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当前,全球正经历一场以碳中和为核心的能源革命。实现"双碳"目标,不仅需要新能源技术的突破,更需构建多能互补的绿色综合能源体系。
近年来,我国风光发电装机增长迅速,已经达14.5亿千瓦,但其间隙性、波动性导致系统灵活性需求激增。据测算,当新能源占比超过50%时,电力系统需要跨季节,跨区域调节能力,而通过电解水制氢,可将富余绿电转化为氢能储存,实现跨时空能源调配。这正是电氢协同的价值所在——通过电能与氢能的深度耦合,构建"电为主体、氢为纽带"的新型能源体系。
基于电氢协同的新型绿色能源体系的关键在于绿氢制取、存储和转移、利用,以上几个环节的核心技术仍然尚待突破。
其中,绿氢制取是电氢协调的重要起点。从材料、性能、效率和成本来说,当下的四种主流电解水技术都有自身的优势和局限。在特定的应用场景(如车规级氢能、波动性可再生能源)中PEM的优势日渐明显,国际上许多新建项目已经开始选一定规模PEM电解槽;SOEC和AEM作为新兴技术都有巨大潜力,也是欧美的研发重点;
氢储运总的来说目前储运成本高昂,能量消耗大,液态与固态储氢技术尚没有规模化成熟应用;
输氢技术虽然不直接与电力系统相关联,但氢气运输技术是氢能传递和优化配置的重要基础。而且,氢气运输技术能完善氢能供应链,也可以为电力系统以及能源系统提供更多支撑,解决中国能源资源分布不均的问题,当前,氢的储运技术正在加速向轻量化发展以大幅度降低成本。
氢应用技术需突破高效规模化燃料电池多场景应用、氢燃烧以及化石燃料发电低碳改等关键技术。
而电氢协同综合能源系统是指通过电力和氢能之间的协同作用,实现能源的高效转化、存储和利用。尤其是以绿氢为起点的电氢协同作为连接电力系统与工业、交通等领域的桥梁,将成为这场变革的核心引擎。
电氢协同综合能源技术以高效性、清洁性、灵活性、安全性的技术特征,可融入电源侧、电网侧、负荷侧,提供多方位支持。如源侧协同,可用于新能源消纳,电解水制氢;火电掺氢、氨改造;燃料电池,氢、氨燃机发电等。网侧协同,可用于电氢网络互补互济,电网侧消峰填谷,跨时空储能和能量转移;荷侧协同,可用于氢、醇,二甲醚等绿色动力,零碳园区、工厂、工业、交通等场景。
展望未来,依据国际氢能委员会的预测,到2050年氢能将占全球最终能源消费的18%。清洁低碳的氢能在能源、交通、工业、建筑等领域均具有广阔的应用前景。
同时也建议国家统筹电氢产业布局,理性推动绿氢产业科学发展,防止大干快上,盲目发展;强化顶层设计,推进电氢协同发展,避免简单集成,假耦合,不协同;坚持创新引领,确保核心技术自主可控,突破国外垄断和受制于人;强化机制和规范建设,构建电氢协同和行业耦合商业新模式。
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