唐堅(jiān),范子超,胡鵬
(1.龍?jiān)措娏瘓F(tuán)股份有限公司;2.龍?jiān)矗ū本╋L(fēng)電工程技術(shù)有限公司,北京 100034)
隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,能源消費(fèi)量不斷增加,但傳統(tǒng)化石能源的不可持續(xù)性逐漸顯現(xiàn)。為了應(yīng)對(duì)全球氣候變化的挑戰(zhàn),各國(guó)紛紛提出了碳中和、氣候行動(dòng)等目標(biāo)。在這樣的大背景下,我國(guó)能源行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此,如何降低碳排放、提高能源利用效率、推動(dòng)可再生能源的開發(fā)利用,已成為當(dāng)前能源行業(yè)面臨的重要問題。
構(gòu)建氫能源體系對(duì)于推動(dòng)清潔能源消納、實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要的意義。首先,氫能源可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期大規(guī)模儲(chǔ)能,有效解決可再生能源消納中的電力波動(dòng)性問題。其次,氫能源可以促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí),提高能源利用效率,推進(jìn)能源可持續(xù)發(fā)展。最后,構(gòu)建氫能源體系可以促進(jìn)新能源技術(shù)和裝備的創(chuàng)新發(fā)展,帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
我國(guó)可再生能源發(fā)展面臨的一項(xiàng)重要問題是可再生能源消納能力不足??稍偕茉囱b機(jī)容量的逐年增加,而現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng)在接納可再生能源方面存在技術(shù)和設(shè)備限制,加大了可再生能源消納的難度。
這種現(xiàn)象的出現(xiàn)與我國(guó)可再生能源發(fā)展缺乏整體規(guī)劃和系統(tǒng)建設(shè)密不可分。目前,雖然我國(guó)已經(jīng)實(shí)施了一系列的政策措施,加強(qiáng)了對(duì)可再生能源的支持和管理,但由于缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和布局,導(dǎo)致各地的可再生能源消納能力存在較大的差異和不協(xié)調(diào)性,限制了其全面發(fā)展。
隨著可再生能源比例的不斷提高,電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到了越來越多的關(guān)注??稍偕茉吹奶匦詫?dǎo)致電力系統(tǒng)中出現(xiàn)更加顯著的波動(dòng)性問題,例如,風(fēng)能和太陽能的不穩(wěn)定性導(dǎo)致的電力產(chǎn)生波動(dòng),以及難以控制的負(fù)荷變化帶來的電力需求波動(dòng),對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。波動(dòng)性電力輸入可以導(dǎo)致電力系統(tǒng)頻率和電壓變化,從而影響電力質(zhì)量和設(shè)備壽命,并可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)失效或故障。此外,由于可再生能源的不確定性和難以預(yù)測(cè)性,波動(dòng)性問題也會(huì)導(dǎo)致電力市場(chǎng)的不穩(wěn)定和不可預(yù)測(cè)性,對(duì)電力市場(chǎng)的發(fā)展帶來不利影響。
當(dāng)前,我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)和裝備的發(fā)展相對(duì)滯后,致使儲(chǔ)能應(yīng)用規(guī)模較小且難以滿足長(zhǎng)周期大規(guī)模儲(chǔ)能的需求,這是由多種因素共同作用導(dǎo)致的。首先,長(zhǎng)期以來,我國(guó)在能源領(lǐng)域的發(fā)展主要聚焦于發(fā)電和供電側(cè),而儲(chǔ)能領(lǐng)域的發(fā)展相對(duì)薄弱。其次,國(guó)內(nèi)企業(yè)的研發(fā)投入不足,技術(shù)研究和創(chuàng)新能力有待提高。同時(shí),受制于國(guó)外先進(jìn)技術(shù)壟斷和專利制度的限制,我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)研究的開展受到了較大阻礙。此外,儲(chǔ)能應(yīng)用的市場(chǎng)尚未得到充分的發(fā)掘和利用,儲(chǔ)能項(xiàng)目缺乏優(yōu)惠政策和長(zhǎng)期穩(wěn)定的市場(chǎng)保障,這也是制約其發(fā)展的因素之一。
目前,我國(guó)電氫協(xié)同系統(tǒng)發(fā)展處于初級(jí)階段,其發(fā)展面臨著整體規(guī)劃不足的問題。由于電氫協(xié)同系統(tǒng)是一種集成了電力和氫能的新型能源系統(tǒng),其高效耦合是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和環(huán)保目標(biāo)的重要保障。但是由于缺乏整體規(guī)劃,各部門在發(fā)展電氫協(xié)同系統(tǒng)時(shí)存在重復(fù)建設(shè)和資源浪費(fèi)的情況。并且由于規(guī)劃不足,各組成部分之間的協(xié)調(diào)不夠緊密,導(dǎo)致系統(tǒng)效率低下,無法實(shí)現(xiàn)最大的能源利用效益。
氫氣本身是一種清潔能源,不會(huì)產(chǎn)生直接的污染物排放,但在生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸和使用氫氣的過程中,可能會(huì)涉及一些污染問題。
生產(chǎn)氫氣的主要方法包括化石燃料重整、電解水和生物質(zhì)發(fā)酵等。其中,化石燃料重整法會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和一氧化碳等有害氣體,電解水和生物質(zhì)發(fā)酵法則不會(huì)產(chǎn)生大量污染物,但生物質(zhì)發(fā)酵法需要大量的農(nóng)作物、林木等生物質(zhì)資源,如果過度采集,可能會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響。
存儲(chǔ)和運(yùn)輸氫氣需要借助高壓儲(chǔ)氫罐和管道等設(shè)備,這些設(shè)備本身可能會(huì)帶來安全隱患和環(huán)境污染問題。此外,使用氫氣的過程中也會(huì)產(chǎn)生一些污染物,例如,氮氧化物、氧化亞氮和顆粒物等。
隨著全球能源消費(fèi)的不斷增加和環(huán)境污染問題的加劇,國(guó)家越來越重視可再生能源的開發(fā)和利用。加強(qiáng)可再生能源消納能力是國(guó)企在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和保障能源安全方面的一項(xiàng)重要任務(wù)。為了加強(qiáng)可再生能源消納能力,國(guó)企可以采取一系列措施。
首先,提高電網(wǎng)靈活性是一項(xiàng)重要的任務(wù)。隨著可再生能源的不斷發(fā)展,其能源輸出存在不穩(wěn)定性和波動(dòng)性,國(guó)企需要加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)的監(jiān)控和調(diào)控能力,使電網(wǎng)更加靈活適應(yīng)可再生能源的波動(dòng)性。
其次,推動(dòng)跨區(qū)域電力交易也是提高可再生能源消納能力的有效途徑。國(guó)企可以通過建設(shè)跨省區(qū)域的電力交易市場(chǎng),實(shí)現(xiàn)電力的跨區(qū)域流動(dòng),優(yōu)化電力資源配置,提高可再生能源的消納能力。
另外,鼓勵(lì)分布式能源發(fā)展也是加強(qiáng)可再生能源消納能力的有效方式。國(guó)企可以通過鼓勵(lì)分布式能源的發(fā)展,將能源資源進(jìn)行分散化、小規(guī)模化地利用,促進(jìn)社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的能源轉(zhuǎn)型和發(fā)展,提高可再生能源的消納能力。
最后,國(guó)企在加強(qiáng)可再生能源消納能力的過程中需要關(guān)注成本效益的問題。在實(shí)施相關(guān)措施時(shí),需要兼顧成本和效益之間的平衡,優(yōu)化資源配置,提高能源利用效率,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
儲(chǔ)能是解決可再生能源消納問題的另一個(gè)可靠出路,同時(shí),其削峰填谷、調(diào)節(jié)負(fù)荷的能力本身也是穩(wěn)定電力系統(tǒng)的重要支撐,全社會(huì)對(duì)于可靠、高效的儲(chǔ)能技術(shù)的需求也日益增長(zhǎng)。在此背景下,國(guó)企作為能源領(lǐng)域的主要參與者和推動(dòng)者,應(yīng)當(dāng)積極探索和研發(fā)多元化的儲(chǔ)能技術(shù)。鈉離子電池、鋰硫電池、超級(jí)電容器等新型儲(chǔ)能技術(shù)備受關(guān)注。相較傳統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù),這些新型儲(chǔ)能技術(shù)具有高能量密度、長(zhǎng)壽命、低成本等優(yōu)勢(shì),因此在實(shí)際應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景。氫也是重要的儲(chǔ)能介質(zhì)之一,在多元化儲(chǔ)能技術(shù)的推廣中,國(guó)企可通過積極引入先進(jìn)技術(shù)、加大研究力度、開展技術(shù)創(chuàng)新等手段,促進(jìn)新型儲(chǔ)能技術(shù)的推廣和應(yīng)用,為氫能源的儲(chǔ)存提供更多的選擇。
國(guó)企在發(fā)展多元化儲(chǔ)能技術(shù)方面,需要注意以下幾點(diǎn)。首先,應(yīng)當(dāng)注重技術(shù)的實(shí)用性和穩(wěn)定性,確保新型儲(chǔ)能技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中能夠穩(wěn)定運(yùn)行、高效儲(chǔ)存氫能源。其次,應(yīng)當(dāng)注重技術(shù)的創(chuàng)新性和前瞻性,積極探索具有顛覆性的新型儲(chǔ)能技術(shù),為氫能源的發(fā)展提供更好的支撐和保障。此外,在多元化儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展中,應(yīng)當(dāng)積極與科研機(jī)構(gòu)、高校等合作,共同推進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的研究和創(chuàng)新,促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的升級(jí)和提升。
國(guó)企在推進(jìn)電氫協(xié)同系統(tǒng)集成方面可以采用集成化思路,將風(fēng)電、光電、儲(chǔ)能、電解水、氫氣儲(chǔ)存和氨制氫等環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合,形成集風(fēng)-光-儲(chǔ)-氫-氨一體化的電氫協(xié)同系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)高效耦合。
電氫協(xié)同系統(tǒng)是指通過將電能轉(zhuǎn)化為氫能儲(chǔ)存,再利用氫能轉(zhuǎn)化為電能,實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化和利用的過程。為了推進(jìn)電氫協(xié)同系統(tǒng)的發(fā)展,國(guó)企可以利用自身資源和技術(shù)優(yōu)勢(shì),建立集成化的電氫協(xié)同系統(tǒng),通過優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)和運(yùn)行模式,實(shí)現(xiàn)資源共享、互補(bǔ)利用,提高能源利用效率。
在電氫協(xié)同系統(tǒng)集成的過程中,風(fēng)電和光電是其中重要的能源來源。風(fēng)電和光電的互補(bǔ)利用可以有效地解決能源不穩(wěn)定性問題,提高電能的供給穩(wěn)定性。同時(shí),儲(chǔ)能技術(shù)的運(yùn)用可以有效地解決風(fēng)電、光電能源波動(dòng)性和間歇性的問題,為電氫協(xié)同系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電能。
此外,電解水和氫氣儲(chǔ)存技術(shù)也是電氫協(xié)同系統(tǒng)集成的重要組成部分。通過電解水技術(shù)將水分解為氫氣和氧氣,再利用氫氣儲(chǔ)存技術(shù)將氫氣儲(chǔ)存起來,可以為電氫協(xié)同系統(tǒng)提供可再生的氫能源。同時(shí),氨制氫技術(shù)也可以通過將氫氣與氮?dú)饨Y(jié)合形成氨,實(shí)現(xiàn)氫能源的高密度儲(chǔ)存和長(zhǎng)距離輸送。
在建立集成化的電氫協(xié)同系統(tǒng)時(shí),還要考慮系統(tǒng)的安全性和可靠性。通過建立多重安全保障機(jī)制,確保電氫協(xié)同系統(tǒng)的運(yùn)行安全和可靠性。例如,采用先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù),建立完善的安全管理制度,加強(qiáng)對(duì)氫氣儲(chǔ)存和氨制氫環(huán)節(jié)的管控,防范安全事故的發(fā)生。
在氫能源領(lǐng)域,國(guó)企應(yīng)該致力于建立完善的安全管理體系,包括風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、標(biāo)準(zhǔn)制定、安全培訓(xùn)、安全檢查和應(yīng)急預(yù)案等方面,以確保氫能源儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過程中的安全性,有效降低安全和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。
首先,國(guó)企需要進(jìn)行全面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,以識(shí)別潛在的安全和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn),并采取相應(yīng)的措施來降低這些風(fēng)險(xiǎn)。在此基礎(chǔ)上,應(yīng)制定相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程,確保安全和環(huán)保措施得到充分實(shí)施。這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程應(yīng)該包括氫能源儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用方面的所有環(huán)節(jié),并應(yīng)該不斷地進(jìn)行更新和完善。
其次,國(guó)企需要加強(qiáng)員工的安全培訓(xùn),提高員工的安全意識(shí)和應(yīng)急處理能力。這些培訓(xùn)應(yīng)該包括氫能源的基本知識(shí)、安全操作規(guī)程、應(yīng)急預(yù)案和危險(xiǎn)情況的處理等方面,以確保員工能夠正確地操作氫能源系統(tǒng),并在發(fā)生意外情況時(shí)能夠快速響應(yīng)并采取相應(yīng)的措施。
再次,國(guó)企應(yīng)該定期進(jìn)行安全檢查,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除安全隱患,確保氫能源系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這些檢查應(yīng)該包括設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)、安全設(shè)施的完好性以及應(yīng)急設(shè)備的可用性等方面,以保證氫能源系統(tǒng)的安全性和可靠性。
最后,國(guó)企需要建立完善的應(yīng)急預(yù)案,以應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。這些預(yù)案應(yīng)該考慮各種可能的危險(xiǎn)情況,并包括相應(yīng)的應(yīng)急處理措施。預(yù)案還應(yīng)該涉及組織應(yīng)急演練、應(yīng)急物資的準(zhǔn)備和調(diào)配、應(yīng)急指揮系統(tǒng)的建立等方面,以確保在發(fā)生意外情況時(shí)能夠及時(shí)有效地響應(yīng)并采取措施。
在當(dāng)今日益緊張的能源形勢(shì)下,氫能源作為一種清潔、高效、可再生的能源,被廣泛認(rèn)為是未來能源發(fā)展的重要方向之一。國(guó)企應(yīng)當(dāng)積極推動(dòng)氫能源相關(guān)技術(shù)的研究和創(chuàng)新,促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展,從而推動(dòng)氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和壯大。
首先,國(guó)企應(yīng)該重視氫能源技術(shù)研究和創(chuàng)新。氫能源是一項(xiàng)新興的領(lǐng)域,技術(shù)含量較高,需要在多個(gè)方面進(jìn)行研究和開發(fā)。國(guó)企可以組織專業(yè)團(tuán)隊(duì),加強(qiáng)研發(fā)投入,深入研究氫能源相關(guān)技術(shù),開展科技創(chuàng)新,提高氫能源技術(shù)的自主創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力。此外,還應(yīng)加強(qiáng)與高校和科研機(jī)構(gòu)的合作,共同開展氫能源技術(shù)研究和創(chuàng)新,促進(jìn)學(xué)術(shù)成果的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用,推動(dòng)氫能源技術(shù)的快速發(fā)展。
其次,國(guó)企應(yīng)該積極參與氫能源產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)和發(fā)展。氫能源是一個(gè)涵蓋多個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的復(fù)雜產(chǎn)業(yè)鏈,包括氫氣生產(chǎn)、氫氣儲(chǔ)運(yùn)、氫能源利用等多個(gè)環(huán)節(jié)。國(guó)企可以根據(jù)自身實(shí)際情況,參與氫能源產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)和發(fā)展,積極探索和拓展氫能源市場(chǎng),促進(jìn)氫能源產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
最后,國(guó)企應(yīng)該著眼于氫能源的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展,發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì),提高氫能源在能源領(lǐng)域的地位和影響力,推動(dòng)氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和壯大。例如,國(guó)企可以借助自身在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的渠道和資源,拓展氫能源的市場(chǎng)和應(yīng)用范圍,擴(kuò)大氫能源的影響力和地位。
構(gòu)建氫能源體系是實(shí)現(xiàn)清潔能源消納的有效途徑之一,需要在加強(qiáng)可再生能源消納、發(fā)展多元化儲(chǔ)能技術(shù)、推進(jìn)電氫協(xié)同系統(tǒng)集成、建立完善的安全管理體系、推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面開展深入研究和探索。通過實(shí)現(xiàn)高比例清潔能源消納和電-氫-氨系統(tǒng)的高效耦合,可以有效推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí),實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展。