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图 电力系统中的duck curve
11. 该构想解决了火电基地转型难题。氢能发电机技术类似于燃气轮机,已相对成熟。这样就可以让现有电力系统中星罗棋布的火电厂作为“以电制氢、氢再发电”的基地,火电厂与电网电气连接与空间土地资源都是可再利用的资源,为火电基地的转型提供了经济可行的构想。
12. 这一构想将以最简单和经济的方式解决以新能源为主体、电力电子化电力系统调度运行所面临的难题。由于火电厂变成了氢能发电机,则其可以提供负荷中心的电压支撑;氢能发电机是旋转的,也必然为电网运行提供大量的转动惯量;氢能发电可快速启停,可以为电网提供大量事故备用;可利用低谷时段、远距离输电、大量储能,避免电网远距离重载送电,而整体提升大电网的运行稳定性。
图 电力系统中的转动惯量需求
13. 这一构想也支撑了氢经济的发展。本构想中的绿氢来源于通过电网聚合的新能源,不但解决了新能源汇聚、远距离传输、利用丰富水资源、火电退役后的资源再利用、高效制氢等一系列的难题,而且使制氢成为电网柔性和最友好的负荷,充分利用多余的新能源制氢,实现了不同电能与氢能之间的互联互通、互惠互利。哪个地方需要氢能,电网就新能源输配到相应的地点,就地制氢,满足当地绿氢的需要,电网解决了在远方制氢存在的运输环境要求高、成本高、安全风险大的难题。
通过上述可行性分析,以新能源为主体的新型电力系统的物理形态逐渐清晰了。电网类似于互联网一样将无处不在的新能源和电力用户万物相连,这就是杰米里·里夫金所倡导的能源互联网;以氢能为载体的大规模储能电站将逐渐替代火力发电机组,将熨平新能源发电和用户用电之间的时空大范围不平衡,大幅度提升电网设备的利用率;以氢能发电机提供负荷中心电网的电压支撑和备用容量,替代火电机组为大电网提供转动惯量;将提升终端能源的电气化水平,以承载新能源的电网替代天然气与供热管道,电网将以经济、可靠、安全、快捷、绿色的方式实现新能源汇聚、传输、配送到千家万户,并且可以在需要绿氢的地点、以友好地利用新能源发电的方式开展制氢,以满足各行各业对氢能的需求;将在火电机组退役以后,在原基地上开展大规模制氢、储氢和氢能发电,获得了开展大规模制氢的空间资源,并与电网实现了物理上的高度融合。期待这一构想能够推动我国能源转型高质量的发展!
图 能源互联网架构
当然,本构想的构想只是初步的,关于氢能的技术参考了该行业专家的成果,构想的落实需要更为详细的科学论证。期待国家举各方之力,聚集最优质的资源开展该领域研究与应用,以形成引领世界能源发展的新型电力系统的核心技术。我国拥有世界上最先进的高压输电技术,如果能够与大规模制氢、储氢和氢能发电技术相结合,以新能源为主体的新型电力系统将指日可待,将为中国“碳达峰、碳中和”和人类可持续发展做出巨大的贡献!
(本文作者:清华大学能源互联网智库研究中心 夏清、康重庆、钟海旺、陈启鑫、张宁)
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