劃重點氫儲能系統關鍵技術介紹,在可再生能源高占比的電力系統中,棄風棄光問題隨著風電、光伏裝機總容量的不斷增加而日益突出。由于風電、光伏出力的預測準確程度有限,其出力隨機性會對電網造成一定沖擊。
氫儲能系統可利用新能源出力富余的電能進行制氫,儲存起來或供下游產業使用;當電力系統負荷增大時,儲存起來的氫能可利用燃料電池進行發電回饋電網,且此過程清潔高效、生產靈活。
當前氫儲能系統的關鍵技術主要包含制氫、儲運氫和燃料電池技術3個方面:
1、制氫
利用可再生能源發電制氫是氫能制備的重要途徑,制氫成本約為1.1~2.2元/m3,對比煤制氫0.69~1.18元/m3和天然氣制氫0.8~1.7元/m3,優勢并不明顯,但因其為“綠氫”,綜合價值較高。
目前電解水制氫主要分為堿水電解、固體氧化物電解和PEM(ProtonExchangeMembrane,簡稱PEM)純水電解技術3種。
其中,堿水電解制氫發展成熟、商業化程度高、成本較低,是可再生能源制氫項目的方式。河北沽源風電制氫項目(200MW風電、10MW制氫)的建成、吉林舍力風光制氫儲能示范項目(50MW風電、1MW制氫和1MW/(MW·h)儲能)的核準批復均對提高可再生能源消納、促進氫儲能系統發展起到促進作用。未來隨著可再生能源規模化裝機及電解水能源轉換效率的提高,“綠氫”制造成本會呈現持續下降趨勢。
2、儲運氫
儲運氫技術作為氫氣從生產到利用過程中的橋梁,至關重要。可通過氫化物的生成與分解儲氫,或者基于物理吸附過程儲氫。
氫能源具有質量能量密度大但體積能量密度小的特點,制約其儲運技術發展的關鍵在于兼顧安全、經濟的前提下,提高氫氣的能量密度。
綜合當前行業情況分析,高壓氣態儲氫技術成熟、成本較低、應用最多,但并非方案。有機液態儲氫憑借其安全性、便利性及高密度的特點,具有較大發展潛力,是當前研究的重要方向。此外,基于我國現有的天然氣管道進行氫氣的傳輸是否可行,也是值得探討的課題。
3、燃料電池
燃料電池通過電化學反應將氫氣的化學能直接轉化為電能,清潔無污染,能量轉化效率高,是氫能源的利用方式,在全球范圍內具有廣闊的應用前景。
燃料電池類型主要包括堿性電解質、質子交換膜、磷酸、熔融碳酸鹽和固體氧化物燃料電池,區別在于電解質和工作環境溫度不同,適合的應用場景也有差異。
各類型燃料電池相比較,質子交換膜燃料電池發電效率為 40%~50%,啟動快,比功率高,結構簡單,處于商業化前沿,在可再生能源領域的氫儲能系統中應用較多。
固體氧化物燃料電池發電效率為55%~65%,余熱利用價值高,熱電聯供效率高,但運行溫度高,啟動速度較慢,適用于熱電聯供模式。
近年來我國氫能燃料電池技術整體上取得了長足發展,但存在主要部件依賴進口、電堆和系統可靠性需提高、標準體系需健全完善等問題,仍是制約氫儲能系統發展的關鍵因素。
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