新型儲能——氫儲能

　　氫儲能具有大容量長周期存儲、質(zhì)量能量密度高、存儲方式靈活多樣等優(yōu)勢。目前，我國氫儲能應(yīng)用場景向多個領(lǐng)域拓展，從試點試驗朝著適應(yīng)規(guī)模化應(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。

　　氫儲能是以氫能為核心能源載體，基于電解水制氫、氫儲運及氫能多元應(yīng)用技術(shù)發(fā)展起來的一種新型儲能技術(shù)。從概念上講，氫儲能有廣義和狹義之分。狹義的氫儲能基于“電—氫—電”的轉(zhuǎn)換過程，利用富余的新能源發(fā)電進行電解水制氫并存儲，在用電高峰期時，儲存起來的氫能可利用燃料電池或氫燃機進行發(fā)電以及熱電聯(lián)供。廣義的氫儲能強調(diào)“電—氫”單向轉(zhuǎn)換，將電能轉(zhuǎn)化為氫進行存儲，靈活應(yīng)用于多個領(lǐng)域。

　　在氫儲能的全鏈條能量轉(zhuǎn)化過程中，關(guān)鍵技術(shù)包括電解水制氫、氫儲運和氫發(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)前在運電解水制氫項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)或試點示范階段。

　　氫儲運是連接氫的生產(chǎn)和利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。開發(fā)安全、大容量、低成本、靈活方便的氫儲運技術(shù)是氫儲能高效應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，氫儲運技術(shù)可以分為高壓氣態(tài)儲運氫、低溫液態(tài)儲運氫、固態(tài)儲運氫和有機液體及氨儲運氫等，另外還有一些新興的儲氫方式，如地下存儲。

　　氫能發(fā)電主要通過氫燃料電池、氫燃機發(fā)電兩種技術(shù)路線實現(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)殡娔埽哂泄r平穩(wěn)、體積小、零排放的優(yōu)點。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。相對于燃料電池發(fā)電，氫燃機發(fā)電具有單機功率大的優(yōu)點，且可依托現(xiàn)有成熟的燃?xì)廨啓C工業(yè)體系，發(fā)揮氫氣擴散系數(shù)大，混合氣均勻程度高，燃燒充分的優(yōu)勢，實現(xiàn)穩(wěn)定高效的燃燒。

　　氫儲能可通過“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)用場景豐富。

　　在新能源裝機占比高、系統(tǒng)調(diào)峰運行壓力大的地區(qū)，氫儲能通過“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)對電源—負(fù)荷季節(jié)性差異、極端天氣帶來的保供壓力，氫儲能可以跨季節(jié)、長周期儲能，較電化學(xué)儲能更具有經(jīng)濟性。

　　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，晚上全時段電源不足，可通過氫儲能技術(shù)實現(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，可通過氫儲能實現(xiàn)“氫—電”轉(zhuǎn)化，保障晚高峰用電。目前，“沙戈荒”地區(qū)是我國超前布局氫儲能的主要場景。

　　現(xiàn)階段，受技術(shù)、成本、標(biāo)準(zhǔn)等因素制約，氫儲能仍面臨制氫成本高，大規(guī)模儲運技術(shù)不成熟，項目落地周期長等諸多挑戰(zhàn)。目前，氫儲能在我國處于商業(yè)化初期階段，還將從試點試驗朝著適應(yīng)規(guī)模化應(yīng)用的方向發(fā)展。

　　2022年7月，國內(nèi)首個海島綠氫綜合能源示范工程——國家電網(wǎng)浙江臺州大陳島氫能綜合利用示范工程投運，工程在全國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，國內(nèi)首座兆瓦級氫能綜合利用示范站——安徽六安兆瓦級氫能綜合利用示范站投運，實現(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)志著大容量儲氫發(fā)電從實驗室走向了實證階段。

　　浙江臺州大陳島氫能綜合利用示范工程

　　2022年7月8日，國家電網(wǎng)浙江臺州大陳島氫能綜合利用示范工程投運。這是全國首個基于可再生能源電解水制氫的海島綠氫能源示范項目。

　　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)能時數(shù)達(dá)7000小時。目前大陳島有風(fēng)力發(fā)電機34臺，平均每年可發(fā)電6000多萬千瓦時。

　　大陳島氫能綜合利用示范工程充分利用夜間富余風(fēng)電制氫儲能，有效促進清潔能源就地消納，實現(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—儲氫—燃料電池”熱電聯(lián)供系統(tǒng)，實現(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首套裝備，實現(xiàn)了國內(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)到國際領(lǐng)先水平。工程投運后，每年消納島上富余風(fēng)電36.5萬千瓦時，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，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。

　　安徽六安兆瓦級 氫能綜合利用示范站

　　國家電網(wǎng)安徽六安兆瓦級氫能綜合利用示范站是國家電網(wǎng)公司科技項目“兆瓦級制氫綜合利用關(guān)鍵技術(shù)研究與示范”的配套工程。自2019年起，國網(wǎng)安徽電力完成可研評審、項目開工和集成測試，于2022年7月在安徽六安投運國內(nèi)首座兆瓦級氫能綜合利用示范站，實現(xiàn)了首次氫電協(xié)同參與調(diào)度側(cè)并網(wǎng)聯(lián)調(diào)。

　　安徽六安兆瓦級氫能綜合利用示范站是集新能源消納、制氫、儲氫、發(fā)電、供熱于一體的新型綜合能源工程，是國內(nèi)首次對具有全自主知識產(chǎn)權(quán)“制、儲、發(fā)”氫能技術(shù)的全面驗證和工程應(yīng)用，工程投運標(biāo)志著我國首次實現(xiàn)兆瓦級“制氫—儲氫—氫能發(fā)電”全鏈條技術(shù)貫通。

　　安徽六安兆瓦級氫能綜合利用示范站位于六安市金安區(qū)經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，額定裝機容量1萬千瓦。國網(wǎng)安徽電力聯(lián)合中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、清華大學(xué)、國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院有限公司、中國能源建設(shè)股份有限公司等單位開展技術(shù)攻關(guān)，歷經(jīng)近3年時間，先后突破膜電極兆瓦級放大產(chǎn)生的傳質(zhì)電壓損失等20余項技術(shù)瓶頸，成功實現(xiàn)整站從綠電到綠氫再到綠電的零碳循環(huán)。

　　截至目前，該站已累計運行3900余小時，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，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：國家能源局官網(wǎng)、《人民日報》《科技日報》《新型儲能百問百答》、國網(wǎng)安徽電力、國網(wǎng)浙江電力等