六安兆瓦級(jí)氫能綜合利用示范站

　　12月3日～11日，安徽中部地區(qū)下了連續(xù)數(shù)日的綿綿細(xì)雨，大大小小的光伏電站出力受到影響。可在工程師夏鵬看來(lái)，新型電力系統(tǒng)建設(shè)中面對(duì)的這種“風(fēng)光”不穩(wěn)定甚至偶爾“開小差”情況，未來(lái)極有可能通過(guò)氫儲(chǔ)能的規(guī)模化應(yīng)用得到解決。

　　夏鵬是安徽六安供電公司負(fù)責(zé)新能源業(yè)務(wù)的技術(shù)專家，也是國(guó)內(nèi)首座兆瓦級(jí)氫能綜合利用示范站的運(yùn)營(yíng)管理負(fù)責(zé)人。他的手中握有一張新“牌”，可以幫助電網(wǎng)削峰填谷——氫儲(chǔ)能。

　　削峰填谷是目前保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、支撐清潔能源大規(guī)模發(fā)展的底層技術(shù)邏輯之一。為了把低谷時(shí)段的富余電力儲(chǔ)存起來(lái)，到用電高峰再釋放，近年來(lái)，大批儲(chǔ)能項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生。

　　通過(guò)技術(shù)突破，在抽水蓄能等傳統(tǒng)儲(chǔ)能方式之外開辟新的儲(chǔ)能方式，正成為新型電力系統(tǒng)的新賽道。氫儲(chǔ)能模式近年來(lái)越發(fā)受到關(guān)注，這種模式是利用富余、非高峰時(shí)段的電能來(lái)大規(guī)模制氫，將電能轉(zhuǎn)化為氫能儲(chǔ)存起來(lái)，在電力輸出不足時(shí)利用氫燃料電池或其他方式將氫能轉(zhuǎn)換為電能，輸送上網(wǎng)并發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。

　　然而，我國(guó)氫能尚處于規(guī)模化導(dǎo)入期。盡管各地陸續(xù)發(fā)布了不少支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)規(guī)劃和政策，但關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系支撐較為薄弱，尤其在突破氫儲(chǔ)能量級(jí)瓶頸方面缺少技術(shù)和裝備驗(yàn)證，也尚未形成統(tǒng)一有序的產(chǎn)業(yè)管理機(jī)制。如何加快培育氫能產(chǎn)業(yè)，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，值得深入思考和探索實(shí)踐。

　　2019年起，國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司先行先試，投資建設(shè)六安兆瓦級(jí)氫能綜合利用示范站，開展兆瓦級(jí)“制氫-儲(chǔ)氫-氫能發(fā)電”的全鏈條技術(shù)試驗(yàn)、驗(yàn)證。

　　參與示范站建設(shè)的技術(shù)研發(fā)帶頭人、安徽電力科學(xué)研究院的滕越博士介紹，示范站的工作原理是“用水發(fā)電”，是實(shí)現(xiàn)“綠電到綠氫再到綠電”的過(guò)程。研發(fā)階段沒有任何先例和標(biāo)準(zhǔn)可供參考，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了上千次實(shí)驗(yàn)，980多張技術(shù)圖紙鋪滿了實(shí)驗(yàn)室。經(jīng)過(guò)大量計(jì)算、比對(duì)、論證、試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)了大功率低能耗氫電轉(zhuǎn)換核心裝備技術(shù)，開發(fā)了整站安全預(yù)警與防護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氫氣泄漏的早期預(yù)警與事故預(yù)防，還在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)兆瓦級(jí)“制氫-儲(chǔ)氫-氫能發(fā)電”全鏈條技術(shù)貫通和滿功率運(yùn)行。

　　2022年7月，國(guó)內(nèi)首座兆瓦級(jí)氫能綜合利用示范站——六安兆瓦級(jí)氫能綜合利用示范站經(jīng)過(guò)3年試驗(yàn)研究建設(shè)，正式投運(yùn)。這標(biāo)志著通過(guò)大容量?jī)?chǔ)氫發(fā)電的思路從實(shí)驗(yàn)室走向了實(shí)證階段。

　　示范站的儲(chǔ)氫系統(tǒng)主要包含氫氣壓縮機(jī)和儲(chǔ)氫罐，采用氣態(tài)存儲(chǔ)方式。制氫系統(tǒng)制出的常壓氫氣通過(guò)氫氣壓縮機(jī)加壓至20兆帕后送至儲(chǔ)氫罐中。該站設(shè)有1個(gè)大型儲(chǔ)氫罐，可長(zhǎng)周期儲(chǔ)存2000標(biāo)準(zhǔn)立方米的氫氣，整罐氫氣可供連續(xù)發(fā)電3個(gè)小時(shí)。用電低谷時(shí)，示范站用電制氫并儲(chǔ)存在儲(chǔ)氫罐中，到了用電高峰時(shí)再利用氫燃料電池發(fā)電。這既發(fā)揮了氫氣的儲(chǔ)能作用，又利用峰谷電價(jià)差獲得收益。

　　夏鵬介紹，氫儲(chǔ)能在制氫、儲(chǔ)氫、發(fā)電的各個(gè)環(huán)節(jié)都體現(xiàn)出便捷、清潔的理念。不同于傳統(tǒng)的大規(guī)模抽水蓄能電站、化學(xué)電池儲(chǔ)能電站，氫儲(chǔ)能作為新型儲(chǔ)能方式，將短時(shí)富余電能轉(zhuǎn)化為大容量、長(zhǎng)周期存儲(chǔ)的氫氣，利用儲(chǔ)氫罐進(jìn)行儲(chǔ)存，在需要時(shí)用來(lái)發(fā)電。氫能站占地面積小，氫氣在儲(chǔ)氫罐中可以隨時(shí)用于發(fā)電，且設(shè)備啟動(dòng)迅速。

　　示范站在今年迎峰度夏期間發(fā)揮作用。7月23日20時(shí)，六安供電公司調(diào)度控制中心通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)110千伏示范區(qū)變電站的一條10千伏線路負(fù)荷迅速增長(zhǎng)，即將達(dá)到過(guò)載上限值，這條線路正是示范站所在的開關(guān)站主供線路。就在負(fù)載率達(dá)95%之時(shí)，氫能站微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)迅速下達(dá)了氫能站發(fā)電運(yùn)行指令。不到2分鐘，氫燃料電池發(fā)電功率就從0攀升至1009千瓦。示范站持續(xù)發(fā)電2小時(shí)，直至線路負(fù)載率下降至78%，完成了頂峰任務(wù)。

　　如今，示范站與周邊各類電源、可控負(fù)荷共同組成了柔性互聯(lián)系統(tǒng)，形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定、柔性的微電網(wǎng)。六安供電公司還研發(fā)了與之配套的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，通過(guò)典型模式設(shè)計(jì)，基于微電網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)多運(yùn)行模式的智能切換，以應(yīng)對(duì)不同場(chǎng)景的需求。該系統(tǒng)還能記憶歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)負(fù)荷變化趨勢(shì)，調(diào)整制氫和發(fā)電模塊的響應(yīng)時(shí)間和可控負(fù)荷狀態(tài)，與電網(wǎng)側(cè)發(fā)用電曲線實(shí)現(xiàn)靈活精確互補(bǔ)。示范站今年迎峰度夏期間共參與電網(wǎng)調(diào)峰16次，隨著運(yùn)行控制策略不斷優(yōu)化，迎峰度冬期間預(yù)計(jì)可參與調(diào)峰20次。

　　夏鵬認(rèn)為，未來(lái)，新型電力系統(tǒng)如果配備更多氫儲(chǔ)能，電網(wǎng)柔性調(diào)度能力將會(huì)大大提升。“如果這個(gè)站的規(guī)模再放大約100倍，就可以滿足六安電網(wǎng)春秋、冬夏跨季度調(diào)節(jié)的需要。”

　　《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)展望報(bào)告》分析，可再生能源制氫將成為我國(guó)主力氫源。隨著可再生能源的規(guī)模發(fā)展，以及綠電制氫技術(shù)裝備的快速迭代，到2040年可再生能源制氫占比將增至50%。長(zhǎng)期看，氫能是需求側(cè)終端推動(dòng)工業(yè)、交通、建筑、電力等難脫碳領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)減碳目標(biāo)的關(guān)鍵，2060年有望貢獻(xiàn)10億噸級(jí)碳減排解決方案。

　　在此趨勢(shì)下，氫能綜合利用電站模式的推廣，將對(duì)提升電網(wǎng)源荷匹配性發(fā)揮作用。

　　目前，示范站運(yùn)維團(tuán)隊(duì)正為推廣示范站量身定制新的經(jīng)營(yíng)管理方式。2023年11月，示范站取得安徽省首張“制氫加氫一體站”經(jīng)營(yíng)許可證。在當(dāng)?shù)卣姆e極推動(dòng)下，示范站與一家氫能企業(yè)合作，除了滿足站內(nèi)儲(chǔ)氫、發(fā)電需求，其生產(chǎn)的高純度氫氣還被銷售出去，成為城市氫能公交、氫能環(huán)保車等交通工具的新能源。可以預(yù)見，未來(lái)隨著碳稅市場(chǎng)、電力調(diào)峰市場(chǎng)的發(fā)展，示范站的主要收益將來(lái)自售氫收益、發(fā)電收益、調(diào)峰補(bǔ)貼、需求響應(yīng)補(bǔ)貼等。

　　“制氫站+加氫站”的方式，還為氫能源車在交通領(lǐng)域的普及探索出新的經(jīng)營(yíng)組合模式。“這是一個(gè)巨大的市場(chǎng)，也是一條嶄新的綠色賽道。”夏鵬說(shuō)。(翁懷龍)