氫儲(chǔ)能具有大容量長(zhǎng)周期存儲(chǔ)、質(zhì)量能量密度高、存儲(chǔ)方式靈活多樣等優(yōu)勢(shì)。目前，我國(guó)氫儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景向多個(gè)領(lǐng)域拓展，從試點(diǎn)試驗(yàn)朝著適應(yīng)規(guī)?；瘧?yīng)用的方向發(fā)展。
氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源。氫能可分為綠氫、灰氫、藍(lán)氫等。其中，綠氫是指利用可再生能源發(fā)電，通過電解方式制取的氫。綠氫在制取過程中基本不產(chǎn)生溫室氣體，是目前氫能發(fā)展的主要趨勢(shì)。
氫儲(chǔ)能是以氫能為核心能源載體，基于電解水制氫、氫儲(chǔ)運(yùn)及氫能多元應(yīng)用技術(shù)發(fā)展起來的一種新型儲(chǔ)能技術(shù)。從概念上講，氫儲(chǔ)能有廣義和狹義之分。狹義的氫儲(chǔ)能基于“電—氫—電”的轉(zhuǎn)換過程，利用富余的新能源發(fā)電進(jìn)行電解水制氫并存儲(chǔ)，在用電高峰期時(shí)，儲(chǔ)存起來的氫能可利用燃料電池或氫燃機(jī)進(jìn)行發(fā)電以及熱電聯(lián)供。廣義的氫儲(chǔ)能強(qiáng)調(diào)“電—氫”單向轉(zhuǎn)換，將電能轉(zhuǎn)化為氫進(jìn)行存儲(chǔ)，靈活應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。
在氫儲(chǔ)能的全鏈條能量轉(zhuǎn)化過程中，關(guān)鍵技術(shù)包括電解水制氫、氫儲(chǔ)運(yùn)和氫發(fā)電技術(shù)等。電解水制氫是一種清潔的制氫方式，技術(shù)工藝過程簡(jiǎn)單，產(chǎn)品純度高。根據(jù)技術(shù)路線的不同，可將電解水制氫技術(shù)分為堿性電解水制氫、質(zhì)子交換膜電解水制氫、陰離子交換膜電解水制氫和固體氧化物電解水制氫四類。當(dāng)前在運(yùn)電解水制氫項(xiàng)目以堿性電解水制氫為主，質(zhì)子交換膜電解水制氫為輔，陰離子交換膜電解水制氫等技術(shù)還處于基礎(chǔ)研發(fā)或試點(diǎn)示范階段。
氫儲(chǔ)運(yùn)是連接氫的生產(chǎn)和利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。開發(fā)安全、大容量、低成本、靈活方便的氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)是氫儲(chǔ)能高效應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)可以分為高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫、低溫液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫、固態(tài)儲(chǔ)運(yùn)氫和有機(jī)液體及氨儲(chǔ)運(yùn)氫等，另外還有一些新興的儲(chǔ)氫方式，如地下存儲(chǔ)。
氫能發(fā)電主要通過氫燃料電池、氫燃機(jī)發(fā)電兩種技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)。氫燃料電池通過電化學(xué)反應(yīng)，直接將氫燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，具有工況平穩(wěn)、體積小、零排放的優(yōu)點(diǎn)。但單體容量小，主要用于靠近用戶的分布式熱電聯(lián)供系統(tǒng)或中小型分布式電站。相對(duì)于燃料電池發(fā)電，氫燃機(jī)發(fā)電具有單機(jī)功率大的優(yōu)點(diǎn)，且可依托現(xiàn)有成熟的燃?xì)廨啓C(jī)工業(yè)體系，發(fā)揮氫氣擴(kuò)散系數(shù)大，混合氣均勻程度高，燃燒充分的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的燃燒。
氫儲(chǔ)能可通過“電—氫”轉(zhuǎn)換模式，建立電力與其他領(lǐng)域的耦合協(xié)同，應(yīng)用場(chǎng)景豐富。
在新能源裝機(jī)占比高、系統(tǒng)調(diào)峰運(yùn)行壓力大的地區(qū)，氫儲(chǔ)能通過“電—氫—電”雙向發(fā)揮作用，滿足用電負(fù)荷需求，起到日內(nèi)調(diào)節(jié)作用。應(yīng)對(duì)電源—負(fù)荷季節(jié)性差異、極端天氣帶來的保供壓力，氫儲(chǔ)能可以跨季節(jié)、長(zhǎng)周期儲(chǔ)能，較電化學(xué)儲(chǔ)能更具有經(jīng)濟(jì)性。
在海島等配電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后地區(qū)，可采用“新能源+氫儲(chǔ)能+燃料電池”發(fā)電方式，通過氫燃料電池提供電源，解決供電問題，并可以熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供的方式滿足多種用能需求。
此外，不同區(qū)域的資源稟賦不同。例如，青海白天光伏發(fā)電量大，晚上全時(shí)段電源不足，可通過氫儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)“電—氫—電”大規(guī)模轉(zhuǎn)化利用。湖南白天依托特高壓送電和本地光伏自發(fā)，晚高峰供電不足，可通過氫儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)“氫—電”轉(zhuǎn)化，保障晚高峰用電。目前，“沙戈荒”地區(qū)是我國(guó)超前布局氫儲(chǔ)能的主要場(chǎng)景。
現(xiàn)階段，受技術(shù)、成本、標(biāo)準(zhǔn)等因素制約，氫儲(chǔ)能仍面臨制氫成本高，大規(guī)模儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)不成熟，項(xiàng)目落地周期長(zhǎng)等諸多挑戰(zhàn)。目前，氫儲(chǔ)能在我國(guó)處于商業(yè)化初期階段，還將從試點(diǎn)試驗(yàn)朝著適應(yīng)規(guī)?；瘧?yīng)用的方向發(fā)展。
2022年7月，國(guó)內(nèi)首個(gè)海島綠氫綜合能源示范工程——國(guó)家電網(wǎng)浙江臺(tái)州大陳島氫能綜合利用示范工程投運(yùn)，工程在全國(guó)海島氫能的綜合利用和商業(yè)模式探索中發(fā)揮示范作用。同月，國(guó)內(nèi)首座兆瓦級(jí)氫能綜合利用示范站——安徽六安兆瓦級(jí)氫能綜合利用示范站投運(yùn)，實(shí)現(xiàn)了首次氫電協(xié)同參與調(diào)度側(cè)并網(wǎng)聯(lián)調(diào)，標(biāo)志著大容量?jī)?chǔ)氫發(fā)電從實(shí)驗(yàn)室走向了實(shí)證階段。
浙江臺(tái)州大陳島氫能綜合利用示范工程
2022年7月8日，國(guó)家電網(wǎng)浙江臺(tái)州大陳島氫能綜合利用示范工程投運(yùn)。這是全國(guó)首個(gè)基于可再生能源電解水制氫的海島綠氫能源示范項(xiàng)目。
位于東海的大陳島風(fēng)能資源豐富，年平均風(fēng)速6.8米/秒，年有效風(fēng)能時(shí)數(shù)達(dá)7000小時(shí)。目前大陳島有風(fēng)力發(fā)電機(jī)34臺(tái)，平均每年可發(fā)電6000多萬千瓦時(shí)。
大陳島氫能綜合利用示范工程充分利用夜間富余風(fēng)電制氫儲(chǔ)能，有效促進(jìn)清潔能源就地消納，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，提高供電可靠性。工程采用新型固體聚合物電解水制氫技術(shù)，制氫功率達(dá)100千瓦，配套200立方米儲(chǔ)氫系統(tǒng)和100千瓦氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，構(gòu)建了“制氫—儲(chǔ)氫—燃料電池”熱電聯(lián)供系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大陳島清潔能源百分百消納和全過程“零碳”供能。
該工程應(yīng)用了制氫/發(fā)電一體化變換裝置等首臺(tái)首套裝備，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首套氫綜合利用能量管理系統(tǒng)和安全控制技術(shù)突破，系統(tǒng)綜合能效超過72%，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。工程投運(yùn)后，每年消納島上富余風(fēng)電36.5萬千瓦時(shí)，產(chǎn)出氫氣73000立方米(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)，可發(fā)電約10萬千瓦時(shí)，能夠在用電高峰和緊急檢修階段作為應(yīng)急電源，持續(xù)供電約2.5小時(shí)。
安徽六安兆瓦級(jí) 氫能綜合利用示范站
國(guó)家電網(wǎng)安徽六安兆瓦級(jí)氫能綜合利用示范站是國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“兆瓦級(jí)制氫綜合利用關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”的配套工程。自2019年起，國(guó)網(wǎng)安徽電力完成可研評(píng)審、項(xiàng)目開工和集成測(cè)試，于2022年7月在安徽六安投運(yùn)國(guó)內(nèi)首座兆瓦級(jí)氫能綜合利用示范站，實(shí)現(xiàn)了首次氫電協(xié)同參與調(diào)度側(cè)并網(wǎng)聯(lián)調(diào)。
安徽六安兆瓦級(jí)氫能綜合利用示范站是集新能源消納、制氫、儲(chǔ)氫、發(fā)電、供熱于一體的新型綜合能源工程，是國(guó)內(nèi)首次對(duì)具有全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)“制、儲(chǔ)、發(fā)”氫能技術(shù)的全面驗(yàn)證和工程應(yīng)用，工程投運(yùn)標(biāo)志著我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)兆瓦級(jí)“制氫—儲(chǔ)氫—氫能發(fā)電”全鏈條技術(shù)貫通。
安徽六安兆瓦級(jí)氫能綜合利用示范站位于六安市金安區(qū)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，額定裝機(jī)容量1萬千瓦。國(guó)網(wǎng)安徽電力聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、清華大學(xué)、國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司、中國(guó)能源建設(shè)股份有限公司等單位開展技術(shù)攻關(guān)，歷經(jīng)近3年時(shí)間，先后突破膜電極兆瓦級(jí)放大產(chǎn)生的傳質(zhì)電壓損失等20余項(xiàng)技術(shù)瓶頸，成功實(shí)現(xiàn)整站從綠電到綠氫再到綠電的零碳循環(huán)。
截至目前，該站已累計(jì)運(yùn)行3900余小時(shí)，制氫約66萬立方米(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)，發(fā)電約100萬千瓦時(shí)，2024年完成調(diào)峰30余次，2025年1月至8月已完成調(diào)峰16次。
來源：國(guó)家能源局官網(wǎng)、《人民日?qǐng)?bào)》《科技日?qǐng)?bào)》《新型儲(chǔ)能百問百答》、國(guó)網(wǎng)安徽電力、國(guó)網(wǎng)浙江電力等
評(píng)論