同濟大學教授、上海氫能利用工程技術研究中心副主任張存滿指出,氫能的開發涉及制取、儲存、運輸、利用等環節。依托燃料電池技術,目前氫能已經被廣泛應用于交通、電力、熱力、燃氣等社會領域。但是,氫能系統在應用過程中還存在一些技術上的制約。
可再生能源發展面臨四大挑戰
2014年11月,國務院印發《能源發展戰略行動計劃(2014-2020年)》(下文稱《行動計劃》),明確提出到2020年,我國非化石能源占一次能源消費比重要達到15%。其中,常規水電裝機力爭達到3.5億千瓦左右,風電裝機達到2億千瓦,光伏裝機達到1億千瓦。
張存滿教授表示,水電在技術和運行模式上均比較成熟,風電近兩年的發展速度也較快,相較而言,光伏領域發展面臨較大壓力。目前,可再生能源的利用水平還不太高,而《行動計劃》中也明確提出,要“加強電源與電網統籌規劃,科學安排調峰、調頻、儲能配套能力”。
以風電為例,從2011年開始,我國風電的增長速度和總裝機量已經躍居世界第一,截至2014年底,全球風電裝機規模達到365GW,而我國并網的風電達到96GW,所占份額較大。但是與此同時,風電的棄電率也一直高居不下,近幾年來風電棄電率均超過了10%。
張存滿教授認為,可再生能源在發展過程中還存在諸多挑戰:
第一,我國由于資源分布不均造成的矛盾較為突出,發電中心和用電負荷中心脫節嚴重。目前我國的風電主要集中在西北、華北、東北三個地區,占全國風電裝機容量的80%。但是,我國電力負荷則主要集中在經濟發達、耗能更多的華東、華南地區。因此,要大力發展風電,長距離電力輸送不可避免。
第二,由于風電具有一定的間歇性、隨機性,因此缺少儲能調節的風電會對電網安全造成不利影響,尤其是當風電在當地電網中的輸送比例超過10%時,對電網的安全性影響會加大。
第三,電網建設是長期的、復雜的、全局性的,因此與可再生資源的發電速度相比,電網建設規劃發展速度相對較慢,在跨區域調度時就容易出現矛盾,且短期內難以調和。
第四,可再生能源的發展直接與傳統火電形成了競爭。由于電網中增加了具有波動性的可再生能源電力,調峰谷的壓力都集中在傳統的火電、水電上,造成電網運行效率下降。
氫儲能技術破解輸電難題
據了解,德國在發展可再生能源的過程中,也曾經遇到了發電、用電中心脫節的難題——德國風電廠主要集中在北部,而用電中心集中在南部。為了緩解這一矛盾,德國最終將電力轉變為氫氣,然后再進入到能源環節,以氫儲能的方式來替代直接輸電。
張存滿教授認為,氫儲能技術在實際應用中,制取、存儲、運輸、終端使用等環節都必不可少。不論使用哪種可再生能源發電,從技術上講都會優先選擇直接并網。但是,技術上一旦出現難以輸送的情況,還是希望能將多余電力存儲起來。與傳統的電池儲能不同,氫儲能通過電解水制氫的方式,將能源以氣態燃料的方式存儲起來,可以用在化工、氫電池汽車、加氣站等更多的場合。使用這種方式,一方面有利于就地應用,另一方面,借助天然氣管網技術也可以實現遠距離運輸。
張成滿教授坦言,目前氫儲能系統在應用過程中還存在一些技術上的制約因素。
首先,寬功率波動適應性的高效電解制氫技術還有待發展。無論是制氫效率、安全性,還是整個系統的集成技術,目前都還需要進一步調整;第二,作為一個產業,氫儲能目前還需要實現低成本、大型化;第三,需要提高氫儲能系統與風電場的適配性及集成技術;第四,協調氫儲能系統與電網的綜合調峰控制;第五,需要進一步發展大規模、低成本的氫氣輸運技術;第六,氫儲能應用終端推廣技術;第七,需要綜合考慮整個制氫技術的成本與應用經濟學的協調性。
氫儲能發展現狀及可行性分析
目前,氫儲能已被多個國家和地區列為了國家能源體系的重要組成部分。
在歐洲,現在已由德國牽頭將氫能列入歐盟能源體系,尤其是在2013年后,德國已經開發運行了十多個氫儲能示范項目;美國近年來在大力推動發展燃料電池;日本更是氫能源開發利用的擁躉,并為此投入了大量時間和資金;韓國從2000年開始,也在這一領域開始發力。
值得一提的是,日本和德國在氫燃料電池汽車領域已經進入了商業化階段。本田、豐田、寶馬等企業已經推出了多款燃料電池汽車,未來發展形勢也很好。
從國內情況看,我國電解水制氫技術的基礎較好,包括零部件控制、集成等方面的相關產業鏈也在逐步形成。張存滿教授表示,氫儲能技術壁壘較高,我國目前還需要解決核心技術難題,才能加速發展。
此外,張存滿教授認為,在氫儲能項目中最為敏感的就是電價因素。由于我國現行的電價相對較低,而氫氣價格則相對較高。即便是使用電解水制氫的方式,也具備一定的盈利空間。此外,我國對風電、光伏等新能源發電還有一定的補貼,因此現階段發展氫儲能的經濟效益比較可觀,具備一定的經濟性。
責任編輯: 李穎