近日，天合元?dú)渑c華北電力大學(xué)、中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì)氫能分會(huì)等單位聯(lián)合發(fā)布《光儲(chǔ)氫一體化解決方案藍(lán)皮書(shū)》顯示，隨著氫能行業(yè)的快速發(fā)展，其系統(tǒng)安全和經(jīng)濟(jì)性成為困擾綠氫項(xiàng)目的最大痛點(diǎn)，如何保證光伏、儲(chǔ)能、氫能三個(gè)板塊協(xié)同合作、安全運(yùn)行，同時(shí)又具備一定的經(jīng)濟(jì)性，成為行業(yè)亟需解決的技術(shù)難題。

“在這個(gè)光儲(chǔ)氫一體化解決方案中，我們看到了光伏、儲(chǔ)能和氫能三種關(guān)鍵技術(shù)如何相互補(bǔ)充，形成一個(gè)多元化的能源系統(tǒng)，這為能源轉(zhuǎn)型提供了重要的解決方案。而綠色氫氨醇生產(chǎn)、低碳化工園區(qū)以及社區(qū)光儲(chǔ)氫-氫燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)等，也向我們展示了光儲(chǔ)氫一體化解決方案在不同場(chǎng)景下的可行性和巨大潛力。”中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì)氫能分會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)張宇表示。

綠氫項(xiàng)目投建比例顯著上升

在目前中國(guó)新型能源體系中，光伏已成為最大的電源之一，儲(chǔ)能是構(gòu)建未來(lái)清潔能源體系的基石之一，光伏發(fā)電的波動(dòng)性和間歇性，使得其無(wú)法滿(mǎn)足制氫設(shè)備所需的穩(wěn)定電流，而電化學(xué)儲(chǔ)能則可作為系統(tǒng)的“調(diào)節(jié)劑”，將光伏發(fā)電的峰值電力儲(chǔ)存起來(lái)，在光照不足時(shí)釋放，提供持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)。在這一背景下，光儲(chǔ)氫一體化成為新型能源體系建設(shè)的“主力軍”、推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵路徑，也成為“光儲(chǔ)氫氨醇”順利實(shí)現(xiàn)的先決條件。

從2019年3月首次將氫能寫(xiě)入《政府工作報(bào)告》，至2022年3月國(guó)家發(fā)改委等部門(mén)發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021—2035年)》，再到今年的《政府工作報(bào)告》指出要深入推進(jìn)能源革命，控制化石能源消費(fèi)，加快建設(shè)新型能源體系，我國(guó)目前已形成了較為完善的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展制度政策環(huán)境，也基本構(gòu)建了較為完整的制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加注和應(yīng)用的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。

“光伏、儲(chǔ)能和氫能技術(shù)在過(guò)去幾十年中不斷發(fā)展，成本逐漸降低，經(jīng)濟(jì)效益顯著提升。通過(guò)推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)大，可以催生出更多新興市場(chǎng)和商業(yè)模式。從國(guó)家能源戰(zhàn)略視角看，綜合利用光伏、儲(chǔ)能和氫能對(duì)實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立和安全具有重要意義。三者協(xié)同發(fā)展可以減少對(duì)進(jìn)口化石燃料的依賴(lài)，提高能源自主性和安全性。”天合元?dú)淇偛枚雾槀?duì)新華財(cái)經(jīng)表示。

2023年以來(lái)，我國(guó)綠氫項(xiàng)目投建比例愈發(fā)上漲。數(shù)據(jù)顯示，2023年國(guó)內(nèi)將近20個(gè)電解水制氫示范項(xiàng)目建成及投產(chǎn)，其中可再生能源制氫項(xiàng)目(“綠氫”項(xiàng)目)多達(dá)14個(gè)，制氫裝機(jī)規(guī)模合計(jì)達(dá)到387MW，同比2022年實(shí)現(xiàn)翻倍增長(zhǎng)。同時(shí)，公開(kāi)規(guī)劃在2024年建成的綠氫項(xiàng)目超過(guò)60個(gè)，其中已開(kāi)工綠氫項(xiàng)目制氫裝機(jī)規(guī)模達(dá)2.8GW。

合成氨和甲醇是煤化工行業(yè)最主要的兩個(gè)綠氫應(yīng)用領(lǐng)域，目前世界上絕大部分氨產(chǎn)品均采用從化石燃料中合成氨。我國(guó)是世界上最大的合成氨生產(chǎn)國(guó)，2023年國(guó)內(nèi)產(chǎn)能為7750萬(wàn)噸，占全球、亞洲和東亞產(chǎn)能的比重分別達(dá)到32%、54%和79%。其中4500萬(wàn)噸來(lái)自煤炭，消耗標(biāo)準(zhǔn)煤超過(guò)5000萬(wàn)噸，二氧化碳排放量超過(guò)1.5億噸二氧化碳。假設(shè)4500萬(wàn)噸煤制合成氨的氫都來(lái)自綠氫，則需消耗800萬(wàn)噸綠氫，可減少1.5億噸的二氧化碳排放。

三種關(guān)鍵技術(shù)相互補(bǔ)充

隨著傳統(tǒng)的以煤電為主的可控、連續(xù)發(fā)電模式正在逐步被新能源為主導(dǎo)的發(fā)電模式替代，能源產(chǎn)業(yè)也正在經(jīng)歷一場(chǎng)深刻變革，即生產(chǎn)過(guò)程將更加清潔，消費(fèi)模式轉(zhuǎn)向高度電氣化，能源分配將趨向平臺(tái)化，能源利用效率也在穩(wěn)步提升。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也逐漸由過(guò)去以單向、多級(jí)傳輸為主的傳統(tǒng)電網(wǎng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榘恢绷骰旌系拇笮碗娋W(wǎng)、微電網(wǎng)、局部直流電網(wǎng)以及可調(diào)節(jié)負(fù)荷的能源互聯(lián)網(wǎng)，電力消費(fèi)的負(fù)荷特性也從以往的剛性、單向消費(fèi)型轉(zhuǎn)變?yōu)楦屿`活、兼具生產(chǎn)和消費(fèi)功能。

光儲(chǔ)氫一體化解決方案在發(fā)電端通過(guò)對(duì)比優(yōu)化組件技術(shù)選型，降低LCOE，提升項(xiàng)目收益率，并通過(guò)優(yōu)化組件輔材搭配，減少項(xiàng)目潛在風(fēng)險(xiǎn);在儲(chǔ)能端，通過(guò)矩陣式溫控系統(tǒng)閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)電芯溫差小于2.5℃，提高電芯效率，降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)，并在多維度配有智能監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理安全隱患;在制氫端，通過(guò)加強(qiáng)高壓檢測(cè)，防止堿液或氣體泄漏，減少爆炸風(fēng)險(xiǎn)，并改進(jìn)制氫設(shè)備核心材料和生產(chǎn)工藝，確保氫氣純度和設(shè)備安全。另外，通過(guò)先進(jìn)的能量管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)光伏發(fā)電與負(fù)載之間的平衡，可以根據(jù)預(yù)測(cè)的天氣變化和當(dāng)前電網(wǎng)需求，提前調(diào)整光伏發(fā)電輸出，減小波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。

在實(shí)施案例中，通過(guò)智能控制系統(tǒng)的調(diào)度，形成以光伏發(fā)電、電網(wǎng)托底和儲(chǔ)能作為可再生能源為主的電源，以制氫作為鏈接下游工業(yè)負(fù)荷(化工、煉油、冶金等)核心樞紐的新型能源供應(yīng)鏈模式，可以實(shí)現(xiàn)在電源綠色化、能源網(wǎng)絡(luò)化、儲(chǔ)能多元化，以及降低能源成本、實(shí)現(xiàn)能源多元化等方面的優(yōu)化和整合，從而實(shí)現(xiàn)能源多種周期儲(chǔ)存，能源與負(fù)荷互動(dòng)和智能化管理的可持續(xù)發(fā)展。

從源網(wǎng)荷儲(chǔ)的一體化路徑來(lái)看，多源能源供給能夠聚合工業(yè)園區(qū)負(fù)荷與周邊儲(chǔ)能，光伏為主、風(fēng)力為輔的集中式可再生能源發(fā)電基地與國(guó)家電網(wǎng)形成多能互補(bǔ)的供電模式，為“綠色低碳”運(yùn)行提供了綠色、安全、穩(wěn)定的電力保障;電網(wǎng)側(cè)可根據(jù)負(fù)荷用能聚合情況以光伏為主的可再生能源發(fā)電為主+大電網(wǎng)為輔+多元化儲(chǔ)能的方式，同時(shí)利用長(zhǎng)時(shí)+短時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)再生能源的余電進(jìn)行儲(chǔ)存消納和大電網(wǎng)的富裕的“谷電”儲(chǔ)能，滿(mǎn)足“削峰填谷”需求響應(yīng)，減少對(duì)大電網(wǎng)的依賴(lài)與沖擊。

在負(fù)荷側(cè)，以電解水制氫為樞紐的工業(yè)負(fù)荷具備進(jìn)行多類(lèi)型聚合、柔性可控的負(fù)荷側(cè)自我調(diào)節(jié)能力，通過(guò)柔性電解水制氫與儲(chǔ)氫對(duì)工業(yè)園區(qū)負(fù)荷進(jìn)行廣泛的聚合互聯(lián)、融合互動(dòng)、實(shí)現(xiàn)電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)的互動(dòng);最后在儲(chǔ)能側(cè)，“光儲(chǔ)氫一體”聚合了多樣性的儲(chǔ)能方式，電化學(xué)儲(chǔ)能以短時(shí)，功率型儲(chǔ)能調(diào)節(jié)作用為主，氫儲(chǔ)能則以長(zhǎng)周期(周、月)容量型儲(chǔ)能調(diào)節(jié)為主。

據(jù)悉，天合集團(tuán)將在內(nèi)蒙古東部建設(shè)的西北光儲(chǔ)氫化工園區(qū)，就由發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電解制氫系統(tǒng)以及合成甲醇系統(tǒng)組成，為保證供電連續(xù)性，在光伏發(fā)電基礎(chǔ)上增加了部分風(fēng)力發(fā)電，以綠氫消納綠電、綠甲醇消納綠氫的模式，通過(guò)實(shí)施風(fēng)光制氫一體化、源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化等消納主體，充分發(fā)揮了新能源、負(fù)荷、儲(chǔ)能的協(xié)調(diào)互濟(jì)能力，實(shí)現(xiàn)了制氫合成甲醇負(fù)荷與新能源發(fā)電智慧協(xié)同。