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在“力争2030年前碳达峰、努力争取在2060年前碳中和”的背景与目标下,氢电耦合系统将在未来能源系统中扮演重要的角色。到底有多重要?应用前景如何?一起来看看。
(来源:浙电e家 供稿:电科院|章雷其 徐珂 马瑜涵 汪冬辉 江航)
我们知道,通俗讲,“碳中和”就是实现二氧化碳(温室气体)的“自产自销”。当温室气体不再增加,全球气候不再变暖,北极熊就又可以在北极的冰盖上欢乐奔跑了!
以可再生能源推动的电气化是实现“碳中和”目标的关键。那是不是所有工业用能都用电,所有电都用可再生能源发,就“碳中和”啦?
然而,事情没有想的那么简单,有部分领域是难以通过直接电化实现脱碳的。这其中最为困难的7个行业为钢铁、化工、水泥、铝加工、公路运输、航运和航空。
比如,碳是目前炼钢过程中最重要的还原剂。而航空和航运的动力设计也无法离开煤油和重油。电动飞机?电动轮船?听起来还像是天方夜谭。
如果无法对这些行业实现脱碳,到2050年,全球剩余碳排放量仍将维持在目前水平的三分之一,难以实现碳中和的目标。
但幸运的是,氢元素活泼的化学性质和高热值可为这些行业脱碳提供可行的方案。“绿氢”是未来氢能的发展方向,而“绿氢”是由水电解而来,可以认为是间接的电气化,同时氢气的可存储性质也为电力系统提供了大规模、长时间的能量存储方式。因此通过“绿氢”,“碳中和”的两大支柱——电与氢就耦合在了一起。
根据全球能源互联网组织的估计,到2050年中国电制氢的规模将达到5000万吨,折合电能约为30000亿千瓦时,约为2019年全国用电量的40%,发展空间巨大。
在“力争2030年前碳达峰、努力争取在2060年前碳中和”的背景与目标下,氢电耦合系统将在未来能源系统中扮演重要的角色。到底有多重要?应用前景如何?一起来看看。
01
氢电耦合是实现100%可再生能源消纳、100%零碳电力供给的重要手段
有氢在,可再生能源的一生和碳没有交集
在促进可再生能源消纳方面,制氢装置功率运行范围宽、功率变化率快,与可再生能源的快速波动特性非常匹配。将氢能与可再生能源耦合,可有效降低可再生能源对电网的冲击,促进可再生能源消纳。此外,氢可以替代或间接替代化石燃料用于发电,实现低碳甚至零碳排放。
02
氢电耦合是实现电能大规模、长时间存储的重要方式
来者不拒,你产多少能,氢存多少能
氢及衍生气体可以在保证经济性的条件下实现大规模长周期储能,存储规模从百千瓦到吉瓦,存储时间从小时到季节,存储特性与电化学储能互补。通过构建电-抽蓄-氢耦合的混合储能系统,可以实现全社会负荷从秒级到季节的输出特性平移与优化,对于碳中和场景下全时段源荷能量平衡具有重要的意义。
03
氢电耦合是发展清洁高效分布式供能的重要依托
无论天涯海角,都能持续供清洁电
燃料电池热电联供综合效率高,燃料电池热电联供效率高,是发展综合能源的重要技术手段。针对海岛、边防等偏远地区,可构建分布式电源-氢耦合清洁供能系统,利用分布式电源制取氢气,利用燃料电池进行热电联供。在风光资源不足时,持续向用户供电,解决无电区域供电困难的问题,并辅助供给生活热水,满足用户多种用能需求。整个过程不产生任何污染,环境友好性强。
04
氢电耦合是实现以电为核心的能源互联网的重要物质载体
氢是电网与交通网、气网的红娘
氢燃料电池电动汽车能够克服当前电池在中高负载循环过程中存在的一些限制,是对传统电池汽车的重要补充。在不久将来,会出现大量充电-加氢一体化的综合能源站,电网和交通网将进一步深入融合,促进电网与交通网的深度融合。基于氢,可进一步进行电制甲烷、电制甲醇、电制氨,将电网与气网更紧密联系起来,实现更多行业的间接电能替代。
国网浙江电科院一直在密切跟踪氢电耦合系统相关技术的发展。
2019年
成功申请国家电网科技项目《百千瓦级氢利用关键技术研究及示范》,在国内建设首个与可再生能源的耦合的海岛百千瓦级PEM制氢与燃料电池示范工程。
2020年
成功立项《可离网型风/光/氢燃料电池直流互联与稳定控制技术》,这是国家电网公司牵头承担的首个氢能相关的国家重点研发计划项目。
2021年
国网浙江电科院一名工作人员成功加入国际大电网委员会第一个绿氢工作组CIGRE WG C1.48。工作组由世界多国能源专家组成,将聚焦绿氢核心问题开展深入研究,分析绿氢产业链与应用,推荐与电网相适应的解决方案,与全球专家协同,为“绿氢”筑路,探索实现“碳达峰”直至“碳中和”的奥秘。
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专家成果:聚力分布式电源与微网领域技术研究,攻关氢电耦合技术方向,参与建设多个微电网示范工程;牵头建成了全国首个兆瓦级独立海岛智能微电网、首个客户侧商用的交直流混合微电网;获省部级科技进步奖6项,获得国家发明专利授权70项,参与制定多项国际标准、行业标准。“先检查现场设备四遥数据链
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