“新型电力系统一定是一个全时域平衡的系统,对于分钟级和小时级的平衡,可以通过电化学储能电池来实现调峰、调频;对于日峰谷差的平衡,可以用抽水蓄能、压缩空气储能、固体氧化物燃料电池(SOFC)等技术来实现功率平衡;对于解决更长周期的电力富余和缺电问题甚至跨季、跨年平衡问题,则需要用到电解水制氢技术。”雷宪章认为,在长时储能中氢能的表现最优秀。
普遍观点认为,氢储能是最适合应对大规模、长周期电力错配问题的储能方式。与其他方式相比,氢储能在放电时长和容量上具有明显优势,储存形式多样,不受地理条件限制,有望成为跨季节长时储能技术的首选。而且随着制、储、输、用等方面技术不断突破,氢储能的成本将大幅降低,能够应用于电力系统各个环节。
雷宪章介绍,发展绿氢是欧洲实现能源转型的重要抓手之一。欧洲经过20多年的探索得出一个结论,就是通过“电氢协同”来实现能源转型。根据规划,到2040年欧洲要建成24000千米的氢网,这将在很大程度上解决欧洲的能源供应问题。
在2024综合智慧能源大会上,雷宪章向与会各方介绍了欧洲发展“电氢协同”的情况。
欧洲的北海拥有大量风光资源,利用小时数能够达到4000甚至5500,因此环北海7国建设了大量的风电与光伏项目。但是由于当地工业用电负荷不足,无法消纳如此多的发电量,于是就出现严重的局部窝电现象,因此也就诞生了负电价。正是负电价的出现,在欧洲催生一个新的行业——绿氢制取,就是采取电解水反应制造氢气。
雷宪章认为,欧洲发展绿氢的本质就是为了消纳多余的风光发电,这是欧洲发展“电氢协同”的一个雏形。在此,他特别强调这样一个逻辑:制氢,一定是用来消纳电网富余的可再生能源发电量,否则,如果作为普通用电负荷的话,那么制氢项目就失去了存在的价值。“去年,我国弃风弃光电量约超过300亿千瓦时,相当于三峡电站4个月的发电量。”雷宪章算了一笔账说,如果将这些电量全部用来制氢,就会占到全球绿氢产量的1%,达到64万吨。
接下来,雷宪章介绍了欧洲另一个“电氢协同”的成熟案例。
2007—2008年,欧洲成立了一个庞大的组织,叫作“沙漠计划”,由欧洲国家政府、银行、制造业、能源行业4方组成。该组织最初计划向南越过地中海,到非洲撒哈拉沙漠开发风电、光伏,然后再通过海底电缆的方式输电到欧洲。最后该计划被迫“搁浅”,原因就在于难以承担修建海底电缆的天价成本,海底电缆的造价大约是架空输电线路的8—10倍。不过,当时间来到2017—2018年,该计划被重新激活,只是不再向欧洲直接输电,而是改为在撒哈拉沙漠就地实施可再生能源发电制氢,然后再通过海底管道输氢的方式运到欧洲,输氢管道的造价基本和架空输电线路持平,这样就解决了经济性问题。于是,欧洲规划了3条管道从北非向欧洲输送氢气。
除了消纳网内的富余电量之外,绿电制氢的另一大优势是可实现像“沙漠计划”这种形式的离网运行,也就是说在电网覆盖不到但可再生能源丰富的区域,可以探索离网制氢再远距离输氢的能源开发模式。
据了解,我国在远距离管道输氢和天然气管道掺氢方面也已经有所突破,如,“西氢东送”输氢管道示范工程被纳入《石油天然气“全国一张网”建设实施方案》;再如,国内天然气输送管道掺氢比例已经达到24%。这些远距离、大规模管道输氢技术为我国发展离网制氢打下了坚实基础。
根据国际能源署预测,未来全球将有10%的可再生能源需要转化为可长期储存的氢能。到2060年我国将有1.5万亿千瓦时的电能需要用氢及相关的方式来储存。
另外,由于可再生能源电价的不断下降,绿氢会变得越来越便宜。根据有关预测,到2025年,可再生能源电解水制氢成本有望低于25元/千克,将具备与天然气制氢进行竞争的条件;到2030年,可再生能源电解水制氢成本将低于15元/千克,具备与配套CCS的煤制氢进行竞争的条件。
国际能源署也持相同的预测结果。该机构表示,到2030年绿氢成本开始低于灰氢、蓝氢。
“所以说,‘电氢协同’不仅仅是一个口号,它代表着未来新型能源体系发展的路径和思路。”雷宪章十分肯定自己的判断。
不过,也有观点认为应该理性看待储能,尽管储能在应对可再生能源出力不稳定和构建新型电力系统方面作用不言而喻,但也不能过分拔高储能尤其是长时储能的作用。
构建新型电力系统需要源网荷储一体规划、一体建设、一体运行,维持电力系统平衡,需要各环节协同发挥作用,每个环节之间互为补充,比如在促进供需平衡方面,电网侧可以发挥远距离余缺互济作用、电源侧可以发挥多能互补作用、用户侧可以发挥聚合需求响应作用等等。
因此,既要科学分析测算储能在新型电力系统中的合理占比,也要精确科学布局短时、中时和长时储能,因为过量配置储能或者不同时长储能配比不当也同样会造成资源的浪费,影响整个新型电力系统的经济性发挥。