您现在的位置:主页 > 电力资讯 > 氢能发电 >  > 正文

汤广福院士:氢能在发电侧和用户侧均能提高能

2018-12-11 18:22admin中国电力时空网

为推动氢能创新、探索技术应用,11月9日,由北京未来科学城氢能技术协同创新平台主办的首届北京未来科学城氢能与燃料电池技术发展大会顺利召开,会上中国工程院院士、全球能源互联网研究院有限公司副院长汤广福做了题为“氢利用技术在新一代电力系统中的应用”的专题报告。

汤广福院士:氢能在发电侧和用户侧均能提高能

中国工程院院士、全球能源互联网研究院有限公司副院长汤广福


以下为发言实录:

我是一个外行,跟毛教授不一样,大部分都是新朋友,我报告的题目在能源转型背景下,电力系统面临的压力,对储能技术的迫切需求,对氢技术的美好的愿景,顺便简单汇报一下我们研究院团队做的具体的工作汇报。

汇报分四方面,具体的技术我不说了,前面专家那么多报告,下午还有那么多专业精彩的报告,我就别在专家面前班门弄斧。

首先是能源转型面临的挑战,现在化石能源面临碳减排的压力,有巴黎协定,压力也非常大。趋势大家都非常明确,清洁能源是唯一的出路,全世界专家都达成了共识。全球能源互联网组织,全球的清洁能源万分之几都不到,清洁能源怎么样进行可控,这是主要的问题。清洁能源发电成本下降非常快,预计2030年要低于化石能源,前面都有很多数据的支撑,这个好像也没有太大的问题。

清洁能源这么发展怎么办,预计2050年我国非化石能源将超过60%,工程院出的数据,有些人还不太赞成,但不赞成也是50%几,60%左右,我们现在才10%几,到那时候成为主导能源,我们现在这么多弃风弃光问题,电网公司的压力真的很大,所以现在都提出能源互联网,国家电网公司提出要建具有卓越竞争力的能源互联网企业,所以能源互联网企业就解决大规模可再生能源结构,解决满足用户多样化的需求,这是清洁能源发展的必然结果。这是发电侧,用户侧呢,老百姓要有获得感,对清洁能源要开放共享,又是发电的用户者,也是参与者,用户也在变,像电动汽车,空调负荷的冲击,两头都在变,所以电网公司转型的压力很大。

简单回顾一下电力系统,现在装机是全球最大,到今年年底大概是18亿,国网大概在14亿,美国也就是10亿不到,所以这个是一个大路,火电装机占65%,电力系统规模最大,等级电压最多,发、输、配、用,还有这么多的风。主要需求,用电需求不断攀升,现在是6万亿度,预计到2030年将达到10万亿度,现在人均用电量4500度,韩国是8000,美国1万5,所以我们追求的小康的目标,到2030年预计接近韩国的水平,这是非常保守的10万亿度,电量还是持续的增加,另外清洁能源是主流能源,现在是18亿装机,到那时候30亿装机怎么来,有10个亿左右都是清洁能源发电,都是风光不可控的装机,否则这个电量哪来,摆在这个地方,燃煤不能再增加了,这些都是一个现实的问题,这是电力领域的趋势。跨区的输送规模增加,现在不到2亿千瓦,清洁能源东部的分布式太有限了,主要用户都在中东部,主要的新能源,风、光都在西部,在新能源也是一样的,将来要翻两番,科学要做到8亿千瓦,另外电网于用户的互动能力增加,我们以电动汽车为例,预计2030年8000万辆,很保守,如果都是特斯拉,相当于2030年的时候,一天大家都出去,就占装机容量1/4,不可能,所以中间有大量的人工智能,车联网的协调,有序充电,所以用户侧除了空调又增加了电动汽车,两头都是这样变,那头是发电侧的变化,所以怎么办。

电源侧,高比例清洁能源并网调控,电网侧,大电网柔性互联安全运行。现代电网面临的主要挑战,清洁能源发电装机区域过于集中,三类地区弃风弃光弃电非常严重。清洁能源机组并网性能较差,所有的风电、光伏电力,耐压性能都比发电机要差。系统灵活调节电源不足,总理到西班牙去,他们燃气发电34%,美国接近50%,一分钟两分钟燃气轮机就起来了,我们国家最高才6.8%,所以这就是中国的现状,人民生活发展的改善,所以两个电网公司的老总压力很大,现在电网安全稳定,一天接受不了停电,未来12年的左右的时间,电网的抗扰动性能不断下降,清洁能源机组基本不具备频率调节能力,也不具备类似常规电源的动态无功支撑能力。系统稳定形态更加复杂,近年来直流、风电、光伏、SVC等电子电量装置大量介入电网,系统电力电子化特征日益显著。清洁能源发电出力时间不均衡。我们国家电网公司的董事长提出建立新一带电力系统,要打造广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控的新一代电力系统,这里说的能源互联网和全球的不一样,跟用户侧又不一样,真正大电网的能源互联,这方面有大量的技术,灵活交流输电技术,特高压直流输电技术,柔性直流电网技术,储能技术,储能技术对未来电网的形态是颠覆性的。储能技术,探索绿色低碳、经济高效的新型储能技术,这是可持续发展一条路,大家瞄准了氢能,所以我们院是后来者,小学生,所以这个对电力系统的应用的好处是非常多了。

在电力系统中的应用场景,新能源电力转化成氢能及储存,高峰时段利用氢燃料电池发电,同时满足用户供热需求,推进能源消费清洁化、低碳化。首先,降低弃风弃光率,改善新能源并网性能,在并网侧能够真正制氢,把弃风弃光的电解水制氢+储氢+氢燃料电池发电,既能提高新能源利用率,又能改善新能源发电出力特性,实现新能源友好并网。我们做了一个案例,西北五省去,2017年弃风电量236亿千瓦时,弃风率接近25%,弃光电量66.7亿千瓦时,弃光率14.1%,如果制氢的话可以达到60亿,我们综合利用,就地制氢增收210亿,以注入天然气官网计,按热值计算氢气注入官网的价格约0.55元,增收33亿,还有燃料电池的发电计,增收18亿,不管怎么说,光靠电网一家很难做。

用户侧削峰添谷,促进电能替代。在负荷侧,利用低谷电解水制氢+储氢、+氢燃料电池发电,消纳低谷时段富余的电力。以联研院园区储储能方案为例,电解系统容量为200千瓦,燃料电池发电系统容量55千瓦,谷段制氢并储存,峰段热电联供,现阶段投资回收期为7.6年,未来5年投资回收期将压缩到5年以内,关键大家怎么样在政府的支持下示范。

电力系统应急备用电源,燃料电池体积小,无污染、寿命长、维护费用低,安全不受地理条件限制,可作为变电站备用电源,尤其使用于高海拔、高寒、孤岛等特殊条件下的高可靠,定制供电,替代传统铅酸电池,向低碳、绿色、环保发展。这也是很大的一块,就是初期的投资大一点,因为铅酸电池在所有的变电站是了不得的量,还不太环保,也不好处理,关紧是政府的推动和企业的动力,压力变动力,电网公司也看重这块的技术。

基于低谷电制氢的加氢站,现在给低谷电的政策大部分城市给的政策很好,大家算一算,应该是很有利可图的,按照电价和制氢综合利用,净收益很高,2200万,计算的过程我不说了,你不能用白天的电制,这个效率不行。

列了几个简单的案例,技术现状我不说了,简单过一下技术对比,上午前面专家也说了,主要是各种各样的制氢、储氢和发电,做几个技术的对比,将来从应用角度,哪些技术可商业,哪些技术充满了期待,这个我不说了。

第四部分就是代表我们院的团队,我本人不是这方面的专家,代表我们团队汇报一下创新的实践和未来的期待。我们建了测试平台,10千瓦基于质子交换膜燃料电池氢储能综合利用测试平台,主要是评估光伏风电对不同技术路线电解制氢设备的影响,制氢效率77%,氢燃料电池发电效率50.89%,综合效率达到81.39%,这个就在我们户外。另外,做了一套制氢的样机,20千瓦,效率达到了79.64%,这块也有具体参数,氢气的纯度也很高,热回收率效率也都很高。还有另外一个储氢的装置,主要是达到了低温下的稳定制氢储氢放置,这方面的指标工业压力5兆帕,这是具体的参数。还形成了氢安全评估的一套方法,主要是跟德国的卡尔斯鲁厄大学合作,掌握了氢能系统安全评估方法,也通过10千瓦的测试平均通过了评估,20千瓦的制氢系统通过了国电投的安全评估,保证了氢利用系统的安全性。还做了一个典型案例,设计了200千瓦基于氢利用的冷热电联共的系统。典型案例二,针对青海等偏远地区功能需求,浙江海岛独立功能,陕西工业用氢,安徽新能源制氢加氢等典型需求,设计了多种氢综合利用方案,利用可再生能源电力。

技术发展趋势,我是一种期待,制氢、氢、热、电高效利用,氢电网网络互联等方面研究,综合效率提升到80%以上,寿命达到9万小时,成本讲到2000,实现电网、气网的柔性互联,这是一个目标。重点研究方向,也就是列的这些,这是在座各位的研究方向,怎么样制氢、储氢、发电,包括运营模式,我们更多做这块,怎么样成功的应用起来。

最后一句话,氢能在电力系统主要是实现了电力网、燃气网、热力网、交通网的柔性互联和联合调控,促进新能源的大规模开发利用和多种新型能方式的蓬勃发展。现在弃风弃光的压力,专家到电网公司的压力太大,其实是不体科学的,原来还有电网规划没有跟上,电价政策没有跟上,建风电那么快,建了以后国家电网没有人要,送到东部没有人要,自己就保护自己的发电厂,有利润,有GDP,这些东西国家电网公司和南方电网公司很难受,我们压力也转嫁给你们,给你们一个巨大的机会。谢谢大家。

(根据北极星储能网速记整理,未经嘉宾审阅)