刚刚结束的联合国气候大会cop26,包括中美在内的缔约国达成一致,将逐步减少煤炭使用,化石燃料时代或将终结。同时自“3060”双碳目标提出以来,中国不断深入推进碳达峰行动,推动能源清洁低碳转型。
但是氢能、风能等清洁能源是否能弥补化石燃料的空缺?有专家认为,储能是清洁能源当下发展最重要的瓶颈,如何克服这一瓶颈,是降低我国煤发电的关键所在。
储能已成重要突破口
上海交通大学上海高级金融学院教授陈宏认为,我国水电、太阳能和风能发电常常遇到弃水弃光弃风问题,主要是由于地理位置造成。我国大多数水光风资源分布在西南和西北偏远地区,远离需求巨大的经济发达地区。“目前,主要解决方案就是铺设更多电网,让这些可再生能源尽量可以上网,通过电网使偏远地区发电供应方与发达地区使用方匹配。”
9月7日,全国绿色电力交易试点启动,上海多家行业龙头企业一举签订了采购宁夏2022年至2026年连续5年间、总计15.3亿千瓦时光伏电量的重磅订单,成为全国绿电交易开市后的首批跨省跨区交易订单。
除了绿电上网之外,绿电供能另外一个主要问题就是供电时间周期性、不确定性。“太阳能只是在白天晴天才有,风力也会变化无常。目前主要解决方案是用其它传统能源调节,但当这些可再生能源发电占比变高时,这种调节就会很困难。”上海交通大学上海高级金融学院党委书记朱启贵拿德国举例,2020年德国风电占发电总量27%,但是今年夏季晚期到秋季却遭遇缺电,其中一个重要原因就是今年风力太弱,传统能源发电又受到天然气短缺影响。
陈宏认为,当可再生能源成为主要发电来源时,解决其供电时间上周期性和不确定性的重要解决方案就是储能,依靠储能来“削峰填谷”,也就是在发电高峰时将部分电能储存起来,在发电低估时将储存的电释放出来。
去年12月,美国《能源储存重大挑战:能源储存市场报告》分析了全球七个储能主要技术,包括锂电池、铅酸电池、抽水蓄能水电、压缩空气储能、氧化还原液流电池、高压和液氢、建筑热能储存。报告显示,按照现有技术,2018年全球总储能量大约是5亿度电,而2018年全球可再生能源总量为22.9万亿度。也就是说,全球总储能量只占可再生能源产量的万分之0.218。
近日,国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》中明确提到,加快建设新型电力系统。构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统,推动清洁电力资源大范围优化配置。积极发展“新能源+储能”、源网荷储一体化和多能互补,支持分布式新能源合理配置储能系统。制定新一轮抽水蓄能电站中长期发展规划,完善促进抽水蓄能发展的政策机制。加快新型储能示范推广应用。深化电力体制改革,加快构建全国统一电力市场体系。到2025年,新型储能装机容量达到3000万千瓦以上。到2030年,抽水蓄能电站装机容量达到1.2亿千瓦左右,省级电网基本具备5%以上的尖峰负荷响应能力。
由此可见,储能已成为清洁能源发展的重要突破口。
常温常压储氢,我国已走在前列
“要想解决储能的瓶颈,就必须依靠新技术,比如通过氢大规模储能。”陈宏解释说,氢能规模巨大,每个水分子中有两个氢原子,而地球表面70%被水覆盖。无论是燃料电池通过电化学转换成电、还是氢内燃机通过燃烧转换成动力,它们转换过程使氢与氧结合而形成水,从而实现零排放。
陈宏告诉记者,制约氢能使用的关键问题仍是如何储氢。现有主流储氢方案是高压储氢或超低温液化储氢,今年2月,氢能委员会在《氢能洞察:氢能投资、市场发展和成本竞争力的观点》中,首次提到常温常压液体有机储氢这一全新技术。
“简单来说,这个技术基于一个称为储油的有机液体,它在一定温度、压力和催化剂作用下与氢反应形成一个新的含氢的称之为氢油的液态有机化合物。这是一个可逆化学反应过程,氢油在一定温度和催化剂作用下又还原出储油同时释放出氢。”陈宏提到了该技术的应用场景:用可再生能源发电,当发电高峰或电无法上网情况下,通过电解水制氢。氢与储油结合生产出氢油,这个过程犹如在炼油厂将石油炼成汽油。然后将氢油如运输汽油一样运输到需要用氢地方,比如加氢站。用氢时通过一个化学装置将氢油中释放出来,氢可以用于燃料电池,可以用于氢内燃机。
“与现有高压和深冷液化储氢技术相比,这个技术最大优势就是安全、低成本、可以充分利用现有基于石油的基础设施。”朱启贵表示,日本千代田(chiyoda)今年2月第一次利用这一技术将文莱氢气运输到日本用于发电,德国也在积极推动这个技术。
不过,我国在液态有机储氢领域处于世界领先地位。早在2016年9月,氢阳能源试验成功全球首台基于常温常压液态有机储氢技术的工程巴士样车。之后,它们又与多家车企合作研制了5代基于液体有机储氢供氢系统的燃料电池巴士和卡车。截至目前,仍是全球唯一可以用于交通应用的液态有机储氢供氢系统。
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