(biāo)準(zhǔn)體系的完善，國(guó)家已經(jīng)做了一些標(biāo)準(zhǔn)體系，但是電氫之間的標(biāo)準(zhǔn)體系還沒(méi)有推進(jìn)，目前正在謀劃。
第四，典型示范工程，打造典型的示范項(xiàng)目工程進(jìn)行技術(shù)路線即商業(yè)模式驗(yàn)證，包括試驗(yàn)基地進(jìn)行多種技術(shù)路線驗(yàn)證。目前國(guó)家政策主要是在氫燃料電池示范城市有些補(bǔ)貼，國(guó)家切入點(diǎn)是從交通領(lǐng)域來(lái)切入的，所以我們要和燃料電池示范城市進(jìn)行融合，打造電氫一體化的示范工程。
注：文字實(shí)錄未經(jīng)專家整理核實(shí)，僅作參考使用，具體解釋權(quán)歸本次會(huì)議主辦方所有。
（來(lái)源：北極星氫能網(wǎng)）
