中國儲能網訊：近日，國家能源局發(fā)布前三季度可再生能源裝機規(guī)模數據：全國可再生能源新增裝機1.72億千瓦，同比增長93%，占新增裝機的76%，其中，風電新增裝機3348萬千瓦，光伏發(fā)電新增裝機12894萬千瓦，占新增裝機比例70%以上。新能源裝機占比的提升，一方面，是我國踐行碳達峰碳中和目標的重要舉措，另一方面，新能源出力的間歇性、隨機性、波動性將為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)，儲能市場將迎來發(fā)展爆發(fā)。
儲能為新型電力系統(tǒng)提供柔性支撐
為應對全球氣候變化，我國在聯(lián)合國一般性辯論中提出“力爭于2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和”的目標。我國二氧化碳排放中，能源消費占比約90%，其中，電力行業(yè)在能源行業(yè)占比最高，達到40%以上，電力行業(yè)低碳轉型是推動雙碳目標的關鍵。
按照國家發(fā)改委出臺的《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》、《2030年前碳達峰行動方案》要求，終端能源消費非化石能源占比由2020年的15%提升到2030年25%、2060年達到80%。根據《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，預計到2030年，非化石能源消費占比25%左右和光伏、風電裝機容量達到12億千瓦以上，發(fā)電量占比不斷增加，其間歇性、隨機性、波動性特點，改變了以穩(wěn)定可調控電源應對負荷需求變化的模式，快速消耗電力系統(tǒng)靈活調節(jié)資源。因此，我國提出構建具有安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合四大特征的新型電力系統(tǒng)。
《新型電力系統(tǒng)藍皮書》提出，推動多時間尺度儲能技術規(guī)?；瘧?。針提出儲能技術的發(fā)展目標，2030年前，重點滿足系統(tǒng)日內平衡調節(jié)需求；2045年前，規(guī)模化長時儲能技術取得重大突破，滿足日以上平衡調節(jié)需求；2060年前，儲電、儲熱、儲氣、儲氫等覆蓋全周期的多類型儲能協(xié)同運行，能源系統(tǒng)運行靈活性大幅度提升。
氫能在長時儲能場景發(fā)揮重要作用
電力儲能形式有抽水蓄能、熔融鹽儲熱、新型儲能，其中新型儲能包括氫儲能、鈉離子電池、鉛酸電池、液流電池、超級電容、飛輪儲能、壓縮空氣等，不同儲能形式的技術特點及適用場景，如下圖所示。
抽水蓄能技術成熟，儲能容量大，是長時儲能的重要手段，累計裝機占我國儲能總量的77%，建設選址受地理條件影響較大；壓縮空氣儲能，儲能容量大、投資相對較小，是長時儲能的重要手段，被列為“十四五”新型儲能核心技術裝備攻關重點方向之一，建設選址受地理條件影響較大；電化學儲能技術成熟，裝機增長較快，是分鐘至小時級儲能手段；飛輪儲能，能量密度高、充放次數多、使用壽命長、存儲時間短；超級電容儲能，初投資大、功率高、充放電快、能量密度低。
短時間儲能側重保證電力系統(tǒng)在瞬時干擾下保持平衡等電網安全問題，而長時儲能一般側重實現(xiàn)峰谷供需平衡的問題。截止到2022年，風電裝機3.65億千瓦、太陽能裝機3.93億千瓦，發(fā)電量占全社會用電量的13.4%，未來裝機占比會進一步提高。新能源發(fā)電“春秋多、冬夏少”的出力分布將進一步增加冬、夏季節(jié)電力“保供”的難度，長時儲能作為可以實現(xiàn)長期存儲能源并經濟的維持數小時、數天乃至數月電力供應的技術方案，將逐漸成為調控高比例可再生能源電力系統(tǒng)困境的解決方案。
氫具有清潔低碳、安全可控、用途廣泛、儲運靈活等特性的屬性?？衫酶挥嗟?、非高峰的或低質量的電力來大規(guī)模制氫，將電能轉化為氫能儲存起來，然后再在電力輸出不足時利用氫氣通過燃料電池或其它方式轉換為電能輸送上網，實現(xiàn)調峰填谷。狹義氫儲能是基于“電-氫-電”的雙向轉換過程，利用谷期富余的新能源電能進行電解水制氫并儲存，用電高峰時，存儲的氫發(fā)電返回電網；廣義氫儲能強調“電-氫”或“氫-電”的單向轉換過程。
在發(fā)電側，氫儲能可在“電-氫-電”轉換過程中，促進可再生能源消納，平抑出力波動、縮小與計劃出力的誤差；在電網側，氫儲能可參與調峰輔助、負載均衡；在用戶側，可作為靈活性自愿參與需求響應，用于峰谷套利，或作為備用電源以及離網電源使用。
氫儲能區(qū)別于其他儲能方式，受地理因素限制較小，可通過增加氫氣儲罐尺寸，以較低的邊際成本，獨立于發(fā)電和制氫的規(guī)模而擴大其儲能能力，其儲能規(guī)模和周期遠超過壓縮空氣和抽水蓄能。在面對極端天氣(連續(xù)多天無風無光)、自然災害或突發(fā)事件影響電網供電情況下，可通過氫能發(fā)電應對區(qū)域民生等用電需求問題，增強重要用戶供應保障能力，增強電力供應的韌性。
氫能既可以與電網融合協(xié)同，在新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮儲能的柔性支撐作用，也可以在電網之外，單獨組成氫能輸運供應網絡，自成體系，獨立運營，應用于工業(yè)、交通、建筑、電力等領域。
氫儲能將成為長時儲能的重要解決方案
目前氫儲能已具備完整產業(yè)鏈，示范項目取得階段性成果，未來氫儲能發(fā)展前景廣闊。
氫能裝備技術水平不斷提升，具備支撐氫儲能產業(yè)規(guī)?；l(fā)展的能力。
以氫能為核心的化學儲能系統(tǒng)涵蓋了氫氣制備、儲存與運輸、氫氣發(fā)電。制氫方面：堿性電解水制氫技術具有國際先進水平且成本優(yōu)勢明顯，質子交換膜電解水制氫技術跟跑國際先進水平，具備催化劑、膜電極等關鍵材料部件研發(fā)制造能力，PEM兆瓦級制氫設備下線應用；儲運方面：以高壓儲運為主，35MPa車載III型瓶及45MPa站用儲氫容器已量產，70MPa車載III瓶已有示范應用，VI瓶已完成研制尚未商業(yè)化應用。儲氫瓶關鍵材料大絲束碳纖維的實現(xiàn)了國產化突破，固定儲氫瓶組性能指標基本達到國際先進水平，氫氣運輸長管拖車正在從20MPa等級向30MPa及以上壓力等級發(fā)展，低溫儲氫技術已有1.5噸/天液氫裝備示范應用，多種技術路線的固態(tài)和液體儲運技術在研發(fā)之中；燃料電池方面：質子交換膜、氣體擴散層技術水平逐步提升、催化劑技術處于跟跑國際先進水平，已初步實現(xiàn)小批量生產。膜電極、雙極板、空氣壓縮機、氫氣循環(huán)泵等核心部件國產化進程加快，正快速縮小與國際先進水平的差距。電堆與系統(tǒng)集成水平大幅提升，并向大功率、長壽命、低成本方向發(fā)展，技術和性能對標國際先進水平，并有批量化制造能力。
氫能市場規(guī)模位居全球前列，示范項目不斷落地、基礎設施建設進度加快，多元化供應、自主可控的氫能市場正逐步形成。
中國是全球最大的氫能市場。2021年，全球氫能產量9400萬噸，中國年制氫產量約3300萬噸，其中，煤制氫、工業(yè)副產氫、天然氣制氫及電解水制氫分別占比62%、18%、19%、1%。
氫能在交通、化工、冶金、儲能、建筑等領域的示范項目取得階段性進展。建成加氫站超過350座，氫燃料電池汽車保有量接近13000輛，位居世界前列；有超過100個規(guī)劃、在建和運營的電解水制氫項目，制氫總規(guī)模12.1GW，中國石化新疆庫車綠氫示范、三峽納日松光伏制氫等項目順利投產；河鋼120萬噸氫冶金示范工程建投運，指標達到世界領先水平；國內首座兆瓦級氫能綜合利用示范站在徽六安正式投運；北京、天津等地出相繼臺相關專項政策，支持熱電聯(lián)供研究及示范應用。氫能示范項目的不斷落地，推動產業(yè)規(guī)模進一步擴大。
氫能跨區(qū)域運輸基礎設施建設進程正在加快。中石化提出的“西氫東送”管道作為我國首條跨省區(qū)、大規(guī)模、長距離的純氫輸送管道規(guī)劃項目，被納入《石油天然氣“全國一張網”建設實施方案》；中國石油在寧夏銀川寧東天然氣摻氫管道示范平臺，實現(xiàn)在397公里天然氣管道摻氫24%，利用現(xiàn)有天然氣管道長距離輸送氫氣的技術獲得突破?？鐓^(qū)域氫氣運輸管網體系將解決氫氣制、用空間錯位問題，助力氫能產業(yè)的快速發(fā)展。
氫儲能具有明顯的規(guī)?；杀緝?yōu)勢，電化學儲能的投資成本約為2000元/kwh，以2MPa中壓球罐為例，氫儲能的投資成本約為100元/kwh，若采用常壓氣柜形式儲能，投資成本將成倍下降，儲能成本具有明顯優(yōu)勢，雖然氫儲能系統(tǒng)面臨諸多挑戰(zhàn)，包括“電-氫-電”轉化過程效率較低、氫儲能系統(tǒng)投資成本較高、在“一天一充一放”或“一天兩充兩放”的套利模式下經濟效益較差等問題，未來隨著技術水平提升與盈利模式的完善，氫儲能系統(tǒng)經濟性將提升。
預計到2060年，全社會總用電量為17萬億千瓦時，長時儲能規(guī)模將達到1.5萬億千瓦時，氫儲能作為長時儲能的重要方式，將成為新型電力系統(tǒng)的重要組成部分，支撐碳中和目標的實現(xiàn)。
（本文作者系國家電投集團山東電力工程咨詢院有限公司劉玉昌）
