储能

浙江积极探索氢电耦合的落地实践

2021-08-18 11:02:38 浙电e家

构建以新能源为主体的新型电力系统意味着电力系统将发生广泛和深刻的变革,其中电力供应以高比例新能源为主是其中一个基本特征。但高比例的新能源为电网带来电力电量平衡困难、稳定控制难度大、调节能力不足等挑战,供电企业需要有新的应对策略。氢电耦合在新能源消纳、能量转换与存储、稳定控制等方面体现出优势,或将在以新能源为主体的新型电力系统中扮演不可或缺的角色。

(来源:微信公众号“浙电e家” ID:sgcc-zdej 作者:融媒体中心)

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氢电耦合示意图

7月,国家发改委、国家能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,明确将氢能纳入新型储能。更早之前国家电网公司在其双碳行动方案指出要积极推动电氢气冷热等多能互补、高效利用,促进全社会能效提升。相应的,国网浙江电力在加快建设国家电网新型电力系统省级示范区时提出要加快多元融合高弹性电网建设,从“源网荷储”推动新型电力系统建设,指出在储能侧深入研究氢能全产业链,应用氢电耦合等典型场景。

氢电耦合是实现高比例新能源电力系统的稳定运行一种重要方式。电制氢装置功率运行范围宽,与新能源的波动特性相匹配。将氢能与新能源耦合,可有效优化新能源多时间尺度的并网特性,降低新能源对电网的冲击,提升高比例新能源电力系统运行的稳定性与可靠性,同时,可参与系统深度调峰与调频,提升系统运行灵活性,促进新能源消纳。

新能源发电具有间歇性、不稳定性,影响电网电能质量。新能源高比例导致电网“三高”“双峰”问题愈加凸显,源荷两端潮流波动性越发严重,据预测,2025年新能源日间出力最大波动将达到1700万千瓦。

储能可以有效解决上述难题,而氢能作为一种大容量储能方式,可实现大规模、长周期储能,且拥有单位能量存储成本低的优势。将丰水期富余的水电、负荷低谷时段富余的风电、午间富余的光伏发电等新能源转化为氢能并存储,同时可根据电力系统的需求,实时调节氢气产量,从而调节电力消耗,在促进新能源消纳的同时提高电网运行的弹性。

氢电耦合还可实现清洁高效分布式供能,打造以电为核心的能源互联网。通过构建分布式电源-氢耦合清洁供能系统,利用分布式电源制取氢气,通过燃料电池进行热电联供,在风光资源不足时,持续向用户供电,解决无电区域供电困难的问题,满足用户多种用能需求。发展充电-加氢一体化综合能源站,促进电网与交通网的深度融合,构建电氢融合的零碳交通网。以氢能综合利用为基础,进一步开展电制甲烷、电制甲醇、电制氨,加强电网与气网的紧密联系,促进更多行业实现间接电能替代。

但目前氢电耦合的发展与应用仍处于起步阶段,面临成本、技术、基础设施等多方面的挑战。相比于完善的电力基础设施,氢能相关基础设施十分薄弱,也制约了氢电耦合的发展。

浙江积极探索氢电耦合的落地实践

在浙江,氢电耦合的实践已经展开。

国网浙江电力一直在密切跟踪氢电耦合系统相关技术的发展,于2019年成功申请国家电网公司科技项目《百千瓦级氢利用关键技术研究及示范》;2020年,成功立项国家重点研发计划项目《可离网型风/光/氢燃料电池直流互联与稳定控制技术》。

目前,在宁波、杭州、丽水、台州等地开展氢电耦合基于工业园区、产业基地、农村、海岛等多场景示范与应用。这些氢能示范工程覆盖了氢电耦合主要应用场景,展现了在新型电力系统构建与双碳目标下电能与氢能的协同方式。

开展氢电耦合助力工业园区脱碳与产业升级的实践。块状经济量大面广,是浙江工业最突出的特点之一,工业园区是块状经济向产业集群转型升级的重要载体、也是重要的碳排放源头。国网浙江电力在宁波慈溪氢能产业园开展基于工业园区的氢电耦合直流微网示范工程,预计2022年6月工程投运。届时将电、氢、热等能源网络中的生产、存储、消费能环节互联互通,以零碳方式满足用户对电、氢、热多种能源需求,实现与电网灵活互动,提升系统调节能力,为浙江工业园区脱碳提供方案。

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宁波慈溪氢电耦合直流微网示范工程示意图

开展氢电耦合助力企业生产零碳化的实践。生产基地作为企业生产的基本单元,在双碳目标背景下面临着巨大的减排压力,国网浙江电力选址于格力电器园区,开展基于产业基地的亚运低碳氢能示范工程,预计于2021年12月投运。工程通过构建高效、可靠和稳定供电的“可再生能源制氢—氢能储运—氢燃料电池热电联供”能源综合利用系统,形成以氢能支撑交通、建筑领域电能替代、碳减排的先进生产基地,成为浙江企业零碳化生产的一次创新探索实践。

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亚运低碳氢能示范工程示意图

开展氢电耦合在乡村的实践。国网浙江电力选点“七山一水两分田”的丽水缙云,开展基于乡村场景的水氢生物质近零碳示范工程,预计于2022年3月投运。该工程开展的包括水(光)电制氢、生物质制气、沼气加氢脱碳等在内的示范研究,以余量水电与屋顶光伏为能源,采用电解技术生产氢气,并通过灵活储氢的方式,最终实现富余水电、光伏就地消纳,农村废弃物循环利用。工程打造了电氢生物质协同的乡村碳中和与新型电力系统样本,对浙江水电等新能源和生物质资源丰富的农村起到了很好的示范作用。

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丽水水氢生物质近零碳示范工程示意图

开展氢电耦合助力绿色海岛建设。浙江省是中国岛屿数量最多的省份,目前有100多万人口居住于海岛之上。国网浙江电力选址台州大陈岛,开展国内首个基于海岛场景的氢能综合利用示范工程,预计于2021年12月投运。工程充分利用海岛丰富的清洁能源制氢,促进海岛清洁能源消纳与电网潮流优化,提高系统针对波动性源荷的适应性与安全性,提升综合能效至72%,为浙江众多海岛提供了绿色供能有效途径。

氢电耦合可以在能源供给侧和消费侧深度脱碳,未来发展空间巨大。根据全球能源互联网组织的估算,到2060年中国电制氢的规模将达到6000万吨,折合电能约为36000亿千瓦时。

在浙江湖州的综合能源站内就新落成了一座氢电双向转换及储能一体化装置

国网浙江电力将继续开展绿电制氢、高效储氢、生物质制气、高效热电联供及氢能支撑微网等氢电耦合关键领域研究,研制氢能与电池混合储能、直流换流器等核心装备,开发综合能量管理系统,助力氢能关键设备的国产化发展。加快推进氢电耦合综合应用的浙江“示范”,打破氢能多场景高效综合利用的瓶颈,有效支撑高弹性电网建设,为构建以新能源为主体的新型电力系统、实现碳达峰碳中和目标实现贡献浙电力量。

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