業(yè)界發(fā)布光儲氫一體化解決方案 綠氫項目痛點(diǎn)可望解決

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(jìn)會(huì )氫能分會(huì )等單位聯(lián)合發(fā)布《光儲氫一體化解決方案藍皮書(shū)》顯示，隨著(zhù)氫能行業(yè)的快速發(fā)展，其系統安全和經(jīng)濟性成為困擾綠氫項目的最大痛點(diǎn)，如何保證光伏、儲能、氫能三個(gè)板塊協(xié)同合作、安全運行，同時(shí)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(gè)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(gè)多元化的能源系統，這為能源轉型提供了重要的解決方案。而綠色氫氨醇生產(chǎn)、低碳化工園區以及社區光儲氫-氫燃料電池熱電聯(lián)供系統等，也向我們展示了光儲氫一體化解決方案在不同場(chǎng)景下的可行性和巨大潛力。”中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì )氫能分會(huì )秘書(shū)長(cháng)張宇表示。

綠氫項目投建比例顯著(zhù)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，儲能是構建未來(lái)清潔能源體系的基石之一，光伏發(fā)電的波動(dòng)性和間歇性，使得其無(wú)法滿(mǎn)足制氫設備所需的穩定電流，而電化學(xué)儲能則可作為系統的“調節劑”，將光伏發(fā)電的峰值電力儲存起來(lái)，在光照不足時(shí)釋放，提供持續穩定的電力供應。在這一背景下，光儲氫一體化成為新型能源體系建設的“主力軍”、推動(dòng)能源轉型、實(shí)現可持續發(fā)展的關(guān)鍵路徑，也成為“光儲氫氨醇”順利實(shí)現的先決條件。

從2019年3月首次將氫能寫(xiě)入《政府工作報告》，至2022年3月國家發(fā)改委等部門(mén)發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(cháng)期規劃(2021—2035年)》，再到今年的《政府工作報告》指出要深入推進(jìn)能源革命，控制化石能源消費，加快建設新型能源體系，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，也基本構建了較為完整的制氫、儲運、加注和應用的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。

“光伏、儲能和氫能技術(shù)在過(guò)去幾十年中不斷發(fā)展，成本逐漸降低，經(jīng)濟效益顯著(zhù)提升。通過(guò)推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)規模擴大，可以催生出更多新興市場(chǎng)和商業(yè)模式。從國家能源戰略視角看，綜合利用光伏、儲能和氫能對實(shí)現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(jìn)口化石燃料的依賴(lài)，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(lái)，我國綠氫項目投建比例愈發(fā)上漲。數據顯示，2023年國內將近20個(gè)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(gè)，制氫裝機規模合計達到387MW，同比2022年實(shí)現翻倍增長(cháng)。同時(shí)，公開(kāi)規劃在2024年建成的綠氫項目超過(guò)60個(gè)，其中已開(kāi)工綠氫項目制氫裝機規模達2.8GW。

合成氨和甲醇是煤化工行業(yè)最主要的兩個(gè)綠氫應用領(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年國內產(chǎn)能為7750萬(wàn)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(wàn)噸來(lái)自煤炭，消耗標準煤超過(guò)5000萬(wàn)噸，二氧化碳排放量超過(guò)1.5億噸二氧化碳。假設4500萬(wàn)噸煤制合成氨的氫都來(lái)自綠氫，則需消耗800萬(wàn)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(zhù)傳統的以煤電為主的可控、連續發(fā)電模式正在逐步被新能源為主導的發(fā)電模式替代，能源產(chǎn)業(yè)也正在經(jīng)歷一場(chǎng)深刻變革，即生產(chǎn)過(guò)程將更加清潔，消費模式轉向高度電氣化，能源分配將趨向平臺化，能源利用效率也在穩步提升。電網(wǎng)結構也逐漸由過(guò)去以單向、多級傳輸為主的傳統電網(wǎng)，轉變?yōu)榘恢绷骰旌系拇笮碗娋W(wǎng)、微電網(wǎng)、局部直流電網(wǎng)以及可調節負荷的能源互聯(lián)網(wǎng)，電力消費的負荷特性也從以往的剛性、單向消費型轉變?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(guò)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(guò)優(yōu)化組件輔材搭配，減少項目潛在風(fēng)險;在儲能端，通過(guò)矩陣式溫控系統閉環(huán)控制實(shí)現電芯溫差小于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控和預警系統，確保及時(shí)發(fā)現并處理安全隱患;在制氫端，通過(guò)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(jìn)制氫設備核心材料和生產(chǎn)工藝，確保氫氣純度和設備安全。另外，通過(guò)先進(jìn)的能量管理系統，實(shí)時(shí)監測和調節光伏發(fā)電與負載之間的平衡，可以根據預測的天氣變化和當前電網(wǎng)需求，提前調整光伏發(fā)電輸出，減小波動(dòng)對系統的影響。

在實(shí)施案例中，通過(guò)智能控制系統的調度，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)負荷(化工、煉油、冶金等)核心樞紐的新型能源供應鏈模式，可以實(shí)現在電源綠色化、能源網(wǎng)絡(luò )化、儲能多元化，以及降低能源成本、實(shí)現能源多元化等方面的優(yōu)化和整合，從而實(shí)現能源多種周期儲存，能源與負荷互動(dòng)和智能化管理的可持續發(fā)展。

從源網(wǎng)荷儲的一體化路徑來(lái)看，多源能源供給能夠聚合工業(yè)園區負荷與周邊儲能，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、穩定的電力保障;電網(wǎng)側可根據負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(shí)利用長(cháng)時(shí)+短時(shí)儲能系統對再生能源的余電進(jìn)行儲存消納和大電網(wǎng)的富裕的“谷電”儲能，滿(mǎn)足“削峰填谷”需求響應，減少對大電網(wǎng)的依賴(lài)與沖擊。

在負荷側，以電解水制氫為樞紐的工業(yè)負荷具備進(jìn)行多類(lèi)型聚合、柔性可控的負荷側自我調節能力，通過(guò)柔性電解水制氫與儲氫對工業(yè)園區負荷進(jìn)行廣泛的聚合互聯(lián)、融合互動(dòng)、實(shí)現電源側與負荷側的互動(dòng);最后在儲能側，“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(shí)，功率型儲能調節作用為主，氫儲能則以長(cháng)周期(周、月)容量型儲能調節為主。

據悉，天合集團將在內蒙古東部建設的西北光儲氫化工園區，就由發(fā)電系統、儲能系統、電解制氫系統以及合成甲醇系統組成，為保證供電連續性，在光伏發(fā)電基礎上增加了部分風(fēng)力發(fā)電，以綠氫消納綠電、綠甲醇消納綠氫的模式，通過(guò)實(shí)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、負荷、儲能的協(xié)調互濟能力，實(shí)現了制氫合成甲醇負荷與新能源發(fā)電智慧協(xié)同。