12月3日～11日，安徽中部地區(qū)下了連續(xù)數(shù)日的綿綿細雨，大大小小的光伏電站出力受到影響。可在工程師夏鵬看來，新型電力系統(tǒng)建設(shè)中面對的這種“風(fēng)光”不穩(wěn)定甚至偶爾“開小差”情況，未來極有可能通過氫儲能的規(guī)?；瘧?yīng)用得到解決。
夏鵬是安徽六安供電公司負責(zé)新能源業(yè)務(wù)的技術(shù)專家，也是國內(nèi)首座兆瓦級氫能綜合利用示范站的運營管理負責(zé)人。他的手中握有一張新“牌”，可以幫助電網(wǎng)削峰填谷——氫儲能。
削峰填谷是目前保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行、支撐清潔能源大規(guī)模發(fā)展的底層技術(shù)邏輯之一。為了把低谷時段的富余電力儲存起來，到用電高峰再釋放，近年來，大批儲能項目應(yīng)運而生。
通過技術(shù)突破，在抽水蓄能等傳統(tǒng)儲能方式之外開辟新的儲能方式，正成為新型電力系統(tǒng)的新賽道。氫儲能模式近年來越發(fā)受到關(guān)注，這種模式是利用富余、非高峰時段的電能來大規(guī)模制氫，將電能轉(zhuǎn)化為氫能儲存起來，在電力輸出不足時利用氫燃料電池或其他方式將氫能轉(zhuǎn)換為電能，輸送上網(wǎng)并發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。
然而，我國氫能尚處于規(guī)?；瘜?dǎo)入期。盡管各地陸續(xù)發(fā)布了不少支持氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)規(guī)劃和政策，但關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系支撐較為薄弱，尤其在突破氫儲能量級瓶頸方面缺少技術(shù)和裝備驗證，也尚未形成統(tǒng)一有序的產(chǎn)業(yè)管理機制。如何加快培育氫能產(chǎn)業(yè)，助力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，值得深入思考和探索實踐。
2019年起，國網(wǎng)安徽省電力有限公司先行先試，投資建設(shè)六安兆瓦級氫能綜合利用示范站，開展兆瓦級“制氫-儲氫-氫能發(fā)電”的全鏈條技術(shù)試驗、驗證。
參與示范站建設(shè)的技術(shù)研發(fā)帶頭人、安徽電力科學(xué)研究院的滕越博士介紹，示范站的工作原理是“用水發(fā)電”，是實現(xiàn)“綠電到綠氫再到綠電”的過程。研發(fā)階段沒有任何先例和標(biāo)準(zhǔn)可供參考，團隊進行了上千次實驗，980多張技術(shù)圖紙鋪滿了實驗室。經(jīng)過大量計算、比對、論證、試驗，團隊首創(chuàng)了大功率低能耗氫電轉(zhuǎn)換核心裝備技術(shù)，開發(fā)了整站安全預(yù)警與防護技術(shù)，實現(xiàn)了對氫氣泄漏的早期預(yù)警與事故預(yù)防，還在國內(nèi)首次實現(xiàn)兆瓦級“制氫-儲氫-氫能發(fā)電”全鏈條技術(shù)貫通和滿功率運行。
2022年7月，國內(nèi)首座兆瓦級氫能綜合利用示范站——六安兆瓦級氫能綜合利用示范站經(jīng)過3年試驗研究建設(shè)，正式投運。這標(biāo)志著通過大容量儲氫發(fā)電的思路從實驗室走向了實證階段。
示范站的儲氫系統(tǒng)主要包含氫氣壓縮機和儲氫罐，采用氣態(tài)存儲方式。制氫系統(tǒng)制出的常壓氫氣通過氫氣壓縮機加壓至20兆帕后送至儲氫罐中。該站設(shè)有1個大型儲氫罐，可長周期儲存2000標(biāo)準(zhǔn)立方米的氫氣，整罐氫氣可供連續(xù)發(fā)電3個小時。用電低谷時，示范站用電制氫并儲存在儲氫罐中，到了用電高峰時再利用氫燃料電池發(fā)電。這既發(fā)揮了氫氣的儲能作用，又利用峰谷電價差獲得收益。
夏鵬介紹，氫儲能在制氫、儲氫、發(fā)電的各個環(huán)節(jié)都體現(xiàn)出便捷、清潔的理念。不同于傳統(tǒng)的大規(guī)模抽水蓄能電站、化學(xué)電池儲能電站，氫儲能作為新型儲能方式，將短時富余電能轉(zhuǎn)化為大容量、長周期存儲的氫氣，利用儲氫罐進行儲存，在需要時用來發(fā)電。氫能站占地面積小，氫氣在儲氫罐中可以隨時用于發(fā)電，且設(shè)備啟動迅速。
示范站在今年迎峰度夏期間發(fā)揮作用。7月23日20時，六安供電公司調(diào)度控制中心通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)110千伏示范區(qū)變電站的一條10千伏線路負荷迅速增長，即將達到過載上限值，這條線路正是示范站所在的開關(guān)站主供線路。就在負載率達95%之時，氫能站微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)迅速下達了氫能站發(fā)電運行指令。不到2分鐘，氫燃料電池發(fā)電功率就從0攀升至1009千瓦。示范站持續(xù)發(fā)電2小時，直至線路負載率下降至78%，完成了頂峰任務(wù)。
如今，示范站與周邊各類電源、可控負荷共同組成了柔性互聯(lián)系統(tǒng)，形成一個相對穩(wěn)定、柔性的微電網(wǎng)。六安供電公司還研發(fā)了與之配套的微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，通過典型模式設(shè)計，基于微電網(wǎng)運行的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)多運行模式的智能切換，以應(yīng)對不同場景的需求。該系統(tǒng)還能記憶歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測負荷變化趨勢，調(diào)整制氫和發(fā)電模塊的響應(yīng)時間和可控負荷狀態(tài)，與電網(wǎng)側(cè)發(fā)用電曲線實現(xiàn)靈活精確互補。示范站今年迎峰度夏期間共參與電網(wǎng)調(diào)峰16次，隨著運行控制策略不斷優(yōu)化，迎峰度冬期間預(yù)計可參與調(diào)峰20次。
夏鵬認(rèn)為，未來，新型電力系統(tǒng)如果配備更多氫儲能，電網(wǎng)柔性調(diào)度能力將會大大提升。“如果這個站的規(guī)模再放大約100倍，就可以滿足六安電網(wǎng)春秋、冬夏跨季度調(diào)節(jié)的需要。”
《中國氫能產(chǎn)業(yè)展望報告》分析，可再生能源制氫將成為我國主力氫源。隨著可再生能源的規(guī)模發(fā)展，以及綠電制氫技術(shù)裝備的快速迭代，到2040年可再生能源制氫占比將增至50%。長期看，氫能是需求側(cè)終端推動工業(yè)、交通、建筑、電力等難脫碳領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)減碳目標(biāo)的關(guān)鍵，2060年有望貢獻10億噸級碳減排解決方案。
在此趨勢下，氫能綜合利用電站模式的推廣，將對提升電網(wǎng)源荷匹配性發(fā)揮作用。
目前，示范站運維團隊正為推廣示范站量身定制新的經(jīng)營管理方式。2023年11月，示范站取得安徽省首張“制氫加氫一體站”經(jīng)營許可證。在當(dāng)?shù)卣姆e極推動下，示范站與一家氫能企業(yè)合作，除了滿足站內(nèi)儲氫、發(fā)電需求，其生產(chǎn)的高純度氫氣還被銷售出去，成為城市氫能公交、氫能環(huán)保車等交通工具的新能源?？梢灶A(yù)見，未來隨著碳稅市場、電力調(diào)峰市場的發(fā)展，示范站的主要收益將來自售氫收益、發(fā)電收益、調(diào)峰補貼、需求響應(yīng)補貼等。
“制氫站+加氫站”的方式，還為氫能源車在交通領(lǐng)域的普及探索出新的經(jīng)營組合模式。“這是一個巨大的市場，也是一條嶄新的綠色賽道。”夏鵬說。(翁懷龍)
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