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氢蓝专题 | “氢”装上阵,“储”能未来

2024-04-24 18:20:33
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新型储能介绍

近年来,受“双碳”目标推动,我国能源发展持续向“绿”。风电、光伏等可再生能源装机规模和发电量持续增长,非化石能源消费占比不断提升。2023年底,我国发电装机量超过29亿千瓦,风光发电装机已超过10亿千瓦,发电量占比18.5%。未来风光新增装机还将快速增长,预计2030年装机量达到22亿千瓦,发电量超过40%。

可再生能源的间歇性、波动性对传统电网提出了新要求。根据IEA(国际能源署)研究,间歇性能源(风光发电)占比低于15%时,对电网冲击较小;占比在15%-25%时,对电网冲击较大,需通过引入储能电源来调峰调频;占比超过25%,为保证电网稳定性,所有电厂都必须配置储能系统。

2023年我国最高用日电负荷达到13.4亿千瓦,新能源最大日功率波动超过3亿千瓦,占最大负荷的22%。预计到2060年,全国最高用电负荷将达到40亿千瓦,新能源每日的最大功率波动达到16亿千瓦,占最大负荷的40%。我国建设以新能源为主体的新型电力系统,配备新型绿色储能解决方案是必备条件,新型电力系统离不开新型储能的强有力支撑。

新型储能(抽水蓄能之外的储能方式)作为战略性新兴产业,能够消纳可再生能源产生的盈余电力,并储存至电力短缺时释放,通过大规模、长时储能平滑可再生能源的季节性波动,是提升电力系统调节和支撑能力的重要手段。

近年来我国新型储能产业实现快速增长。国家能源局的数据显示,截至2023年底,全国已经建成投运新型储能项目累计装机规模达3139万kW/6687万kWh,平均储能时长2.1小时。2023年新增装机规模约2260万kW/4870万kWh,较2022年底增长超过260%。根据中关村储能产业技术联盟发布的《储能产业研究白皮书2024》,未来两年,新增储能装机仍呈快速增长态势,将超额完成目前各省的规划目标。理想场景下,预计2030年新型储能累计装机规模将达到313.9GW,2024—2030年复合年均增长率为37.1%,年平均新增储能装机规模为39.9GW,抽水蓄能装机占比有望低于50%,新型储能将迎来历史性时刻。

氢储能在新型储能中的定位和意义

储能即储存能量,根据能量形式的不同,储能又可以分为电储能、热储能和氢储能三类。现有的储能系统主要分为五类:机械储能、电化学储能、电磁储能、热储能和化学储能。机械储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能等;电化学储能主要包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池和液流电池;电磁储能包括超级电容器储能和超导储能;热储能是将热能储存在隔热容器的媒介中,适时实现热能直接利用或者热发电;化学储能是指利用氢等化学物作为能量的载体。

氢储能系统是新型储能的重要组成部分,其特点和优势在于大容量、长周期、跨区域,被认为是能够良好匹配可再生能源电力的储能方式。氢是一种高效清洁的能源载体,能量密度高且零碳,氢储能系统能够以月度或季度的长周期储存能量。区别于其他储能方式,氢储能受地理因素限制较小,还可通过增加储氢罐的尺寸,以较低的边际成本实现大规模长时储能。此外,氢的跨区域运输比较容易(对于固定式电池几乎不可能),且作为化工原料已经广泛使用于各种下游应用场景。

氢储能技术是利用电力和氢能的互变性而发展起来的。氢储能既可以储电,又可以储氢及其衍生物(如氨、甲醇)。狭义的氢储能是基于“电 ‒ 氢 ‒ 电”(Power-to-Power,P2P)的转换过程,主要包含电解槽、储氢罐和燃料电池等装置。利用低谷期富余的新能源电能进行电解水制氢,储存起来或供下游产业使用;在用电高峰期时,储存起来的氢能可利用燃料电池进行发电并入公共电网。广义的氢储能强调“电 ‒ 氢”单向转换,以气态、液态或固态等形式存储氢气(Power-to-Gas,P2G),或者转化为甲醇和氨气等化学衍生物(Power-to-X,P2X)进行更安全地储存。

从产业发展看,氢储能是氢能最具前景的应用方向,也是可再生电力为主导的电网系统中最理想的长期储能方式和灵活发电的清洁能源。从技术路线看,氢储能跟电化学储能直接产生的竞争区域不大,更多的是互补关系,“氢储能+电化学储能”是未来新型储能产业发展的主流路径,在碳中和时代背景下前景无限。

氢蓝时代的氢储能布局

氢蓝时代精准研判行业发展趋势,成立氢能事业部布局多领域氢能应用,以大功率燃料电池系统为抓手,重点开拓氢储能发电业务。

2022年2月,聘请中国工程院院士、英国皇家工程院士,电动汽车、智慧能源领域的专家——陈清泉院士正式出任氢蓝时代能源战略首席顾问。同年引入行业专家布局氢储能发电业务;成立氢能研究院,研发推出智慧氢能解决方案及标准化产品,成为氢能行业内最早布局的企业之一。

2023年,哈尔滨生物制氢+氢能发电、新疆光伏制氢+交通&电力应用等项目顺利投产运营,多个MW级以上发电项目稳步推进。

2024年初,氢蓝时代正式成立氢能事业部,继续深度拓展氢能发电应用场景,进一步提升兆瓦级发电产品的竞争力,同时启动PEM电解水制氢项目开发:一方面,补齐公司在氢储能业务产品矩阵中制氢环节的空白,在绿电+绿氢是未来主流趋势下,前瞻布局预计2026年后爆发的制氢业务万亿大市场;另一方面,可进一步完善公司氢储能产品链,提供氢能制储用一体化解决方案,推动公司全力抢占氢能领域发展制高点。

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