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六安兆瓦級氫能綜合利用示范站

國家電網(wǎng)報發(fā)布時間:2024-12-12 15:12:12  作者:翁懷龍

  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。可以預(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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