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中国电科院闫华光:氢能在新型电力系统中应用场景分析

2022-09-19 17:46来源:北极星氢能网整理关键词:氢能可再生能源制氢氢燃料电池收藏点赞

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氢能在新新型电力系统的作用有四条路线:第一是促进新能消纳;第二是储能;第三是电制氢本身对电网来说是用电的负荷,它可以实现电力系统的灵活调节;第四是可以促进多种能源互联互通,电和其他的燃料之间可以真正融合成互联网,促进能源供应的可靠性。

——中国电科院技术战略中心主任闫华光

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2022能源产业创新发展与品牌建设年会系列专题论坛——氢能产业的“春天期”分析大会于9月4日顺利召开,会议由中国能源研究会能源产业品牌研究与传播中心、中国能源产业发展网、北京韬能咨询顾问有限公司联合承办,中国电科院技术战略中心主任闫华光在大会做了《氢能在新型电力系统中应用场景分析》的主旨发言。北极星氢能网整理主题发言如下:

氢能在很多年前和电力是两条平行线,电力和氢能没有相互交叉和融合的可能性。随着国家双碳目标的提出,电-氢这个体系逐渐完善,对电力系统来说氢能混合会进一步加强。

氢能发展,原来主要是以煤制氢为主,和电力系统几乎没关系。但近年来,从国家相关预测来看,大家对可再生能源电制氢非常乐观。总结起来氢能发展路线主要分几个阶段:2020年是氢能起始年,2020年到2030年是氢能缓慢发展期,如果这十年能够在技术、政策、机制上摸索出道路,从2030年之后将迎来氢能快速增长期。

从氢能应用来看,2020年的氢能占比,99%是用在石油、化工的物料中。而未来我们把它作为能源来用。

据闫华光介绍,氢能在新新型电力系统的作用有四条路线:第一是促进新能消纳;第二是储能;第三是电制氢本身对电网来说是用电的负荷,它可以实现电力系统的灵活调节;第四是可以促进多种能源互联互通,电和其他的燃料之间可以真正融合成互联网,促进能源供应的可靠性。

如果未来可再生制氢发展起来,它将成为重要的负荷。我们研究了PEM(质子交换膜)制氢和碱性制氢,在爬坡能力和负荷调节能力曲线上,比较好的电制氢装备都可以做到毫秒级的响应,从发指令一直到爬坡实现目标值、期间大概200毫秒,可以实现灵活调节、快速响应电网,实现调峰调频和电源控制等支撑电力系统的辅助服务。

另外一个特性就是储能特性。国际上成立了长时间储能委员会,据其预测未来新能源发展趋势是逐步增快的,当电力系统中60%和70%的电力是来自新能源时,从理论上就需要跨季节长时间储能。我们也做了分析,假定60%的电由风光和新能源供给,通过仿真来看,冬季出现了数次持续数天的电力供需失衡,意思是原来煤电或者加上抽水蓄能之后调节能力仍然不够,这种情况下氢储能的作用就会得到充分发挥。

通过比较各种储能技术,抽水蓄能可以持续十几个小时,目前只有氢储能可以做到长时间、跨周期的储能,它的效益在长时间储能可以充分凸显。而我们未来正需要构建以具有能量调节功能的短时长时互补储能系统。

但因为电制氢相对来说效率比较低,如何使用氢能是未来的重要选择。氢能的应用场景主要有以下几类。

电源侧的应用场景,是为了解决弃风弃电,可再生能源制氢可以消纳富余的新能源,也可以并在电网上。另外像宁夏宝丰、新疆库车,有些大规模风电光伏全部是自发自用、就地制氢,多余的再外送。与此同时,煤电可以耦合制氢,大大提升煤电灵活性。风电制氢在国外已经有了工程实践,尤其是在德国,因为高压输电线路建设不是太完善的,高压的输电线路征地手续相当复杂,所以大量北部的风电很难向南部进行输送,所以他们利用风电进行就地消纳,解决风电输送的问题。

电网侧应用就是氢储能电站,通过电-氢-电的转化模式,当前转化效率很低,但是未来随着新能源进一步比例提升,会有一定的应用需求。目前张家口已经有了200兆瓦的电制氢示范项目,建设了储氢到氢发电的全链条氢储能电站。它的收益来源依靠售氢和参与电力辅助服务,单独的售氢经济性并不是很好,如果和电力系统互供起来会有参与辅助服务的收益。

负荷端制氢应用场景,目前这类绿氢工程主要是集中在西北、华北、东北三北地区。我们把西北、东北、华北的新能源基地的电往东南输送,在有些特定场景下可以就地制氢。另外还有氢能的热电联供,在特定场景下它的电效率肯定很低,氢发电50-60%,如果加上热电同时供热的话,它的效率可以做到90%。这样在有些特定的园区供热场景下,氢能的热电联供系统也可以实现经济性的分析,可以提升供电可靠性,也可以和电网进行互动。目前,国网在安徽六安首个兆瓦级分布式电制氢的电站,还有在浙江台州的百千瓦级氢能源示范工程,国网平湖氢光储充一体化为农业和电动汽车、氢燃料电池车供氢供电一体化电站等,都做了示范性的工程。

最后闫光华指出,目前来看受技术和经济性影响,氢能在新型电力系统应用还是面临着众多的挑战:

第一,氢能的大规模制氢和电网电力系统规划是分属于不同的部门,制氢大多数是石油化工企业,电网是电力系统,规划协同还不够、机制和政策缺乏全方位支撑。

第二,现在部分卡脖子的关键技术受制于人,接入电网等一些技术和参与电网辅助服务的工作等需要进一步验证。

第三,经济性和全生命周期评价标准,还有产品和工程应用可靠性需要进一步验证。现在氢能毕竟是初级示范阶段,国内外各种设备、各种技术路线的寿命、长时间运行还需要进一步验证。

第四,安全性,任何一个能源发展安全性是第一位的,刚开始就需要把安全提到最高的高度。

在氢能领域面临着刚刚开始的阶段,闫光华为氢能的发展提出四个建议:

第一,要强化顶层设计,氢能不是单独一个行业的事,需要多行业进行融合,多行业的利益进行平衡,建议氢能布局和新型电力系统建设的规划包括电网规划要衔接,包括要推出应用路线图和政策设计。

第二,电氢需要进一步耦合,按照电力系统中预计,在实现碳中和的阶段,20-30%新能源电量全部被氢用了。如果说电力行业和氢能专业不能进一步融合的话,很难发挥作用。

第三,标准体系的完善,国家已经做了一些标准体系,但是电氢之间的标准体系还没有推进,目前正在谋划。

第四,典型示范工程,打造典型的示范项目工程进行技术路线即商业模式验证,包括试验基地进行多种技术路线验证。目前国家政策主要是在氢燃料电池示范城市有些补贴,国家切入点是从交通领域来切入的,所以我们要和燃料电池示范城市进行融合,打造电氢一体化的示范工程。

注:文字实录未经专家整理核实,仅作参考使用,具体解释权归本次会议主办方所有。


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