高效儲能是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換戰(zhàn)略的必解之題,氫儲能能否成為正解,需要解決轉(zhuǎn)換效率和儲運安全性兩個大問題,前者是技術(shù)攻關(guān)研發(fā)的純技術(shù)問題,后者是特種裝備制造、新材料的創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用疏通能力。
上半年經(jīng)濟因普遍上游漲價,穩(wěn)增長壓力劇增,出口型制造業(yè)下滑及多城市的疫情不間斷性影響,整體制造業(yè)本季承壓。
2022 年的保增長重點任務(wù),落在數(shù)字化、雙碳和綠色發(fā)展、內(nèi)循環(huán)基礎(chǔ)建設(shè)、供應(yīng)鏈(價值鏈、創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈,詳參見十四五規(guī)劃)重構(gòu)上,這是短中期明確的重大趨勢。而新能源的儲能是雙碳和綠色發(fā)展的上中游銜接重要一環(huán)。
長久以來,以石油為主要能源的工業(yè)體系被美國壟斷和控制,不發(fā)展新的能源和能源體系中國就不能真正意義上成為未來的全球領(lǐng)導(dǎo)型國家。這也是百年大計,我們把所有相關(guān)的政策做整合研究不難發(fā)現(xiàn),整體路線圖在一步步推進。
中俄2個管道、更緊急的雙碳承諾任務(wù)、新能源車大力引進和發(fā)展、新型能源基建疾速開建、頁巖氣和可燃冰開發(fā)、風(fēng)電的思路轉(zhuǎn)換、水電的因地制宜...都是圍繞這一總目標(biāo)加速推進。
而氫儲能是這個賽道的其中一項試驗,未來能否成為主流,主要看安全性設(shè)備和運輸保證的技術(shù)發(fā)展,考驗比較緩慢的純技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用速度能力,在沒有更好的替代技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的情況下,或成為主選項。
氫儲能優(yōu)勢快速科普
氫儲能指的是通過環(huán)??裳h(huán)能源制氫,通過能量在不同載體的轉(zhuǎn)換例如燃料電池系統(tǒng)進行發(fā)電并網(wǎng),實現(xiàn)調(diào)峰、調(diào)頻。氫儲能最直接的應(yīng)用將多產(chǎn)生的電力用來制造可儲存的氫氣,能儲用較長時間,1Nm?氫氣大約可產(chǎn)生1.35kWh 電能。
1相較于其他儲能技術(shù),氫儲能具有長存期、高能密度的特點。而氫儲運的重點在于制氫后的運輸,長管拖車、管道輸氫等常見方式,運至加氫站、發(fā)電站、耗能工廠或其他場景。相對來說維護成本、存儲時間、周邊與大氣污染、環(huán)境友好方面都具備一定優(yōu)勢。
2一種理想的綠色儲能技術(shù)。功率、能量可單獨優(yōu)化轉(zhuǎn)換,存放電可以同步進行,不需要分時分段進行。
3相比化學(xué)電池儲能方式,儲能成本是其最大差異。同時容量增益衰減強適應(yīng)、容量可觀,這是市場推進其發(fā)展的基礎(chǔ)屬性。
氫儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展劣勢
1在整個產(chǎn)業(yè)鏈中對比石油和其他能源的上游規(guī)模效應(yīng),投資成本較高,這也屬于技術(shù)初期發(fā)展期的必然,隨著技術(shù)和規(guī)模的不斷進步,成本會一直下降。
2正如很多人擔(dān)心的,儲運難度是個大安全性問題?;瘜W(xué)課中我們都有了解,氫序號1,是密度最小的氣體,化學(xué)結(jié)構(gòu)簡單,極容易發(fā)生反應(yīng)。
因為輕體積,擴散快且大,能量密度低,導(dǎo)致其燃點很低,當(dāng)氫氣濃度為 4.1%-74.2%時,遇火即爆,爆炸極限非常寬。對儲運過程有極高的安全要求,過程要求還在次要,制備-封裝-運輸設(shè)備-二次封裝等都是極難的技術(shù)要求,不僅考驗技術(shù)、設(shè)備、人員,還考驗流程標(biāo)準(zhǔn)化與儲轉(zhuǎn)運方案設(shè)計。
所以儲氫技術(shù)是氫能利用走向?qū)嵱卯a(chǎn)業(yè)化的根本,同時實現(xiàn)經(jīng)濟、高效、安全的技術(shù),這需要多范圍多領(lǐng)域多方案的試驗實踐。
3能源轉(zhuǎn)化效率僅為30%。整體系統(tǒng)有氫儲能包括電解水制氫設(shè)備、儲氫容器和氫燃料電池。水電解制氫有堿性、純水質(zhì)子交換膜(通用為PEM)、固態(tài)氧化物電解質(zhì)(通用為SOEC)。
受化工通用的技術(shù)復(fù)用影響,堿性水電解制氫裝置相對成熟。PEM 制氫高成本及低產(chǎn)能并未大面積使用,其小體積設(shè)備增加反應(yīng)效率和靈活性存在一定優(yōu)勢。SOEC 制氫在產(chǎn)業(yè)還未完整時,部分處于試驗測試階段,發(fā)展還需時日。
成本、安全、轉(zhuǎn)換效率是所有新技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)的三座大山。對于國家新能源意志和集中力量好辦事原則,氫能是替代石油燃料體系工業(yè)文明的一大備選,起碼擁有百年以上的大市場空間。
誰能占位發(fā)展成功,放眼未來對比現(xiàn)在的成本投資是必要的,對于現(xiàn)在的我們不是難題,基建本身不是一個利潤行業(yè),它在于此之上的應(yīng)用體系。當(dāng)然能參與的大多是擁有國有資本和海外合資企業(yè),要么能整合技術(shù)、搞研發(fā)應(yīng)用,要么整合全球資源搞錢搞地搞條件搞市場。
產(chǎn)業(yè)重點在前文所述的后二者,安全怎么升級、轉(zhuǎn)換效率通過什么技術(shù)提升。當(dāng)前國內(nèi)外氫儲能項目逐漸落成,后面對于這兩個問題的解決推進會逐漸加快。
國內(nèi)外發(fā)展借鑒參考
1與光伏技術(shù)組合,成為光伏并網(wǎng)的一環(huán)。法國阿?,m光伏發(fā)電和氫儲能項目:用光伏發(fā)電富余的電力電解制氫,氫氣和氧氣儲存于高壓儲氣罐中。
當(dāng)光伏電力不夠運轉(zhuǎn),再利用燃料電池系統(tǒng)發(fā)電補充。利用溫水回收電解與燃料電池發(fā)電的廢熱。整個系統(tǒng)的綜合利用效率超過70%,是個比較討巧,綜合系統(tǒng)較為復(fù)雜的方式。
2與風(fēng)電、生物質(zhì)能組合,混合燃料發(fā)電。德國在勃蘭登堡州普倫茨勞市風(fēng)電—氫氣混合發(fā)電站:風(fēng)電大部分電力直接并入電網(wǎng),部分電力用于就地電解水制氫并加壓儲存。氫氣與附近啤酒廠的沼氣作為燃料混合發(fā)電,產(chǎn)生的電力輔助配合風(fēng)電平穩(wěn)輸入電網(wǎng),而熱能會在利用市政資源。
3光伏制氫,氫基儲能。南通安思卓光伏制氫微電網(wǎng)項目形成一個目前比較完整的中國式氫能制造、儲運、應(yīng)用試驗,6月份已經(jīng)制氫成功,還在不斷優(yōu)化。
4固體聚合物電解水制氫及燃料電池發(fā)電。安徽六安MW級氫儲能項目,跳過PEM低產(chǎn)劣勢,直接應(yīng)用固態(tài)聚合物,是對于我們的技術(shù)基礎(chǔ)的一大跨越。
5質(zhì)子交換膜電解水制氫。臺州市椒江區(qū)大陳島百分百新能源發(fā)電的制氫-儲氫-燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng),全過程零碳供能被稱為“綠氫”。
可以看到國外主要是應(yīng)用于新能源發(fā)電領(lǐng)域中的一環(huán),小范圍嘗試,將制備得到的氫就地應(yīng)用,過程應(yīng)用為主,比較穩(wěn)妥一步步實現(xiàn)的方式。國內(nèi)同樣也是小范圍嘗試,但也多點開花,開展多形態(tài)制氫試驗建設(shè),綜合實踐考量本土適應(yīng)性、產(chǎn)業(yè)能效和成本價值。
各種應(yīng)用實踐,涉及制氫、儲氫、燃料電池,模塊較多,鏈條較長,產(chǎn)業(yè)測試層面廣,可見發(fā)展勢頭是優(yōu)于國外,技術(shù)實踐優(yōu)化具有后發(fā)優(yōu)勢,對于投資者當(dāng)然也面臨的一定風(fēng)險,需長期關(guān)注全球技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用和中國各地政策指示。
未來趨勢方向
1雙碳目標(biāo)給全球一致的發(fā)展任務(wù),氫能目前是重要路線,各發(fā)達國家都制定了量化政策。美國計劃到2030年,使清潔氫能的價格降低至1美元/千克,預(yù)計每年可產(chǎn)生約1400億美元收入;歐盟委員會成立“清潔氫能聯(lián)盟”將在2024年生產(chǎn)100萬噸清潔氫能,2030年氫能源產(chǎn)能擴大至1000萬噸;日本《2050碳中和綠色增長戰(zhàn)略》中提出,到2030年將氫能年度供應(yīng)量增加到300萬噸,到2050年氫能供應(yīng)量達到2000萬噸,力爭在部分領(lǐng)域(電力、交通運輸領(lǐng)域)將成本降低到30日元/立方米。
2氫能儲運設(shè)備的升級。高壓氣態(tài)儲氫容器、專用車輛、高壓氫氣長管拖車、承壓新材料、全金屬儲氫氣瓶/罐……都是需要升級,目前豐田依托自身技術(shù)打造了IV型瓶行業(yè)標(biāo)桿,70MPaIV型瓶挪威Hexagon、日本豐田、法國佛吉亞等公司實現(xiàn)了批量生產(chǎn)和應(yīng)用。
3儲運是限制氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。液氫主要應(yīng)用航空領(lǐng)域,當(dāng)前和較長時期以氣氫儲運方式為主,這樣會增加加氫站的覆蓋密度。
4提高質(zhì)量密度。美國能源部(DOE)要求 2025年國內(nèi)車載氫能電池的氫氣質(zhì)量密度須達到 5.5%,最終控制在6.5%。不僅在制氫技術(shù)上,還在于儲能設(shè)備材料的提升。
5提高質(zhì)量轉(zhuǎn)換效率。真正的硬骨頭,自身技術(shù)實力缺陷,需要整合全球能力實現(xiàn)。高工氫電網(wǎng)表示,氫儲能發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)效率僅35%左右。
對于制氫設(shè)備及氫燃料電池系統(tǒng)企業(yè)來說,提高能量轉(zhuǎn)化效率是全國甚至全球都在突破的課題,誰在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域推動發(fā)展,對于氫能源整個體系將是革命和領(lǐng)導(dǎo)性的,基于此方面可以關(guān)注在氫能轉(zhuǎn)換研究與國內(nèi)外高校合作、具有領(lǐng)軍人物、投入大力研發(fā)資金的企業(yè),視野放在全球。
6政策紅利。儲能正在成為新型電力系統(tǒng)的第四大基本要素。2021 年 國家發(fā)改委、國家能源局出臺《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》中指出,到 2025 年,實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?;l(fā)展轉(zhuǎn)變,裝機規(guī)模達 3000 萬千瓦以上。
在此基礎(chǔ)上的上下游產(chǎn)業(yè)鏈將會受益。同時要求,自建調(diào)峰資源指發(fā)電企業(yè)按全資比例建設(shè)抽水蓄能、化學(xué)儲能電站、氣電、光熱電站或開展煤電靈活性改造。
而先邁步先受益,晉煤已與法國阿海琺推動氫能合作進行溝通洽談,就燃氣管網(wǎng)摻氫、氫燃料電池分布式發(fā)電系統(tǒng)進行評估,具有技術(shù)和經(jīng)驗優(yōu)勢的國際巨頭與具備基建和市場應(yīng)用優(yōu)勢的本土企業(yè)互補合作,或成為推進氫能產(chǎn)業(yè)快速突破的新常態(tài)。
原標(biāo)題:氫儲能會成為新能源儲能主流嗎?