支撑新型电力系统建设的氢储能关键技术路线及思考

第十二届中国国际储能大会支撑新型电力系统建设的氢储能关键技术路线及思考赵晋斌博导上海电力大学电气工程学院报告提纲新型电力系统关键技术氢储能系统中长周期运行特性氢储能系统中长周期运行特性3源-网-荷-氢优化调度模型4双碳目标下氢储能系统碳排放潜力发电侧形态电网侧形态用户侧形态电能平衡方式发电侧形态电网侧形态用户侧形态电能平衡方式积极发展“新能源+多元储能”、源网荷储一体化和多能互补，支持 [1]许传博,刘建国.氢储能在我国新型电力系统中的应用价值、挑战及展望[J].中国工程科学,2022,24(03):89-99.04①储能技术特性液态氢能量密度约为汽油、柴油、氢能运输不受输配电网络的限制，液态氢能量密度约为汽油、柴油、氢能运输不受输配电网络的限制，CO2+4H2⃞CH4+2H2O(氢气与天然气的密切联系)风光出力的预测准确程度有限，其出力随机性会对电问题氢储能作为一种化学储能方式，适用于长时间储能风光出力的预测准确程度有限，其出力随机性会对电问题解决方案利用新能源出力富余(未能利用)的电能进行制氢，将解决方案利用新能源出力富余(未能利用)的电能进行制氢，将当电力输出不足时，利用储存起来的氢能通过燃料电35%35%50%85~97%100%0%损耗0%损耗氢储能关键技术包含氢储能关键技术包含制氢、储运氢和燃料电池技术储运氢技术包含：高压气态、低温液态、金属氢化物、有机液态★碱性电解槽(AEC)质子交换膜电解槽(PEMEC)固态氧化物电解槽(SOEC)•运行温度70~90℃•电解效率60~75%•耗能4.5~5.5kWh/Nm3•技术成熟，成本低•运行温度70~80℃•电解效率70~90%•耗能3.8~5.0kWh/Nm3•响应快，适应动态操作，波动性新能源匹配性高•高运行温度600~1000℃•电解效率85~100%•耗能2.6~3.6kWh/Nm3•高转换效率，工作压强低定输入容量存储能力定输出容量燃料电池的实质是电解水的逆过程区分传统电池，其燃料和氧化剂是在反应的同时输入的，而不是预先放置的建筑供能交通运输新能源汽车交通运输新能源汽车燃料电池燃料电池便携电池小型家用电器便携电池小型家用电器电站、应急电源发电电站、应急电源发电热电联产系统热电联产系统报告提纲新型电力系统关键技术氢储能系统中长周期运行特性氢储能系统中长周期运行特性3源-网-荷-氢优化调度模型4双碳目标下氢储能系统碳排放潜力），{{储氢：接近0，且便于转为其它能源形式√应用场景1：分布式光伏PV+气电混合P2G富余电量富余电量分布式光伏供电负荷氢储上限母线电压达到上限燃料电池夏季电负荷高热负荷低 上网风电海上风电光伏水电度电成本0.410.630.400.33合理利用氢储能长周期、季节性储能优势，将一年内多风及晴朗天气的富余电力作为极合理利用氢储能长周期、季节性储能优势，将一年内多风及晴朗天气的富余电力作为极氢能可实现跨区域输送，加强各电网交流互构建P2G弹性负荷，通过氢能实现电网与气今年8月四川省应对高温的限德国2050年德国2050年报告提纲新型电力系统关键技术氢储能系统中长周期运行特性氢储能系统中长周期运行特性3源-网-荷-氢优化调度模型4双碳目标下氢储能系统碳排放潜力新型电力系统：“源-网-荷-储”一体化循环氢储能容量配置模型在各策略运行下可实现相应目标：新能源消纳最大化、最优运行经济性、系统安新型储能系统容量配置直接关系到系统整体供电的可靠性及运行可靠性可靠性过小的储能系统无法保证系统电能质量和整体运①电解槽制氢效率储氢罐中氢气在氧气(HTO)的爆炸极限[2]李军舟,赵晋斌,陈逸文,毛玲,屈克庆.考虑动态功率区间和制氢效率的电转氢(P2H)设备容量配置优化[J].电工技术学报,2022.(已录用)[2]李军舟,赵晋斌,陈逸文,毛玲,屈克庆.考虑动态功率区间和制氢效率的电转氢(P2H)设备容量配置优化[J].电工技术学报,2022.(已录用)合理的储能尺寸设计也能够有效改善微电网及系统经济性经济性目标函数：minIAC-c,+cwtcar+ca+ci+cis(等年值成本)n年运行可靠性n成本经济性1√23√√}装机容量×}装机容量×√合理风光•风光互补发电系统是一种具有较高性价比的新能通过氢储能实现能量的跨季节利用，提高可再生分段线性化分段线性化电转氢 设备电转氢 设备变换器常规场景常规场景复杂场景“Np×Ns”复杂场景[3]李军舟,赵晋斌,曾志伟,毛玲,屈克庆.具有动态调节特性的光伏制氢双阵列直接耦合系统优化策略[J].电网技术,2022,46(05):1712-1721.(已发表)16报告提纲新型电力系统关键技术氢储能系统中长周期运行特性氢储能系统中长周期运行特性3源-网-荷-氢优化调度模型4双碳目标下氢储能系统碳排放潜力电能和氢能通过制氢与燃料电池发电技电能和氢能通过制氢与燃料电池发电技“零碳排放”模式：风电、太阳能(主要无碳能源)+