中國電科院閆華光：氫能在新型電力系統中應用場景分析
發布時間：2022-09-20 16:22:33
氫能在新新型電力系統的作用有四條路線：第一是促進新能消納；第二是儲能；第三是電制氫本身對電網來說是用電的負荷，它可以實現電力系統的靈活調節；第四是可以促進多種能源互聯互通，電和其他的燃料之間可以真正融合成互聯網，促進能源供應的可靠性。
日前，在2022能源產業創新發展與品牌建設年會系列專題論壇——氫能產業的“春天期”分析大會上，中國電科院技術戰略中心主任閆華光在大會做了《氫能在新型電力系統中應用場景分析》的主旨發言。主題發言如下：
氫能在很多年前和電力是兩條平行線，電力和氫能沒有相互交叉和融合的可能性。隨著國家雙碳目標的提出，電-氫這個體系逐漸完善，對電力系統來說氫能混合會進一步加強。
氫能發展，原來主要是以煤制氫為主，和電力系統幾乎沒關系。但近年來，從國家相關預測來看，大家對可再生能源電制氫非常樂觀。總結起來氫能發展路線主要分幾個階段：2020年是氫能起始年，2020年到2030年是氫能緩慢發展期，如果這十年能夠在技術、政策、機制上摸索出道路，從2030年之后將迎來氫能快速增長期。
從氫能應用來看，2020年的氫能占比，99%是用在石油、化工的物料中。而未來我們把它作為能源來用。
據閆華光介紹，氫能在新新型電力系統的作用有四條路線：第一是促進新能消納；第二是儲能；第三是電制氫本身對電網來說是用電的負荷，它可以實現電力系統的靈活調節；第四是可以促進多種能源互聯互通，電和其他的燃料之間可以真正融合成互聯網，促進能源供應的可靠性。
如果未來可再生制氫發展起來，它將成為重要的負荷。我們研究了PEM（質子交換膜）制氫和堿性制氫，在爬坡能力和負荷調節能力曲線上，比較好的電制氫裝備都可以做到毫秒級的響應，從發指令一直到爬坡實現目標值、期間大概200毫秒，可以實現靈活調節、快速響應電網，實現調峰調頻和電源控制等支撐電力系統的輔助服務。
另外一個特性就是儲能特性。國際上成立了長時間儲能委員會，據其預測未來新能源發展趨勢是逐步增快的，當電力系統中60%和70%的電力是來自新能源時，從理論上就需要跨季節長時間儲能。我們也做了分析，假定60%的電由風光和新能源供給，通過仿真來看，冬季出現了數次持續數天的電力供需失衡，意思是原來煤電或者加上抽水蓄能之后調節能力仍然不夠，這種情況下氫儲能的作用就會得到充分發揮。
通過比較各種儲能技術，抽水蓄能可以持續十幾個小時，目前只有氫儲能可以做到長時間、跨周期的儲能，它的效益在長時間儲能可以充分凸顯。而我們未來正需要構建以具有能量調節功能的短時長時互補儲能系統。
但因為電制氫相對來說效率比較低，如何使用氫能是未來的重要選擇。氫能的應用場景主要有以下幾類。
電源側的應用場景，是為了解決棄風棄電，可再生能源制氫可以消納富余的新能源，也可以并在電網上。另外像寧夏寶豐、新疆庫車，有些大規模風電光伏全部是自發自用、就地制氫，多余的再外送。與此同時，煤電可以耦合制氫，大大提升煤電靈活性。風電制氫在國外已經有了工程實踐，尤其是在德國，因為高壓輸電線路建設不是太完善的，高壓的輸電線路征地手續相當復雜，所以大量北部的風電很難向南部進行輸送，所以他們利用風電進行就地消納，解決風電輸送的問題。
電網側應用就是氫儲能電站，通過電-氫-電的轉化模式，當前轉化效率很低，但是未來隨著新能源進一步比例提升，會有一定的應用需求。目前張家口已經有了200兆瓦的電制氫示范項目，建設了儲氫到氫發電的全鏈條氫儲能電站。它的收益來源依靠售氫和參與電力輔助服務，單獨的售氫經濟性并不是很好，如果和電力系統互供起來會有參與輔助服務的收益。
負荷端制氫應用場景，目前這類綠氫工程主要是集中在西北、華北、東北三北地區。我們把西北、東北、華北的新能源基地的電往東南輸送，在有些特定場景下可以就地制氫。另外還有氫能的熱電聯供，在特定場景下它的電效率肯定很低，氫發電50-60%，如果加上熱電同時供熱的話，它的效率可以做到90%。這樣在有些特定的園區供熱場景下，氫能的熱電聯供系統也可以實現經濟性的分析，可以提升供電可靠性，也可以和電網進行互動。目前，國網在安徽六安首個兆瓦級分布式電制氫的電站，還有在浙江臺州的百千瓦級氫能源示范工程，國網平湖氫光儲充一體化為農業和電動汽車、氫燃料電池車供氫供電一體化電站等，都做了示范性的工程。
最后閆光華指出，目前來看受技術和經濟性影響，氫能在新型電力系統應用還是面臨著眾多的挑戰：
第一，氫能的大規模制氫和電網電力系統規劃是分屬于不同的部門，制氫大多數是石油化工企業，電網是電力系統，規劃協同還不夠、機制和政策缺乏全方位支撐。
第二，現在部分卡脖子的關鍵技術受制于人，接入電網等一些技術和參與電網輔助服務的工作等需要進一步驗證。
第三，經濟性和全生命周期評價標準，還有產品和工程應用可靠性需要進一步驗證。現在氫能畢竟是初級示范階段，國內外各種設備、各種技術路線的壽命、長時間運行還需要進一步驗證。
第四，安全性，任何一個能源發展安全性是第一位的，剛開始就需要把安全提到最高的高度。
在氫能領域面臨著剛剛開始的階段，閆光華為氫能的發展提出四個建議：
第一，要強化頂層設計，氫能不是單獨一個行業的事，需要多行業進行融合，多行業的利益進行平衡，建議氫能布局和新型電力系統建設的規劃包括電網規劃要銜接，包括要推出應用路線圖和政策設計。
第二，電氫需要進一步耦合，按照電力系統中預計，在實現碳中和的階段，20-30%新能源電量全部被氫用了。如果說電力行業和氫能專業不能進一步融合的話，很難發揮作用。
第三，標準體系的完善，國家已經做了一些標準體系，但是電氫之間的標準體系還沒有推進，目前正在謀劃。
第四，典型示范工程，打造典型的示范項目工程進行技術路線即商業模式驗證，包括試驗基地進行多種技術路線驗證。目前國家政策主要是在氫燃料電池示范城市有些補貼，國家切入點是從交通領域來切入的，所以我們要和燃料電池示范城市進行融合，打造電氫一體化的示范工程。
注：文字實錄未經專家整理核實，僅作參考使用，具體解釋權歸本次會議主辦方所有。
（來源：北極星氫能網）
