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        推動電氫耦合發展 助力新型電力系統建設

        國家電網報發布時間:2023-07-18 16:02:25  作者:閆華光 萬金明 康建東

          隨著我國能源綠色低碳轉型的推進,風能、太陽能等可再生能源快速發展,電力系統平衡調節、電力供應保障、電網安全穩定運行等方面面臨挑戰。氫能作為一種二次能源,具有清潔低碳、可長期存儲、靈活高效、應用場景豐富等特點,是未來國家能源體系的重要組成部分,也是用能終端實現綠色低碳轉型的重要載體。在技術、成本、政策等因素的作用下,氫能與電力系統將呈現耦合發展態勢,促進可再生能源規?;咝Ю?,推動清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協同、靈活智能的新型電力系統建設。

          電制氫或將成為新型電力系統重要的靈活性調節資源

          《氫能產業發展中長期規劃(2021~2035年)》確定了可再生能源制氫是主要發展方向,鼓勵建設基于分布式可再生能源或電網低谷負荷的制氫工程??梢灶A測,大規模制氫將推動可再生能源高效利用。預計到2030年,我國風電和太陽能發電總裝機容量將達到12億千瓦以上。據國際能源署預測,屆時我國電解槽裝機容量將達到8000萬千瓦。據中國氫能聯盟預測,到2060年,我國氫氣需求量將達1.3億噸,電解水制氫占制氫總量的比例將達到70%。

          在新型電力系統建設中,氫能可發揮靈活調節作用。先進電解水制氫裝備具有較強的功率波動適應性,可實現輸入功率秒級響應,追蹤可再生能源出力,為電網提供調峰調頻服務。未來,電解水制氫作為高度可調節負荷,或將成為新型電力系統重要的靈活性調節資源,促進可再生能源消納利用,提高電力系統的靈活性。

          在新能源安全可靠替代的基礎上,傳統能源比重將有計劃分步驟逐步降低。根據仿真模擬分析得知,當電力系統中風能、太陽能發電量占比超過50%時,就需要解決數天、數周乃至跨季節的電力電量平衡問題,大規模長周期儲能的作用將會進一步凸顯。綜合考慮儲能容量、儲能時長、應用場景等因素可以發現,在各類長周期儲能技術中,氫儲能技術是實現大規模、長周期、跨季節儲能的關鍵技術,適合參與季節性調峰、提高新能源基地送出能力等長周期調節場景。氫儲能電站采用“電-氫-電”轉換方式,將富余的電能轉化為氫能儲存起來,實現規?;?、長期、廣域儲能,可解決電力系統電力電量平衡問題。在大規模新能源匯集、負荷密集接入等關鍵電網節點,可因地制宜布局氫儲能電站,發揮其調峰、調頻等作用,支撐電力系統安全穩定運行。

          特高壓可在跨區域的綠氫輸送中發揮作用

          通過風能、太陽能等可再生能源發電電解水制得的氫氣被稱為綠氫。預計到2030年,全國各地區綠氫供需基本自給自足,西北地區的綠氫產量及需求量在各地區中均為最高。預計到2060年,西北地區依然是我國最大綠氫產地,產量超出本地需求,但華東、西南、華南、華北、華中等地區的綠氫供給難以滿足本地需求,需要實現跨區域輸送。從遠期來看,我國綠氫發展在地理分布上存在供需不匹配問題,綠氫生產與消費需求呈現逆向分布的特征。保障能源安全、經濟供給,需要對綠氫進行遠距離、大規模輸送。

          綠氫的遠距離、大規模輸送可通過輸氫、輸電兩種方式開展。前者是利用可再生能源電力就地制氫,通過輸氫管道將綠氫跨區域輸送至需求側消納;后者是利用特高壓輸電技術跨區域輸送可再生能源電力,在需求側通過電制氫滿足當地綠氫需求。在不同輸送距離的場景中,輸氫與輸電的經濟性不同。隨著輸送距離增加,輸氫管道建設、運維等成本明顯增加。我國特高壓輸電技術較為成熟,在遠距離、大規模等特定能源輸送場景中,特高壓輸電代替管道輸氫具有更好的經濟性。

          綜合考慮輸送場景、經濟性等因素,需要通過電氫耦合的方式來實現未來我國各地區綠氫供需平衡。2030年前,以區域內部綠氫輸送為主,少部分綠氫需要跨區域輸送。2030年后,需要綜合考慮可再生能源基地分布、輸電通道與輸氫管道最優容量配置,因地制宜開展電氫協同規劃建設。

          制訂分階段發展路徑推動電氫耦合發展

          在新型電力系統中應用氫能需要統籌安全、技術、經濟等因素,結合我國能源轉型及氫能產業發展各階段面臨的挑戰,按照發展時序,制訂分階段發展路徑,才能充分發揮氫能對新型電力系統的靈活調節作用,并實現電氫耦合發展。

          2030年前,建議開展電氫耦合技術攻關及典型場景下的工程示范,推動寬范圍、大容量、高效率、低成本、模塊化電解水制氫技術裝備的工程化商業化應用,實現可再生能源電力電解水制氫工程規?;l展,促進可再生能源消納。

          2030至2045年,建議進一步加強儲氫、氫能發電技術研究,推動低成本、高密度、大容量儲氫技術工程化商業化應用,實現電制氫、氫發電、熱電聯供等特定場景下工程規?;渴?,讓氫能的調峰調頻作用得到更大發揮。隨著新型電力系統建設不斷推進,氫能產業鏈逐步完善,可再生能源電力制氫成為重要的可調節負荷。同步規劃可再生能源發展、電網輸送通道建設、輸氫管道建設及電制氫項目建設,形成可再生能源電力電解水制氫與電網協同互動的建設格局。

          2045年后,建議開展大規模、長周期、跨季節氫儲能工程應用,支撐電力系統季節性電力電量平衡。氫能制取、儲運、發電等各個環節與新型電力系統源、網、荷各個環節深度耦合。采用可再生能源電力進行電解水制氫,逐步成為氫能的主要來源。因地制宜建設氫儲能電站,利用氫儲能特性實現電能跨季節長周期大規模存儲,支撐電力系統安全穩定運行。

          來源:國家電網報

          作者:閆華光 萬金明 康建東單位:中國電力科學研究院有限公司技術戰略研究中心


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