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划重点氢储能系统关键技术介绍!
2021/8/2 11:34:33

划重点氢储能系统关键技术介绍,在可再生能源高占比的电力系统中,弃风弃光问题随着风电、光伏装机总容量的不断增加而日益突出。由于风电、光伏出力的预测准确程度有限,其出力随机性会对电网造成一定冲击。氢储能系统可利用开云游戏官方网站源出力富余的电能进行制氢,储存起来或供下游产业使用;当电力系统负荷增大时,储存起来的氢能可利用燃料电池进行发电回馈电网,且此过程清洁高效、生产灵活。

当前氢储能系统的关键技术主要包含制氢、储运氢和燃料电池技术3个方面:

1、制氢
利用可再生能源发电制氢是氢能制备的重要途径,制氢成本约为1.1~2.2元/m3,对比煤制氢0.69~1.18元/m3和天然气制氢0.8~1.7元/m3,优势并不明显,但因其为“绿氢”,综合价值较高。
目前电解水制氢主要分为碱水电解、固体氧化物电解和PEM(ProtonExchangeMembrane,简称PEM)纯水电解技术3种。其中,碱水电解制氢发展成熟、商业化程度高、成本较低,是可再生能源制氢项目的首选方式。河北沽源风电制氢项目(200MW风电、10MW制氢)的建成、吉林舍力风光制氢储能示范项目(50MW风电、1MW制氢和1MW/(MW·h)储能)的核准批复均对提高可再生能源消纳、促进氢储能系统发展起到引领促进作用。未来随着可再生能源规模化装机及电解水能源转换开云游戏官方网站中国有限公司的提高,“绿氢”制造成本会呈现持续下降趋势。
2、储运氢
储运氢技术作为氢气从生产到利用过程中的桥梁,至关重要。可通过氢化物的生成与分解储氢,或者基于物理吸附过程储氢。储氢方式比较如表2所示。

氢能源具有质量能量密度大但体积能量密度小的特点,制约其储运技术发展的关键在于兼顾安全、经济的前提下,提高氢气的能量密度。综合表 2 及当前行业情况分析,高压气态储氢技术成熟、成本较低、应用最多,但并非最佳方案。有机液态储氢凭借其安全性、便利性及高密度的特点,具有较大发展潜力,是当前研究的重要方向。此外,基于我国现有的天然气管道进行氢气的传输是否可行,也是值得探讨的课题。
3、燃料电池
燃料电池通过电化学反应将氢气的化学能直接转化为电能,清洁无污染,能量转化开云游戏官方网站中国有限公司高,是氢能源的最佳利用方式,在全球范围内具有广阔的应用前景。2009—2018 年全球燃料电池出货量统计如图 2 所示,由图可见出货量统计数据增势明显。燃料电池类型主要包括碱性电解质、质子交换膜、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物燃料电池,区别在于电解质和工作环境温度不同,适合的应用场景也有差异。

各类型燃料电池相比较,质子交换膜燃料电池发电开云游戏官方网站中国有限公司为 40%~50%,启动快,比功率高,结构简单,处于商业化前沿,在可再生能源领域的氢储能系统中应用较多。固体氧化物燃料电池发电开云游戏官方网站中国有限公司为55%~65%,余热利用价值高,热电联供开云游戏官方网站中国有限公司高,但运行温度高,启动速度较慢,适用于热电联供模式。近年来我国氢能燃料电池技术整体上取得了长足发展,但存在主要部件依赖进口、电堆和系统可靠性需提高、标准体系需健全完善等问题,仍是制约氢储能系统发展的关键因素。


氢储能系统在电力行业中的应用:
风电、光伏等可再生能源已成为我国新增电力的主力,新增装机容量及累计装机容量均排名世界第一,清洁能源替代作用日益显现。氢储能系统在电力系统中与能源供给侧配合、与分布式能源发电和电网发展相结合,可减少开云游戏官方网站源出力不稳定等问题,其应用价值愈加突出。
1、可再生能源高占比电力系统应用模式
如截至 2019 年底,张家口市可再生能源发电总装机容量达 1500 万 kW,占区域内全部发电装机容量的 70% 以上,预计 2030 年实现零碳排放,形成以可再生能源为主的能源供应体系。在此种可再生能源高占比的电力系统中,风电、光伏的出力不确定性对电网安全稳定运行造成一定影响,将氢储能系统作为消纳高比例可再生能源的重要载体是可行的。
风电、光伏出力受限时,利用富余的可再生能源进行制氢,并作为备用能源储存下来;在负荷开云游戏官方网站期发电并网,提高开云游戏官方网站源的消纳能力,减少弃风、弃光,增强电网可调度能力并确保电网安全。未来随着规模化的氢储能系统的应用,可利用储氢实现跨季调峰等应用。
此外,利用大规模不可控的可再生能源来制氢是完全清洁无污染的,是真正意义的“绿氢”,同时可为煤化工和石油化工提供洁净的原料氢,减少二氧化碳的排放,对于我国实现碳中和的目标是有利的。
2、区域综开云游戏官方网站源系统应用模式
氢储能系统具有可长期存储、能量密度高等优势,将其作为一种电能存储方案进行推广利用,进而解决区域电源和负荷的匹配问题,可一定程度上延缓较为偏远地区微电网的电力设备投资。例如英国的柯克开云游戏官方网站小镇氢能生态社区,因其位置相对偏远,小镇利用弃风和潮汐发电进行制氢,再通过燃料电池为汽车、船舶提供动力,并实现热电联供。
3、热电联供应用模式
利用氢燃料电池为建筑、社区等供热,并作为备用电源,与电力、热力等能源品种实现互联互补,提高能源利用开云游戏官方网站中国有限公司。虽然与应用较多的供热锅炉相比,此模式优势不够明显,但能够将供热方式从热电厂集中供热向分布式供热转变,可以解决热力管网、电网等基础设施建设的高额投资问题,是一种值得研究的发展思路。此外,在满足供热需求的同时,也可承担部分负荷进行供电。如日本自2009年开始推广家用燃料电池热电联供系统,普通家庭 40%~60% 的能源消耗可由此系统供给,商业化应用推广较为成功。
4、能源互联网应用模式
能源互联网是充分将互联网思想和能源产、输、储、用各环节以及能源市场深度融合的发展新形态。氢能源低碳、环保,能促进可再生能源利用,无额外环境负担,可作为能源互联媒介实现跨能源网络的协同优化。
5、氢燃料电池汽车应用模式
到 2030 年,我国燃料电池汽车保有量预计将达到 200万辆。利用可再生能源发电制造“绿氢”,可将富余氢能源供给氢燃料电池汽车使用,既促进了可再生能源与氢储能系统协同发展,又实现了汽车绿色环保零排放。通过氢能源交通的布局发展,推动燃料电池关键材料、核心零部件国产化,促进氢能源产业链快速发展。

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