氢能是现代能源体系的重要组成部分,将深刻影响中国能源应用的前景。氢储能是解决可再生能源消纳和缓解峰谷电差的有效方式之一。
通过电转氢技术可以实现规模化、长期、广域的储能。氢储能或将成为未来重大创新技术,可有效弥补电能存储性能差的短板,有力支撑高比例可再生能源发展,有助于优化能源结构,提升能源系统整体效率,促进能源革命。
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氢储能概述
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目前氢气制取主要有以下三种较为成熟的技术路线:一是化石燃料制氢;二是工业副产氢尾气提纯制氢;三是电解水制氢。
化石能源和副产氢提纯制取的氢气本质来源都是含碳化石原料,无法摆脱碳排放问题;并且这两种技术路线都是从一种易储存的能量物质,转换成另一种可存储的能量物质,不适用于氢储能,也不利于降低排放。
而通过可再生能源电解水制氢,可实现电-氢绿色转换,将不易储存的电能转换为氢能存储起来,实现能源转换和存储。
储能发展的必要性
国家能源局统计结果显示,2019 年底,可再生能源发电装机达到 7.94 亿 kW,占比 39.5%;2019 年可再生能源发电量达 2.04 万亿 kWh,占比 27.9%。
可再生能源快速发展的同时也带来了大量的问题,水力发电的季节性、风光发电的波动性和不确定性,对电力系统资源配置、安全稳定运行提出了更高要求。
2019 年全年主要流域弃水电量 300亿 kWh、弃风电量 169 亿 kWh,弃风率 4%;弃光电量 46 亿 kWh,弃光率 2%。
发展切实有效的大规模储能技术,对消纳弃电、保障电力系统稳定具有重要意义。
储能的种类和特点
下表给出了几种储能方式的综合比较:
注:* 表示电站通常设计使用寿命;** 碱性电解设备寿命15 年,燃料电池发电受制于现阶段的技术成熟度,寿命约 6年,综合取 10 年。
目前较为成熟的储能方式主要有抽水蓄能和电化学储能两大类。抽水蓄能电站需要具有发达的水系和优良的地质条件,并且建设周期长;电化学储能近些年发展迅速,但由于成本较高,电池寿命只有五年左右,并且废旧电池处理面临诸多环保问题.
目前在容量需求小的调频率储能应用较多,大规模调峰储能应用不具有经济可行性。其他方式的储能包括压缩空气储能、电磁储能(超级电容器、超导储能)和热储能等,受制于技术成熟度、成本、效率等方面因素影响,目前难以做到大规模商业化应用。