构建以新能源为主体的新型电力系统,加快新能源储能的大规模部署,显得尤为关键。研究表明,氢气储能有望成为重要的储能形式,与电化学储能互为补充。
氢气储能是理想的解决方案
据资料显示,氢气储能一般分为三种情况。一是利用可再生能源电解水生产氢气;二是利用氢气电解后发电,包括燃料电池发电在互联网上的应用和氢燃料电池汽车在交通领域的应用,如摩托车电池;此外,将电解水产生的氢气和二氧化碳合成为甲醇,用于储存、运输和应用。也就是说,电解制氢是氢能储存产业链的源头。
未来,氢能与可再生能源将进一步融合,氢能储存的应用将成为一个重要的应用场景。风力发电和光伏发电具有间歇性和波动性的特点。如果将风能和太阳能发电直接供应给终端用户,会造成频繁停电或因电压过高而烧毁电器。
为了解决上述问题,发电端采用大量电池组储存电能,在风力较弱时可以补充发电量,或者选择直接接入国家电网,利用智能电网分时消耗不稳定的电能。然而,业内专家指出,这两种情况都存在成本高、技术难度大等缺点。对于不稳定的能源发电,如风能和光伏发电,氢能储存是一个理想的解决方案。电解水制氢可以根据电力系统的需要随时调整制氢量,有效利用风能、太阳能发电过程中不能上网、质量差的电力。这一技术路线已经被许多项目所验证,被证明是合理有效的。
通过建设专门的制氢站,利用风能和太阳能发电形成制氢的微电网,由于弃风弃电成本低,制氢成本会相应降低。目前,许多电厂的风力和光伏发电被白白浪费掉了。一旦它们被利用,将有很大的好处。
从效率上看,氢气储能的效率在所有储能方式中不是最高的,但其未来发展潜力巨大。在整个产业链中,如果将可再生能源与氢能储存结合起来,通过电解生产氢气,储存和运输应用,氢能储存将发挥重要作用。它们可以作为用户方面的应急或UPS电池的替代品,工业叉车电池,手电筒电池等便携式能源动力。与锂电池相比,在价格和性能方面的优势并不明显,所以对便携式燃料电池的需求非常少。
氢能储存的优势是显著的
目前,世界上只有4%的氢气来自于电解水制氢,其余的都来自于煤炭、天然气和石油化工领域。在中国富煤、贫油、少气的能源结构下,中国煤炭制氢的比例超过60%,电解水制氢的比例不到2%。可再生能源制氢的未来发展空间巨大。与化石能源制氢相比,电解水制氢的质量非常高,更符合燃料电池的应用要求。虽然传统方法(如煤制氢)生产的氢气价格比较便宜,但在碳调峰和碳中和的背景下,它是不可持续的。
氢气储能与其他储能方式有很大不同。首先,作为二次能源,氢气可以直接储存,而电化学储能,目前直接储存的能量密度还不够高,未来应该有一定的限制;其次,电化学储能效率低,还面临着安全性高、单位能量成本高等问题,而燃料电池的重量功率密度可以达到400瓦/公斤,体积功率密度可以达到4000瓦/公斤,未来有望达到2000瓦/公斤。高于锂电池的150瓦/公斤-200瓦/公斤,其开放式系统储能方式使巡航里程更长。
氢气可以通过储存和运输实现长期、跨季节的储能,在交通、工业、可再生能源等领域有广泛的应用场景。现阶段,氢气储能在一些技术节点上还需要进一步优化和完善。例如,在电解水制氢厂的建设中,考虑到发电量和电压的大幅波动,应努力提高电解设备的技术水平,以应对电网功率的大幅波动。 和控制策略层面。
寻求共同发展
虽然一些发电企业对钦定的氢气储能产业很感兴趣,但对如何部署、是否能收回成本、是否有足够的终端用户有很多顾虑。这些担心是不必要的。目前,国内的氢气价格为60-80元/公斤。如果合理利用风能和太阳能,保证电价便宜,氢气价格将更具竞争力,成本价格可以达到15-18元/公斤。随着氢气储能的大规模应用,成本会下降得很快,绿色氢气的成本很快会与煤制氢的成本持平。
除源头制氢外,目前储氢各方面的产业化程度都比较低,大规模发展还需要时间。在制氢过程中,目前电解水制氢的成本明显高于传统化石能源,未来在电费和设备投资方面有较大的下降空间。
在储运方面,现阶段氢气储运系统还不成熟,氢气运输管网、加氢站等基础设施还需要大量投资。在应用方面,绿色氢气可能率先在一些传统工业领域推广,而氢燃料电池则处于起步阶段。
同时,部署氢气储能的初始设备投资巨大。除了海上风力发电设备和点解制氢设备外,生产的氢气还需要储存、增压和运输。在短期内,氢气储能的发展速度会比电化学储能慢一些。后续的产业化进程需要各个环节的共同进步,完善基础设施,降低成本。