新型电力系统变革下,氢能如何助力全球实现碳中和?

氢能畅想 2023-12-18
2699 字丨阅读本文需 7 分钟

氢能近年来备受关注,作为一种绿色、高效的新型能源,被视为21世纪潜在的“终极能源”。氢气来自于水、化石燃料等含氢物质,可以存在于能源生产、输送和消费等各环节。氢气和氧气可以通过燃烧产生热能,也可以通过燃料电池转化为电能。氢燃烧后的产物只有水,是最佳碳中和能源载体,可应用于发电、供热、交通等领域,具有零污染、热值高、可储存、储量足、应用广等优点,在应对气候变化和推动碳减排中起到重要作用。

新能源发展带动电力系统重塑

按照国家“十四五”的能源体系规划,新型电力系统建设目标是要推动整个电力系统向大规模、高比例新能源发展。在新能源产业发展的进程中,电网要不断改革,适应新能源占比越来越高的电力系统。

中国电力企业联合会专家委副主任委员王志轩表示,新型电力系统不是解决了新能源发展的问题就万事大吉,除了技术方面,也要考虑政策和市场等多方面的因素,必须是系统的考虑。电力系统的运行标准体系有3600多项,在能源革命和在新型电力系统建设的过程中,需要各个方面协调推进。

国网能源研究院副总工程师、企业战略研究所所长马莉也表示,能源和电力行业的生态正在重塑,在新能源和传统能源发展过程中有一些需要解决的问题,危和机是并存的。光伏、风电存在间歇性特性,在国家以煤为主体的能源禀赋下,如何确保能源安全,是很重要的一个挑战。第二个挑战是成本,虽然光伏、海上风电的的造价有所下降,在能源低碳转型过程中,还需要我们继续降低成本,提高效率。

天合光能股份有限公司中国区总裁杨豹告诉记者,随着中国光伏新增装机量的快速增长,其发电的波动性、间歇性,一定会对电网形成负面的影响,怎么解决市场需求猛增的情况下,整个光伏电量来源的安全性和可靠性,需要储能来调节,因为其本身有很强的时间和空间上转型能力。

新型电力系统需要处理好两个“协同”,马莉指出,第一个协同是新能源跟传统能源发展规模,发展空间方面的协同。在3060中,不同阶段、不同省份、不同能源发挥的作用是不一样的,需要结合国情、每个省的情况去发展,未来新能源的比例是逐渐在上升的,煤电也需要发挥更多压舱石的作用。

新能源也需要考虑源网荷储协调发展,在安全、低碳的前提下发展。马莉分析,第二个协同是市场跟价格机制的协同,在新能源跟传统能源融合发展、协调发展的过程中,煤电、风电、光伏,包括未来更多的新型的主体,需要逐渐进入到市场中。现在国家绿电交易规模在扩大,一些待补贴的风电光伏也可以逐渐参与交易。

氢能产业解决部分新能源消纳问题

在碳达峰、碳中和政策的推动下,风光储产业之外,氢能的发展也来到了关键时期。

氢能产业的前景如何呢?中国电建集团国际工程有限公司副总工程师兼新能源与电力部总经理李斯胜表示,未来的氢能发展前景非常好。能源低碳化,电气化之后,交通、化工等行业仍然有能源电气化无法解决的问题,比如在如何实现清洁冶金的问题上,氢冶金就是非常好的选择。目前灰氢的成本远低于绿氢,但是从能源行业脱碳的趋势看,绿氢是未来全球实现碳中和的关键路径,全球有三分之一的碳排放需要用氢解决。

氢能产业也可以推动部分地区新能源的消纳问题。国网数字科技控股有限公司电力市场服务(负荷云)事业部副总经理林武星提到,像张北这样的地方属于风光新能源发展的非常好的,但是它们的消纳能力有限,配套的特高压工程也不太具备大规模远距离传输的能力,大力推进可再生能源制氢的产业发展,可以解决一部分可再生能源就地消纳的问题。

风光加氢,反而可以降低电站的运营成本。杨豹分析,很多有弃风、弃光现象,新能源消纳不好的地方,都开始利用光伏、风力发电来制氢,一方面极大减少了对于电网特高压的依赖,也可以降低光伏电站的成本,反向推动了光伏和风电的发展。

但相比之下,氢能的技术门槛还比较高。李斯胜分析,国内目前是把氢气看做危化产品,划定的区域开展氢能的制取工作,这限定了氢的快速发展。制取氢气60%的成本是来自于电,还要用水来做原料。一吨氢大概要11吨水才能制取,在广大西北地区制取大量氢气,水源供应是否充足,是一个问题。个人看好中东部地区绿氢产业的发展,要运用到海水淡化技术,用丰富的风光电制氢。

“氢能发展也需要和其他能源类型相协同,”马莉表示,氢能的发展离不开政策的鼓励和激励,全世界都在加大研发力度,技术的创新很关键,整个氢能技术发展突飞猛进。另外,氢能产业也要有相关市场机制,鼓励政策、补贴跟市场结合起来,才能真正的促进氢能产业的发展。

氢能是多领域实现“碳中和”的必选项

未势能源董事长张天羽表示,在“碳中和”目标下,去碳化将成为一场全球性的能源革命。

我国电力碳排放在国家总排放中占比将近一半。我国是全球碳排放量最大的国家,其中电力行业作为我国最大的碳排放部门,占比46.9%。要实现我国电力行业碳排放2060年前的净零排放,电力系统绿色化、低碳化转型需求尤为迫切。电力部门有序退煤的可行性高,是最容易实现碳达峰的碳排放重点部门,其尽早达峰对全国碳达峰起到关键作用,碳排放压力将促进电力系统低碳清洁转型。

他认为,在发展新能源的过程中,将面临电力需求增长、电力电量时空错配、新能源生产输送能力不足三大问题,发展新型储能是保障电力电量时空平衡、资源配置优化的关键手段,也是实现各产业深度脱碳,是建设新型电力系统的必由之路。

他指出,弃风弃光电量的消纳将成为氢储能的重要应用场景。

氢是大规模、长时间、长距离储能的优质媒介,同时可以配合其他储能方式灵活互补,也是最佳的能源互补方式。尤其,随着新型电力系统加速建设,需要更大规模、更长时间存储弃风弃电。采用锂电+氢能储能方式,在短期储能场景下,锂电进行日级别的能源调峰,氢能进行季度级别的能源调峰,或将成为优势互补的黄金搭档。

因此,氢能是多领域实现“碳中和”的必选项。

加大技术创新力度,做大做强绿氢产业

我国氢能产业仍然处于发展初期,面临产业创新能力不强、技术装备水平不高、支撑产业发展的基础性制度滞后等诸多挑战,需加强顶层设计,引导产业健康有序发展。

“当前推动氢能特别是绿氢产业发展,需要破解成本、技术、政策等方面难题。”王一鸣认为,要从突破关键核心技术和扩大产业应用两方面发力,降低氢能综合利用成本。聚焦短板弱项,鼓励产学研用结合,对关键核心技术进行攻关,解决卡脖子难题,鼓励企业加大技术和产品的创新力度,通过技术创新降低成本。

隆基绿能科技股份有限公司总裁李振国表示,发展氢能技术的本质是降低单位氢成本,降低电力成本是制氢端氢气成本降低的关键。除此之外,还要不断降低制氢单位电耗,提高能效,用同样的电来制更多的氢。单位制氢成本越低,绿氢就越具有经济性。在今年1.5吉瓦产能基础上,公司将建立更大规模电解水制氢装备能力,推出间歇式绿电制绿氢的应用解决方案。

中国科学院院士李灿认为,碱水制氢的最大优势是电催化过程用的是非贵金属,可以低成本,制氢设备寿命也会更长。如果可再生电价降到每度电0.2元,每立方米制氢电耗4.3度,可以做到每立方米氢气1元钱,基本接近煤制氢成本。

“通过可再生能源的规模化来降低成本,能够推动多元化应用,这是氢能产业高质量发展的路径。通过风光电资源的高效利用消纳,从而带动终端的交通、化工、冶金等领域的绿色零碳发展。”国家能源集团国华投资(氢能公司)党委书记、董事长刘小奇说。

文章来源: ​人民网,华夏时报,未势能源

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