近日，天合元氫與華北電力大學(xué)、中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進會氫能分會等單位聯(lián)合發(fā)布《光儲氫一體化解決方案藍(lán)皮書》顯示，隨著氫能行業(yè)的快速發(fā)展，其系統(tǒng)安全和經(jīng)濟性成為困擾綠氫項目的最大痛點，如何保證光伏、儲能、氫能三個板塊協(xié)同合作、安全運行，同時又具備一定的經(jīng)濟性，成為行業(yè)亟需解決的技術(shù)難題。

“在這個光儲氫一體化解決方案中，我們看到了光伏、儲能和氫能三種關(guān)鍵技術(shù)如何相互補充，形成一個多元化的能源系統(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)光儲氫-氫燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)等，也向我們展示了光儲氫一體化解決方案在不同場景下的可行性和巨大潛力。”中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進會氫能分會秘書長張宇表示。

綠氫項目投建比例顯著上升

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

從2019年3月首次將氫能寫入《政府工作報告》，至2022年3月國家發(fā)改委等部門發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》，再到今年的《政府工作報告》指出要深入推進能源革命，控制化石能源消費，加快建設(shè)新型能源體系，我國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、儲運、加注和應(yīng)用的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。

“光伏、儲能和氫能技術(shù)在過去幾十年中不斷發(fā)展，成本逐漸降低，經(jīng)濟效益顯著提升。通過推動技術(shù)進步和市場規(guī)模擴大，可以催生出更多新興市場和商業(yè)模式。從國家能源戰(zhàn)略視角看，綜合利用光伏、儲能和氫能對實現(xiàn)能源獨立和安全具有重要意義。三者協(xié)同發(fā)展可以減少對進口化石燃料的依賴，提高能源自主性和安全性。”天合元氫總裁段順偉對新華財經(jīng)表示。

2023年以來，我國綠氫項目投建比例愈發(fā)上漲。數(shù)據(jù)顯示，2023年國內(nèi)將近20個電解水制氫示范項目建成及投產(chǎn)，其中可再生能源制氫項目(“綠氫”項目)多達14個，制氫裝機規(guī)模合計達到387MW，同比2022年實現(xiàn)翻倍增長。同時，公開規(guī)劃在2024年建成的綠氫項目超過60個，其中已開工綠氫項目制氫裝機規(guī)模達2.8GW。

合成氨和甲醇是煤化工行業(yè)最主要的兩個綠氫應(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。我國是世界上最大的合成氨生產(chǎn)國，2023年國內(nèi)產(chǎn)能為7750萬噸，占全球、亞洲和東亞產(chǎn)能的比重分別達到32%、54%和79%。其中4500萬噸來自煤炭，消耗標(biāo)準(zhǔn)煤超過5000萬噸，二氧化碳排放量超過1.5億噸二氧化碳。假設(shè)4500萬噸煤制合成氨的氫都來自綠氫，則需消耗800萬噸綠氫，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)歷一場深刻變革，即生產(chǎn)過程將更加清潔，消費模式轉(zhuǎn)向高度電氣化，能源分配將趨向平臺化，能源利用效率也在穩(wěn)步提升。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也逐漸由過去以單向、多級傳輸為主的傳統(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)，電力消費的負(fù)荷特性也從以往的剛性、單向消費型轉(zhuǎn)變?yōu)楦屿`活、兼具生產(chǎn)和消費功能。

光儲氫一體化解決方案在發(fā)電端通過對比優(yōu)化組件技術(shù)選型，降低LCOE，提升項目收益率，并通過優(yōu)化組件輔材搭配，減少項目潛在風(fēng)險;在儲能端，通過矩陣式溫控系統(tǒng)閉環(huán)控制實現(xiàn)電芯溫差小于2.5℃，提高電芯效率，降低熱失控風(fēng)險，并在多維度配有智能監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)，確保及時發(fā)現(xiàn)并處理安全隱患;在制氫端，通過加強高壓檢測，防止堿液或氣體泄漏，減少爆炸風(fēng)險，并改進制氫設(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，通過先進的能量管理系統(tǒng)，實時監(jiān)測和調(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，減小波動對系統(tǒng)的影響。

在實施案例中，通過智能控制系統(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，可以實現(xiàn)在電源綠色化、能源網(wǎng)絡(luò)化、儲能多元化，以及降低能源成本、實現(xiàn)能源多元化等方面的優(yōu)化和整合，從而實現(xiàn)能源多種周期儲存，能源與負(fù)荷互動和智能化管理的可持續(xù)發(fā)展。

從源網(wǎng)荷儲的一體化路徑來看，多源能源供給能夠聚合工業(yè)園區(qū)負(fù)荷與周邊儲能，光伏為主、風(fēng)力為輔的集中式可再生能源發(fā)電基地與國家電網(wǎng)形成多能互補的供電模式，為“綠色低碳”運行提供了綠色、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+多元化儲能的方式，同時利用長時+短時儲能系統(tǒng)對再生能源的余電進行儲存消納和大電網(wǎng)的富裕的“谷電”儲能，滿足“削峰填谷”需求響應(yīng)，減少對大電網(wǎng)的依賴與沖擊。

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

據(jù)悉，天合集團將在內(nèi)蒙古東部建設(shè)的西北光儲氫化工園區(qū)，就由發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(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，通過實施風(fēng)光制氫一體化、源網(wǎng)荷儲一體化等消納主體，充分發(fā)揮了新能源、負(fù)荷、儲能的協(xié)調(diào)互濟能力，實現(xiàn)了制氫合成甲醇負(fù)荷與新能源發(fā)電智慧協(xié)同。