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                推動電氫耦合發(fā)展,助力新型電力系統(tǒng)建設

                發(fā)布時間:2023-09-13 瀏覽數(shù):15

                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(fā)展,電力系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)、電力供應保障、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行等方面面臨挑戰(zhàn)。

                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(xiàn)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(tǒng)將呈現(xiàn)耦合發(fā)展態(tài)勢,促進可再生能源規(guī)?;咝Ю?,推動清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟高效、供需協(xié)同、靈活智能的新型電力系統(tǒng)建設。

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                01電制氫或?qū)⒊蔀樾滦碗娏ο到y(tǒng)重要的靈活性調(diào)節(jié)資源

                《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021~2035年)》確定了可再生能源制氫是主要發(fā)展方向,鼓勵建設基于分布式可再生能源或電網(wǎng)低谷負荷的制氫工程??梢灶A測,大規(guī)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(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上。

                據(jù)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(jù)中國氫能聯(lián)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(tǒng)建設中,氫能可發(fā)揮靈活調(diào)節(jié)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(xiàn)輸入功率秒級響應,追蹤可再生能源出力,為電網(wǎng)提供調(diào)峰調(diào)頻服務。未來,電解水制氫作為高度可調(diào)節(jié)負荷,或?qū)⒊蔀樾滦碗娏ο到y(tǒng)重要的靈活性調(diào)節(jié)資源,促進可再生能源消納利用,提高電力系統(tǒng)的靈活性。

                在新能源安全可靠替代的基礎上,傳統(tǒng)能源比重將有計劃分步驟逐步降低。根據(jù)仿真模擬分析得知,當電力系統(tǒng)中風能、太陽能發(fā)電量占比超過50%時,就需要解決數(shù)天、數(shù)周乃至跨季節(jié)的電力電量平衡問題,大規(guī)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(fā)現(xiàn),在各類長周期儲能技術中,氫儲能技術是實現(xiàn)大規(guī)模、長周期、跨季節(jié)儲能的關鍵技術,適合參與季節(jié)性調(diào)峰、提高新能源基地送出能力等長周期調(diào)節(jié)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(xiàn)規(guī)?;?、長期、廣域儲能,可解決電力系統(tǒng)電力電量平衡問題。

                在大規(guī)模新能源匯集、負荷密集接入等關鍵電網(wǎng)節(jié)點,可因地制宜布局氫儲能電站,發(fā)揮其調(diào)峰、調(diào)頻等作用,支撐電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

                02特高壓可在跨區(qū)域的綠氫輸送中發(fā)揮作用

                通過風能、太陽能等可再生能源發(fā)電電解水制得的氫氣被稱為綠氫。預計到2030年,全國各地區(qū)綠氫供需基本自給自足,西北地區(qū)的綠氫產(chǎn)量及需求量在各地區(qū)中均為最高。預計到2060年,西北地區(qū)依然是我國最大綠氫產(chǎn)地,產(chǎn)量超出本地需求,但華東、西南、華南、華北、華中等地區(qū)的綠氫供給難以滿足本地需求,需要實現(xiàn)跨區(qū)域輸送。

                從遠期來看,我國綠氫發(fā)展在地理分布上存在供需不匹配問題,綠氫生產(chǎn)與消費需求呈現(xiàn)逆向分布的特征。保障能源安全、經(jīng)濟供給,需要對綠氫進行遠距離、大規(guī)模輸送。

                綠氫的遠距離、大規(guī)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(qū)域輸送至需求側消納;后者是利用特高壓輸電技術跨區(qū)域輸送可再生能源電力,在需求側通過電制氫滿足當?shù)鼐G氫需求。在不同輸送距離的場景中,輸氫與輸電的經(jīng)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(guī)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(jīng)濟性。

                綜合考慮輸送場景、經(jīng)濟性等因素,需要通過電氫耦合的方式來實現(xiàn)未來我國各地區(qū)綠氫供需平衡。2030年前,以區(qū)域內(nèi)部綠氫輸送為主,少部分綠氫需要跨區(qū)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(yōu)容量配置,因地制宜開展電氫協(xié)同規(guī)劃建設。

                03制訂分階段發(fā)展路徑推動電氫耦合發(fā)展

                在新型電力系統(tǒng)中應用氫能需要統(tǒng)籌安全、技術、經(jīng)濟等因素,結合我國能源轉型及氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展各階段面臨的挑戰(zhàn),按照發(fā)展時序,制訂分階段發(fā)展路徑,才能充分發(fā)揮氫能對新型電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)作用,并實現(xiàn)電氫耦合發(fā)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(yè)化應用,實現(xiàn)可再生能源電力電解水制氫工程規(guī)模化發(fā)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(fā)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(yè)化應用,實現(xiàn)電制氫、氫發(fā)電、熱電聯(lián)供等特定場景下工程規(guī)?;渴穑寶淠艿恼{(diào)峰調(diào)頻作用得到更大發(fā)揮。

                隨著新型電力系統(tǒng)建設不斷推進,氫能產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善,可再生能源電力制氫成為重要的可調(diào)節(jié)負荷。同步規(guī)劃可再生能源發(fā)展、電網(wǎng)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(wǎng)協(xié)同互動的建設格局。

                2045年后,建議開展大規(guī)模、長周期、跨季節(jié)氫儲能工程應用,支撐電力系統(tǒng)季節(jié)性電力電量平衡。氫能制取、儲運、發(fā)電等各個環(huán)節(jié)與新型電力系統(tǒng)源、網(wǎng)、荷各個環(huán)節(jié)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(xiàn)電能跨季節(jié)長周期大規(guī)模存儲,支撐電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

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