為什么說(shuō)氫作為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能將發(fā)揮重要作用?
效率是否為儲(chǔ)能關(guān)鍵?安全性和適用場(chǎng)景才是。
01可再生能源裝機(jī)和火電裝機(jī)同樣在增長(zhǎng),長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能迫在眉睫
十四五期間,我國(guó)能源結(jié)構(gòu)發(fā)電側(cè)快速轉(zhuǎn)型,電網(wǎng)側(cè)承受較大壓力。一方面,可再生能源快速成長(zhǎng)為主流發(fā)電來(lái)源。根據(jù)國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù),2022年底我國(guó)可再生能源總裝機(jī)量首次超過(guò)了火電。另一方面,電網(wǎng)調(diào)度能力受到挑戰(zhàn)?稍偕茉窗l(fā)電“靠天吃飯”,不但發(fā)電小時(shí)遠(yuǎn)短于火電,而且發(fā)電高峰與下游用電高峰錯(cuò)位,傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度能力難以滿(mǎn)足需求。據(jù)國(guó)家能源局披露,2022年底我國(guó)電力消費(fèi)中可再生電力尚不足30%。
為緩解發(fā)電結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型給電網(wǎng)帶來(lái)的壓力,近年來(lái)我國(guó)火電裝機(jī)不降反增。為彌補(bǔ)可再生能源發(fā)電缺口,各地方需要 “火電調(diào)峰”兜底。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù),2017年至2022年我國(guó)火電裝機(jī)總量與發(fā)電量持續(xù)增長(zhǎng),2022年火電發(fā)電量同比增長(zhǎng)2.7%左右。
在此背景下,沒(méi)有火電的企業(yè)在獲取風(fēng)電、光伏項(xiàng)目開(kāi)發(fā)指標(biāo)時(shí)將十分被動(dòng)。在2018年國(guó)家發(fā)改委印發(fā)的《清潔能源消納行動(dòng)計(jì)劃(2018-2020年)》中,首次將各地火電靈活性改造規(guī)模與新能源規(guī)?偭繏煦^。相應(yīng)地,為保障可再生能源利用率,部分地區(qū)分配可再生能源開(kāi)發(fā)指標(biāo)時(shí)會(huì)與企業(yè)的調(diào)峰能力進(jìn)行捆綁,且傾向于擁有“火電調(diào)峰”資源的企業(yè)。如國(guó)家能源集團(tuán),既是我國(guó)最大火力發(fā)電企業(yè),也是我國(guó)風(fēng)光累計(jì)裝機(jī)規(guī)模最大企業(yè)之一。
配儲(chǔ)成為“解綁”火電調(diào)峰的方案,各地長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能政策呼之欲出。2022年發(fā)改委等部門(mén)發(fā)布的《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》中,提出要明確新型儲(chǔ)能的獨(dú)立市場(chǎng)主體地位。在地方層面,新能源開(kāi)發(fā)“強(qiáng)制配儲(chǔ)”政策也已常見(jiàn)不鮮,且有向著長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能發(fā)展的趨勢(shì)。尤其甘肅、福建、湖北、吉林、遼寧、黑龍江、安徽等省份的配儲(chǔ)政策中,明確要求電源側(cè)配儲(chǔ)的調(diào)峰時(shí)長(zhǎng)超過(guò)4小時(shí)。
02效率是否為儲(chǔ)能關(guān)鍵?安全性和適用場(chǎng)景才是
從電到氫再到電的氫能儲(chǔ)能模式一直被詬病能量效率較低等問(wèn)題,但其發(fā)展前景應(yīng)綜合考慮儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展階段與需求,以及其可行性和適用性。
儲(chǔ)能并網(wǎng)運(yùn)行的前提是安全可靠,相關(guān)政策也開(kāi)始聚焦儲(chǔ)能安全。目前主流的鋰電儲(chǔ)能在中低容量?jī)?chǔ)能場(chǎng)景下優(yōu)勢(shì)較為突出,但鋰電儲(chǔ)能技術(shù)相對(duì)復(fù)雜,安全性對(duì)電堆等的加工工藝等要求較高。在國(guó)家能源局發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求(2022年版)(征求意見(jiàn)稿)》中,曾提出在大中型儲(chǔ)能電站禁用三元鋰,可見(jiàn)政府對(duì)安全性的重視高于技術(shù)、效率等。
對(duì)氫儲(chǔ)能來(lái)說(shuō),氫的物理及化學(xué)性質(zhì)決定了其具有較高的安全性。首先氫質(zhì)量輕,泄露后向上擴(kuò)散較快,不易產(chǎn)生可爆炸氣霧;而且氫點(diǎn)燃后火焰向上,波及范圍較小。其次氫燃燒后產(chǎn)物為水,無(wú)污染。而且氫在化工領(lǐng)域已有較長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用基礎(chǔ),已形成了相對(duì)完善的安全管理方案與標(biāo)準(zhǔn)體系。
我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展多路線(xiàn)并行,最終的技術(shù)使用取決于新型電力系統(tǒng)中多元化的儲(chǔ)能適用場(chǎng)景。如抽水蓄能,儲(chǔ)能容量大、效率高,在電網(wǎng)側(cè)進(jìn)行削峰填谷優(yōu)勢(shì)突出。但一方面抽水蓄能僅適合在水資源相對(duì)豐富的東部地區(qū)展開(kāi),另一方面規(guī)模、地點(diǎn)不夠靈活,在發(fā)電側(cè)、用戶(hù)側(cè)等仍需鋰電、氫儲(chǔ)能等進(jìn)行補(bǔ)充。
對(duì)氫儲(chǔ)能來(lái)說(shuō),其技術(shù)路徑豐富多樣,可實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景靈活應(yīng)用。如可采用固態(tài)儲(chǔ)氫制造儲(chǔ)氫模塊,用于戶(hù)用儲(chǔ)能;采用管道輸氫,實(shí)現(xiàn)西北邊遠(yuǎn)地區(qū)、海上風(fēng)電等場(chǎng)景低成本電力外送;采用液氫、醇氨儲(chǔ)氫、鹽穴儲(chǔ)氫等,用于氫儲(chǔ)能電站大規(guī)?缂緝(chǔ)能等。
儲(chǔ)能本質(zhì)是通過(guò)存儲(chǔ)能量或者換一種方式存儲(chǔ)能量來(lái)減小損失,后者必將帶來(lái)一定的效率損失。對(duì)氫儲(chǔ)能來(lái)說(shuō),由電到氫再到電,能量損失約60%以上,若采用熱電聯(lián)供則總能量損失可減少到35%左右。從主流的儲(chǔ)能效率比較來(lái)看,鋰電儲(chǔ)能電能損失在10%以下,但在長(zhǎng)時(shí)保存下存在自放電、容量上限減損問(wèn)題;其他可長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)存電力的機(jī)械儲(chǔ)能如抽水蓄能等,能量損失一般在25%以上。
效率是影響綜合用能成本的關(guān)鍵。對(duì)發(fā)電站配儲(chǔ)而言,儲(chǔ)能扎根于整體項(xiàng)目中,更似輔助作用。
一方面因其可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模存儲(chǔ)的特點(diǎn),幫助將無(wú)法上網(wǎng)的、無(wú)法利用的“棄電”、“指標(biāo)”利用起來(lái),讓多數(shù)發(fā)電企業(yè)能從捆綁火電等的路徑中解放出來(lái)。
二是其綜合成本更與發(fā)電成本掛鉤,隨著風(fēng)電、光伏等技術(shù)成本的快速下降,新疆內(nèi)蒙等地的光伏、風(fēng)電發(fā)電成本接近0.1元/kwh,如不算其他建設(shè)投入,考慮能量轉(zhuǎn)化損失,儲(chǔ)能部分發(fā)電成本不到0.2元/kwh,卻帶來(lái)了更多發(fā)電量的利用。
氫儲(chǔ)能成本與收益受應(yīng)用場(chǎng)景、商業(yè)模式、并網(wǎng)離網(wǎng)使用情況、可再生能源及并網(wǎng)電價(jià)、地區(qū)用電消納情況等多維度因素影響,不同考慮情況下,成本不同。關(guān)于更多細(xì)節(jié)及測(cè)算,歡迎咨詢(xún)能景研究。
03國(guó)內(nèi)氫儲(chǔ)能已進(jìn)入示范階段,在政策、技術(shù)、模式上仍需探索
目前,國(guó)內(nèi)至少已有3項(xiàng)氫儲(chǔ)能示范項(xiàng)目建成。其中2項(xiàng)已成功并網(wǎng)發(fā)電,一項(xiàng)是國(guó)家電網(wǎng)在安徽六安建設(shè)的MW級(jí)氫儲(chǔ)能項(xiàng)目,2022年投運(yùn);一項(xiàng)是南方電網(wǎng)在廣州與昆明進(jìn)行的固態(tài)儲(chǔ)氫并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目,2023年投運(yùn)。此外,2023年9月克拉瑪依一項(xiàng)氫儲(chǔ)能調(diào)峰電站項(xiàng)目開(kāi)工,氫儲(chǔ)能調(diào)峰規(guī)模2.64GWh,規(guī)劃2024年建成,建成后或?qū)⒊蔀槲覈?guó)最大氫儲(chǔ)能項(xiàng)目。
總體來(lái)看,國(guó)內(nèi)氫儲(chǔ)能仍處于小規(guī)?蒲惺痉俄(xiàng)目階段。六安項(xiàng)目、南方電網(wǎng)項(xiàng)目等在氫儲(chǔ)能技術(shù)、商業(yè)模式等方面初步進(jìn)行了一些驗(yàn)證與突破,但在進(jìn)入商業(yè)化開(kāi)展上也還存在一些問(wèn)題需要解決:
一是政策上總體尚停留在發(fā)展規(guī)劃階段。典型如發(fā)改委等發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021-2035年)》中,提到培育“風(fēng)光發(fā)電+ 氫儲(chǔ)能”一體化應(yīng)用新模式,在廣東、山東等各省級(jí)的氫能發(fā)展規(guī)劃中氫儲(chǔ)能也屬于標(biāo)配,但尚未有具體補(bǔ)貼細(xì)則等政策落地。
二是技術(shù)上大規(guī)模儲(chǔ)氫、發(fā)電方案等仍待更多驗(yàn)證。目前國(guó)內(nèi)氫儲(chǔ)能技術(shù)鏈條已初步打通,如南方電網(wǎng)項(xiàng)目,采用固態(tài)儲(chǔ)氫存儲(chǔ)200立方氫氣,可持續(xù)穩(wěn)定出力12小時(shí)、發(fā)供電1200度。但當(dāng)儲(chǔ)能規(guī)模達(dá)到商業(yè)化的百兆瓦級(jí)后,電解槽達(dá)到數(shù)十臺(tái),儲(chǔ)氫容量需求將達(dá)10萬(wàn)立方,燃料電池發(fā)電系統(tǒng)達(dá)到百兆瓦,此時(shí)如何靈活調(diào)度電解槽及燃料電池容量,能否安全實(shí)現(xiàn)氫電耦合等,目前國(guó)內(nèi)外均尚無(wú)參考案例。
三是在商業(yè)模式上定位不明確。氫儲(chǔ)能商業(yè)模式相對(duì)靈活豐富,如六安兆瓦級(jí)氫儲(chǔ)能項(xiàng)目,制取的氫氣既用于加氫站也用于并網(wǎng)調(diào)峰。但模式靈活也意味著需在不同應(yīng)用及技術(shù)方向上進(jìn)行平衡與取舍。如是首先保障對(duì)加氫站每日相對(duì)穩(wěn)定的供應(yīng)量,還是及時(shí)準(zhǔn)備響應(yīng)并網(wǎng)調(diào)峰突發(fā)性較強(qiáng)的調(diào)度需求;是選擇配備大規(guī)模儲(chǔ)氫罐,還是選擇構(gòu)建柔性制氫-發(fā)電系統(tǒng)等。歸根到底,問(wèn)題的核心在于發(fā)掘最具經(jīng)濟(jì)性的模式方案。
來(lái)源:能景研究
作者:南枝
原文標(biāo)題 : 洞見(jiàn)|為什么說(shuō)氫作為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能將發(fā)揮重要作用?
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