徐文辉:氢储能技术的现状和趋势

2018-06-04 17:02:55 中国储能网  点击量: 评论 (0)
来自中国氢能产业技术创新与应用联盟的副理事长徐文辉发表了题为 "氢储能技术发展的现状和趋势 "的精彩演讲。

5月19日至21日,“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开, 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。

来自中国氢能产业技术创新与应用联盟的副理事长徐文辉发表了题为"氢储能技术发展的现状和趋势"的精彩演讲。

演讲内容如下:

徐文辉

尊敬的各位领导、各位专家,以及各位氢能行业的同行们,大家下午好!

我要演讲的题目是氢储能技术发展的现状和趋势,由于今天是储能大会,刚才我们程老师和武汉理工的潘牧,还有刚才的江海克给我们描绘了氢能应用的美好的前景,这个前景什么时候实现?从现在我们已经看到了曙光,要逐步走,要走到这一步,我相信还有很长的路,但是现在我们的氢在哪里?大家说氢是终极能源,终极在哪里?氢可以说碳氢比调节的过程,从高碳到中碳到零,氢是零碳能源,氢除了提供这个之外,氢还有什么发展?当前我们的能源结构转型面临着哪些相关的问题,今天咱们说的是可再生能源包括储能相关的大会,大家知道,目前可再生能源发展过程中受到自己的资源禀赋条件,以及可再生能源间歇性的特点,会导致出现问题。现在看到中国在西部、东北,甚至咱们的西南,有大量的弃风、弃光,甚至东北也有一定的弃河的现象。这些电能怎么解决?锂电给我们提供很好的方案。抽水蓄能、压缩空气也是提供了很好的解决方案。这个时候看看欧洲、美国、日韩做什么?这时候也会给我们提供很好的技术路线,欧洲和西方走的路线,就是将电转化为气态能源做。未来的能源架构在一定时间是气态能源架构的过程。天然气、氢气、生物制气、沼气,如何有效的混合和使用,这是一个过程,能源架构的调整和能源结构的转型,对储能技术提出要求,氢储能技术是中间一个杰出的代表。

氢储能技术P2G技术发展的现状和趋势,分享四部分(见PPT)。

氢储能的简介,氢储能是将电能转化为高能量密度的这样燃料气体的技术,通过电解水的技术,电解水是耗电的过程,将风力发电、太阳能发电以及部分核能发电的剩余电力,也就是富余电力通过电解水制成氢,提供现有的燃气网络管道,或者利用电器、水及大气中的二氧化碳通过甲烷化的反应制造甲烷,提供燃气,或者通过电或者气再到电的转换环节,将传统电力系统和天然气系统隔阂来相互打破,让电力系统和天然气系统之间的能量双向流动,成为一种可能性。也就是能源互联网提到的能量互补,优势互相调节,把电能通过天然气的基础设施和更大的调序装置进行调解,既促进气电网络的深度融合,也为解决可再生能源发展的波动性提供了解决很好的途径。刚才提到电力网络,传统的电,如果电能用到不要打其他主意,电转成什么东西,存下来,为什么要用?苹果能卖得动肯定不会存,卖不动再建冷库存下来。如果绝对过剩,建冷库也没有用。由于新的东西过剩,谁会存下来?这个环节下,只有将电进行深一步加工,比如苹果过剩,怎么办?天天存在冷库里面怕它烂掉,新的东西吃不掉,不会有人用。怎么办?将苹果进行深加工,加工成苹果醋、苹果酱,不依赖于苹果这种形式利用。这是P2G的方式。

怎么做?通过电解水、电解槽将氢转化为氢气,氢气存储再满足其他用用途。氢的用途待会儿详细说。氢气也可以进入咱们的基础设施,进入天然气管网进行有效利用。这是通过电网来的电。也可以在咱们的电源侧,源侧,利用源侧产生的或者配网侧目前的风光点可再生的资源,不能连续的发电或者借助于电网的调序手段,在低谷通过电解水的技术利用起来,是很好的储能调节的手段。这个手段和锂电池调节手段有点区别。今天很多锂电池方面的专家,电不能存,锂电池存的是化学能,电化学物质,最后再把它转换为电能,电不能存。锂电池存化学能再转化到电能,氢也是这样,把电转换成氢能,氢能通过其他装置发挥出去,氢能再转为电,最好氢能直接利用就是最好的方式。

将储能的能量在不同的系统之间或者用户之间,包括电网、气网、热网等相互转换,利用天然气管网比现有的和廉价的氢基础设施来存储或者扩充,将储存的电能不再以电的方式输出。锂电池存下来的电还是电,氢不是这样的,富余可再生能源电力单纯是欧洲和北美提出的概念,富余的电能单纯的电力进和电力出,进电、出电,储能方案只会增加电力间歇的成本这是欧洲人的观点。它是一种柔性调节手段进行使用。电多的时候存下来,电不够用就不用,随时停下来用。电低谷时段要消纳电就制氢,高峰时段不用这个,或者高峰时段通过燃料电池的技术向电网进行反哺,也可以做到。氢储能提供了MW、GW乃至TW级的储能解决方案,在储能领域中应用前景广阔。

氢能充分利用就不要合同气,合同气多此一举,因为氢有氢的特性问题,对管道其他要损伤,如果更高比例的储氢,合同甲烷气是最好的。

氢储能,技术和模式是什么样的状况?技术和商业模式,首先电能通过电网的电或者发出来的电跟电解水进行结合,有几种电解水的工艺制成氢气,或者再通过咱们的直接氢化等等一系列的工艺结合,把二氧化碳引用进来合成甲烷,再下一步也可以合成所谓的人工燃料,西方有一个概念是液态燃料的体系,咱们车也不要急,马上把车淘汰掉,2030年前后,路上跑的车还是燃料电池汽车,也有电动汽车,也有咱们的汽油车、柴油车,也不是普通的油,油已经是零碳或者含碳的油,排出碳,碳回收,达到综合平衡,不会增加新的碳。氢气和二氧化碳合成新的零碳燃油进行使用。氢也可以在化工用途中使用,通过供电解等手段来做,氢要有氢,电解水的技术生产氢,氢也可以通过热电联产,通过其他的用途产生的热和电来进行使用。氢是终极能源,里面不含碳,所有的能源武陟县看利用过程,就是碳氢比调节的过程,其他的东西都含有碳,碳减完就变成氢。

目前的现状是什么样的?电解技术,包括加到管道气里面的技术,以及氢的储运技术,直接加氢还是甲烷,以及其他的把甲烷做成合成器的燃料,给天然气和汽车供应。各种各样的技术都可以进步,有氢气网络、天然气网络,还有合成网络等等方向,在欧洲这些技术都在进一步研究和发现,目前基本具备了一定的现实可行性,在国内也是这样做的。咱们有天然气车,还有天然气合成气合进来,包括加氢站在布局,这些都会做。同时在过程中也会有些其他氢气出现,咱们提到的生物制气,垃圾填埋场,污水处理厂产生的沼气,里面都可以做出氢气来使用。

现状和趋势,氢气的应用,氢能到底应用在哪里?氢气、氢气,之所以说氢气已经一百多年了,氢气之所以能够成为氢能,气变成能,里面有一个装置的出现,就说燃料电池技术装置,氢气转化为氢能的装置,得到这个技术变成氢能。过去的气态燃料正常使用,无论是化工还是作为原料还是其他东西,氢气照样使用。在氢能里面,刚才提到家庭,家庭的热电联动,小型、中型都分别布局,移动运输、氢能的交通应用,提供车辆动力。化工应用,这是过去传统的应用,还有天然气,和天然气合成新的燃气,或者直接加入天然气,提高天然气的里面的碳排放量,还有一个更重要的用途,咱们在深圳都清楚,很多LNG接收站,但是家里用的燃气需要保持一定热值的稳定性,不同LNG热值不一样,要调整,怎么进行LNG调热值?最佳的方式加入氢气,按照一定的比例添加进去,不要给黑心的厂家添空气。电力方面,电本身有很多的好处,氢气通过燃料电池发电,本身提供电网高峰时段的应用,起到调峰调频的作用。谈到储能,它也是储能的手段。

欧洲现状,目前是这样的,整个在欧洲这块可以看看,整个欧洲大陆,尤其是在整个的西欧和北欧区域,因为大量的氢能燃料电池和氢储能项目在运行起来。以德国为例,德国有不同的研究,做甲烷化的研究,做热电联产的研究,做整个氢和发电厂如何结合的一系列研究,也有合同气和合同燃油的方案这是欧洲推广。英国和一个大学做管道气如何加氢,作为英国重要的项目正在推动,也取得突飞猛进的进展。在欧洲和天然气管道里面,加氢的比例加到15%,在不同的应用环节下,在8%-10%的比例下,天然气加氢气是对天然气管道的损害,基本是可接受的。没有损害了,中国的管道是不是也是这样的?我们还需要进行一系列的测试和验证。

国内现在是这样做的,像刚才提到的中节能很早就参与了国家的863项目,用大规模或者一定量的电力技术,通过电解水制氢。通过燃料电池技术,用其他的燃料电池发出电做,当时做得比较小,是100KW。最下面是最大的两个项目,第二个项目没有实施。中德合作项目,在张家口做了200MW风电场配套17MW的制氢项目,制氢项目今年年底安装完毕,风电项目已经结束了。这时候每年可以消纳接近8000万度的电,产生一千多万立方米的氢气,在北京冬奥会期间也会在张家口绿色氢能的供应发挥很大的价值。金风的项目推进比较滞缓,目前还在进一步研究中。现阶段,国内,尤其是西部正在做一些事情,今年2018年科技部重点项目6.4里面提出了大规模可再生能源风电来制氢的应用及示范项目,已经开始做起来了,我们也在跟电网、石油和很多单位合作,积极争取这个项目。

我刚才提到现阶段富余电力制氢是主流,未来考虑更大比例的传输加入天然气里面,才会实现天然气的合成,就是合成气。未来,氢能交通大规模发展之后,富余电力制氢,通过液体燃料,这可能是主流方案。合成天然气不会成为主流,只可能是氢气未大规模使用前的过渡方案。甚至未来也有可能直接的氢气管道传输会逐步出现,并扩大相关的规模。在国内分别有两条40、50公里纯氢的管道在做,湖南岳阳和中石化的洛阳,分别有氢气管道、纯氢管道运行,化工厂里面看到更多,这个里面的管道很多。

这是要干什么呢?谈储能,储能在哪里?这是中国可再生能源的分布图,中国天然气的分布图,可再生能源富余的区域恰恰是中国天然气的富余区域或者进口管道接触的区域,这是目前的天然气管道的分布图。把可再生充足区域和电力过剩的区域与天然气和油气生产基地高度吻合,普遍具有骨干性的天然气管网的通路,这时候为何不就近将富余的可再生能源电力通过电解水技术制成氢气,输入到天然气管道,通过天然气的管道运输和使用?是不是解决富余电力消纳的问题。第二个,欧美现在已经研究,符合国际标准的天然气管道,最多,现在我们再保守,加2%总可以吧?刚才提到8%-10%,欧洲做到15%,不会产生影响,我们保守一点,加这些。

我做了一个思考和建议的方案,西北富余风光点制备氢气,加入西气东输管线。云南富余水电制备氢气加入中缅天然气管线或就近制备化肥。四川的富裕水电制备氢气加入四川向华东天然气管线。内蒙、张家口一带的富余风电制备氢气,加入陕京天然气管线。东北风电制备氢气加入中俄天然气管线。珠三角、长三角、大连的河电也可以就近制作氢气,供应当地的氢能、交通或者炼化工业使用。所以电转气的技术是解决富余的可再生电力和核电消纳使用的手段,不是个问题。关键的是政策支持、资源调配、技术的升级、合适的商业模式才能找对解决问题的方案。

既然是电解水要消耗水,西部区域有没有这么多水?西气东输三条管线,每条300多亿立方,合计起来是1000多亿立方,加20亿方的氢气,增加20亿方的新增燃气,2017年咱们缺气,到现在为止中国到处缺气,国家领导人愁着找新的燃气补充。这就是一个富余氢气或者燃气的补充方案。解决了20亿方氢气,消耗多少度电?5度电制一方氢,100亿度的清洁电力,也就是5GW风电的全年发电量,500万风电的全年发电量,按照2000利用小时,全部消纳解决。并且可以向空气中排出10亿方氧气,10亿方的氧气相当于5400公顷森林的年氧气排放量,什么都没有做,按照电解水做,在西部与新疆这个地方为例,西气东输沿线创造5400公顷的森林,氧气的排放量出来了,有效改善大气环境。这时候消纳多少水呢?要生产20亿方的氢气,10亿方的氧气,全年的水量是160万吨水,西部一个大城市。这是乌鲁木齐的一个城市,一天的用水量是165万吨,乌鲁木齐一天的用水量解决全年消纳的问题,水还是个问题吗?这样还需要再进行超高压所有的无论是直流、交流大规模的运输吗?正常的时段一定要靠咱们的大规模电网进行电力的调度和传输,在用户需求不足的情况下,完全创造出需求出来,用电解水的技术作为电网之间的调峰和调序和调频的手段,氢储能技术可以用在大规模电力传输技术,无论超高压的直流还是交流去有效结合,作为电网之间的辅助和调节的手段。如果这样做的话,单纯的算法消纳这么多电,电网要投资多少?10万亿以上的电网投资,不敢说全部减少,跟它之间的协助和配合,电网建设的紧迫性和电网建设的冗余度就会大量降低,这样替代大规模的电力传输。我汇报到这儿。谢谢!

(本文根据现场录音整理,未经本人审核)

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