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氫能在電力系統中的應用

   2021-09-15 氫能觀察張贏87850
核心提示:隨著全球能源系統的電氣化,系統運營商面臨的關鍵挑戰將是實時跟上電力需求,以避免停電。但隨著太陽能和風能的份額增加,匹配變
隨著全球能源系統的電氣化,系統運營商面臨的關鍵挑戰將是實時跟上電力需求,以避免停電。但隨著太陽能和風能的份額增加,匹配變得更具挑戰性:在沒有陽光或沒有風的情況下,如何滿足電力需求?

氫能源現在“流行”的兩個主要原因:一是作為一種化學能源載體,它滿足了可再生能源的存儲和靈活性需求;此外,氫還可用于脫碳困難部門的去碳化,如重工業、卡車運輸、航空或航運。

今年2月10日,國家能源局下發《關于征求21年可再生能源電力消納責任權重》,文件將2030年非化石能源占比的目標具體落實到每一年的消納權重,同時也將消納責任權重納入對各省市的考核。

這表明構建以新能源為主體的新型電力系統,不是一味的追求新增的新能源裝機量,而是以電力消納為衡量,對新能源電力消納提出更高的要求。在技術、成本、政策等推動下,氫能作為電力介質和紐帶成為可能,在高滲透率可再生能源電力系統中扮演著越來越重要的角色。

氫能發電可以用來解決電網削峰填谷、新能源穩定并網問題,還可以提高可再生能源所發電力并網的穩定性和電力系統安全性、靈活性,大幅降低碳排放。目前主要采用氫燃料電池發電技術與新能源耦合發電技術,使用燃料電池發電技術,可以減少對煤炭的使用,減少CO2的排放,且發電效率很高。

氫能既可以通過燃燒產生熱能,在熱力發動機中產生機械功,又可以作為原料應用于燃料電池,還可以轉換成同態氫用作結構材料例。20世紀70年代以來,美國和日本等發達國家加快了氫能發電技術的研究步伐。目前,通過氫能發電在部分發達國家已經陸續進入了建設試點的階段。但對中國電力行業而言.目前仍以火力發電為主,氫能技術的應用較少。

氫能是氫及同位素氘、氚為主體的反應或氫的狀態變化過程中所釋放的能量,氫能可以轉化為電能、機械能和熱能。通過氫能發電機和燃料電池兩種技術手段,均可以實現由氫能向電能的轉化。

氫能發電機特指以氫氣為原料的發電機,原理類似傳統內燃機,經過吸氣、壓縮、爆炸、排氣過程,帶動電機產生電流輸出。氫能發電機是一種環保型的發電設備,具有無噪音、零排放和移動性強的特點。

PEMFC燃料電池是當前在氫能應用領域的研發重點之一。其工作原理為氫氣與氧氣(或空氣)發生電化學反應生成水并釋放出電能,即電解水的逆反應。PEMFC燃料電池的結構與工作原理如下圖,當陽極和陰極分別供給氫氣和氧氣(或空氣)時,在催化劑的作用下,氫氣在陽極上被氧化離解成電子和氫原子。氧氣在陽極上被還原接受電子反應生成水。與此同時,電子在外電路的連接下形成電流,向外部釋放電能。

能源總是互通互融的,能源的變革是相互轉化的結果。由于可為風電等可再生能源大規模開發提供消納保障,氫能的重要性正日益受到地方政府和電網企業的關注。有專家曾表示:“應將氫能生產、運輸、應用,同電力網的源網荷儲協調統一考慮”。

而這一構想,也正在被逐漸提上日程并實踐。今年5月,京能集團與大同市人民政府簽訂綠色能源項目開發協議。雙方將秉持“生態優先、綠色發展、優勢互補、合作共贏”原則,共建大同綠色能源基地,合作推進“源網荷儲”一體化試點項目,合作建設配套電源點項目,規劃建設大同綠氫綜合一體化示范項目,打造綠色氫能“制、儲、運、加、用”一體化的綜合智慧能源服務系統。

此外,由于國家利好政策的不斷出臺,各地方政府也紛紛發力。《鄭州市國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標綱要》中表示,支持抽蓄、風電、光伏、氫能等清潔能源發展,推動風光水火儲一體化和源網荷儲一體化,研究謀劃抽水蓄能電站,加快中廣核登電登封馬嶺山、大金店鎮風電項目建設。

(本文根據網絡信息整理,文中觀點不代表氫能觀察立場) 
 
標簽: 電力
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