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我國能源資源稟賦的特點(diǎn)是“富煤、缺油、少氣”，能源結構主要以煤炭為主，原油和天然氣資源的對外依存度較高。2014年6月，習近平總書(shū)記就推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費革命提出“四個(gè)革命、一個(gè)合作”的能源發(fā)展戰略思想，為推進(jìn)我國能源清潔低碳轉型發(fā)展指明了方向。“十三五”時(shí)期，我國能源消費結構持續優(yōu)化，非化石能源消費比重從12.1%提高至15.9%，平均每年提高了0.76個(gè)百分點(diǎn)。面對全球性的氣候危機，中國在2020年9月向世界鄭重承諾：我國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現碳中和。2020年我國全社會(huì )碳排放約1.06×10¹⁰ t，其中電力行業(yè)碳排放約4.6×10⁹ t，占比高達43.4%。在此形勢下，電力行業(yè)肩負著(zhù)“雙碳”目標實(shí)現的重要歷史使命，將承擔著(zhù)主力軍的關(guān)鍵角色。

2021年中央財經(jīng)委員會(huì )第九次會(huì )議指出：要構建以新能源為主體的新型電力系統。新型電力系統的內涵是：以新能源為供給主體、以確保能源電力安全為基本前提、以滿(mǎn)足經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展電力需求為首要目標，以堅強智能電網(wǎng)為樞紐平臺，以“源網(wǎng)荷儲”互動(dòng)與多能互補為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開(kāi)放互動(dòng)的基本特征。氫能是一種來(lái)源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源，將為新型電力系統的安全低碳建設發(fā)揮重要價(jià)值。2022年3月，國家發(fā)展和改革委員會(huì )發(fā)布《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(cháng)期規劃（2021—2035年）》，氫能的戰略定位被提升到了未來(lái)國家能源體系的重要組成部分。

目前，許多國內外主流機構對氫能在終端能源的消費比重進(jìn)行了預測。國際氫能委員會(huì )（Hydrogen Council）發(fā)布的報告《氫能規?；?mdash;—全球能源轉型的可持續途徑》預計到2050年，在將溫度升幅控制在2 ℃前提下，氫能將承擔全球18%的終端能源消費（約80 EJ），全年的二氧化碳排放量能夠較現在減少約6×10⁹ t。美國燃料電池和氫能協(xié)會(huì )（FCHEA）發(fā)布的報告《美國氫能經(jīng)濟路線(xiàn)圖——減排及驅動(dòng)氫能在全美實(shí)現增長(cháng)》預計到2050年，氫能將滿(mǎn)足美國終端能源需求的14%。歐盟委員會(huì )發(fā)布的兩項戰略計劃《歐盟氫能戰略》和《歐盟能源系統集成戰略》預計到2050年，氫能可以滿(mǎn)足全歐盟24%的終端能源需求。

從中國范圍來(lái)看，根據中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新戰略聯(lián)盟（簡(jiǎn)稱(chēng)“中國氫能聯(lián)盟”）預測，到2030年中國氫氣需求量將達到3.5×10⁷ t，在終端能源體系中占比5%，到2050年氫氣需求量接近6×10⁷ t，氫能將在中國終端能源體系中占比至少達到10%，可減排約7×10⁸ t二氧化碳；《中國氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2020》和《2021中國能源化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》得出2050年氫能在我國能源體系中占比10%的相同結論。與上述時(shí)點(diǎn)不同，《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)2020》預計在2060年氫能在我國終端能源消費中占比將達20%左右。綜合以上數據，保守估計2050年氫能在我國終端能源體系占比將達10%。氫能將與電能耦合互補，共同成為我國終端能源體系的重要消費主體。

當前關(guān)于氫儲能的綜述性研究較多關(guān)注技術(shù)研發(fā)與應用進(jìn)展、可再生能源系統集成等方面，而針對氫儲能在新型電力系統中的應用價(jià)值分析研究較為匱乏。針對于此，本文從我國新型電力系統“源網(wǎng)荷”各個(gè)環(huán)節對氫儲能的應用價(jià)值進(jìn)行梳理和歸納，力求深入探討氫儲能在新型電力系統中應用存在的挑戰并展望未來(lái)發(fā)展。通過(guò)本文的研究，可以促進(jìn)氫儲能產(chǎn)業(yè)與新型電力系統建設的有機融合，驅動(dòng)電力、交通、建筑和工業(yè)等部門(mén)的碳排放快速達峰。

二、氫儲能系統與技術(shù)

（一）氫儲能系統

近年來(lái)，我國新能源發(fā)展勢頭迅猛。截至2021年年底，我國新能源發(fā)電裝機達到7.26×10⁸ kW，其中風(fēng)電3.28×10⁸ kW、太陽(yáng)能發(fā)電3.07×10⁸ kW，分別連續12年和7年穩居較前位。由于新能源的間歇性特點(diǎn)，加之輸電容量有限，棄風(fēng)和棄光問(wèn)題隨著(zhù)新型電力系統中風(fēng)電、光伏滲透率的不斷增加將日益突出。此外，在連續無(wú)風(fēng)、無(wú)光等惡劣天氣下，將造成新型電力系統電力供應可靠性大幅下降甚至出現大面積缺電現象。儲能作為重要的調節資源，對于促進(jìn)新能源高比例消納和保障電力電量實(shí)時(shí)平衡具有重要作用。2021年7月，國家發(fā)展和改革委員會(huì )、國家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲能發(fā)展的指導意見(jiàn)》提出，2030年新型儲能裝機規模達到30 GW以上，從政策層面明確和量化了儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標。

現有的儲能系統主要分為五類(lèi)：機械儲能、電化學(xué)儲能、電磁儲能、熱儲能和化學(xué)儲能。機械儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等；電化學(xué)儲能主要包括鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池和液流電池；電磁儲能包括超級電容器儲能和超導儲能；熱儲能是將熱能儲存在隔熱容器的媒介中，適時(shí)實(shí)現熱能直接利用或者熱發(fā)電；化學(xué)儲能是指利用氫等化學(xué)物作為能量的載體。儲能即儲存能量，根據能量形式的不同，儲能又可以分為電儲能、熱儲能和氫儲能三類(lèi)。機械儲能、電化學(xué)儲能和電磁儲能屬于電儲能，目的是儲電，適用于充放電短周期內的就地使用。

氫儲能是一種新型儲能，在能量維度、時(shí)間維度和空間維度上具有突出優(yōu)勢，可在新型電力系統建設中發(fā)揮重要作用。氫儲能技術(shù)是利用電力和氫能的互變性而發(fā)展起來(lái)的。氫儲能既可以?xún)﹄?，又可以?xún)浼捌溲苌铮ㄈ绨?、甲醇）。狹義的氫儲能是基于“電 ? 氫 ? 電”（Power-to-Power，P2P）的轉換過(guò)程，主要包含電解槽、儲氫罐和燃料電池等裝置。利用低谷期富余的新能源電能進(jìn)行電解水制氫，儲存起來(lái)或供下游產(chǎn)業(yè)使用；在用電高峰期時(shí)，儲存起來(lái)的氫能可利用燃料電池進(jìn)行發(fā)電并入公共電網(wǎng)。廣義的氫儲能強調“電 ? 氫”單向轉換，以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)等形式存儲氫氣（Power-to-Gas，P2G），或者轉化為甲醇和氨氣等化學(xué)衍生物（Power-to-X，P2X）進(jìn)行更安全地儲存。

氫儲能與其他儲能方式相比，具有以下4個(gè)方面的明顯優(yōu)勢：

①在新能源消納方面，氫儲能在放電時(shí)間（小時(shí)至季度）和容量規模（百吉瓦級別）上的優(yōu)勢比其他儲能明顯，如圖1所示；

②在規模儲能經(jīng)濟性方面，隨著(zhù)儲能時(shí)間的增加，儲能系統的邊際價(jià)值下降，可負擔的總成本也將下降，規?；瘍浔葍﹄姷某杀疽鸵粋€(gè)數量級；

③在儲運方式靈活性方面，氫儲能可采用長(cháng)管拖車(chē)、管道輸氫、天然氣摻氫、特高壓輸電 ? 受端制氫和液氨等方式；

④在地理限制與生態(tài)保護上，相較于抽水蓄能和壓縮空氣儲能等大規模儲能技術(shù)，氫儲能不需要特定的地理條件且不會(huì )破環(huán)生態(tài)環(huán)境。

圖1 各類(lèi)儲能在放電時(shí)間和容量性能的對比

2020年12月，美國能源部（DOE）發(fā)布了儲能大挑戰路線(xiàn)圖，這是美國發(fā)布的關(guān)于儲能的綜合性戰略，氫儲能是其中的主要探討對象。根據美國國家可再生能源實(shí)驗室（NREL）預測，到2050年，持續放電時(shí)間12 h以上的長(cháng)時(shí)儲能的裝機容量將會(huì )顯著(zhù)增長(cháng)，在未來(lái)30年將會(huì )部署裝機容量為125 GW到680 GW的長(cháng)時(shí)儲能。根據Hydrogen Council研究報告，當可再生能源份額達到60%~70%以上時(shí)，對氫儲能的需求會(huì )呈現出指數增長(cháng)勢態(tài)。

截至2021年11月，世界主要發(fā)達國家在運營(yíng)的氫儲能設施已有9座，均分布在歐盟，如表1所示。

表1 主要發(fā)達國家在運營(yíng)氫儲能設施

目前，國內也有少量氫儲能項目已正式運行或試運行。安徽六安兆瓦級制氫綜合利用示范工程是國內兆瓦級氫儲能電站，利用1 MW質(zhì)子交換膜電解制氫和余熱利用技術(shù)，實(shí)現電解制氫、儲氫、售氫、氫能發(fā)電等功能。寧夏寶豐一體化太陽(yáng)能電解水制氫儲能及綜合應用示范項目為單廠(chǎng)規模大、單臺產(chǎn)能的電解水制氫項目，采用新能源發(fā)電 ? 電解水制綠氫 ? 綠氧直供煤化工的模式，包括2×10⁵ kW光伏發(fā)電裝置和產(chǎn)能為每小時(shí)2×10⁴ m³的電解水制氫裝置，項目投產(chǎn)后每年可減少二氧化碳排放約4.45×10⁵ t。大陳島氫能綜合利用示范工程是個(gè)海島“綠氫”綜合能源示范項目，通過(guò)構建基于*新能源發(fā)電的制氫 ? 儲氫 ? 燃料電池熱電聯(lián)供系統，實(shí)現清潔能源*消納與全過(guò)程零碳供能。

（二）氫儲能技術(shù)

與其他燃料相比，氫的質(zhì)量能量密度大，但體積能量密度低（汽油的1/3000），因此構建氫儲能系統的重要前提條件之一是在較高體積能量密度下儲存氫氣。目前，主要儲氫方式可以分為物理儲氫和化學(xué)儲氫。物理儲氫包括高壓氣態(tài)儲存技術(shù)、低溫液態(tài)儲存技術(shù)和地質(zhì)儲氫技術(shù)；化學(xué)儲氫包括固態(tài)儲存技術(shù)、有機液態(tài)儲氫技術(shù)和液氨儲氫技術(shù)。不同儲氫技術(shù)的密度如表2所示。

表2 不同儲氫技術(shù)的密度

1. 物理儲氫技術(shù)

（1）高壓氣態(tài)儲存技術(shù)。高壓氣態(tài)儲氫是指在高壓下，將氫氣壓縮，以高密度氣態(tài)形式儲存于特定容器中，是目前應用*泛的儲氫方式。相對其他儲氫技術(shù)，其具有成本較低、能耗低、易脫氫、工作條件較寬松等特點(diǎn)，是目前常用并且發(fā)展成熟的儲氫技術(shù)，其難點(diǎn)主要集中在儲氫容器的研制上。目前，儲氫容器通常為耐高壓的鋼制氣瓶，主要包括金屬儲罐、金屬內襯纖維纏繞儲罐和全復合輕質(zhì)纖維纏繞儲罐。

（2）低溫液態(tài)儲存技術(shù)。低溫液態(tài)儲氫將氫氣冷卻至-253 ℃，液化儲存于低溫絕熱液氫罐中，儲氫密度可達約71 kg/m³，體積密度為氣態(tài)時(shí)的845倍，實(shí)現高效儲氫，其輸送效率高于氣態(tài)氫。但液氫裝置一次性投資較大，液化過(guò)程中能耗較高，儲存過(guò)程中有一定的蒸發(fā)損失，其蒸發(fā)率與儲氫罐容積有關(guān)，大儲罐的蒸發(fā)率遠低于小儲罐。國內液態(tài)儲氫應用成本較高，目前主要用于航天航空領(lǐng)域及軍事領(lǐng)域。北京航天試驗技術(shù)研究所（101所）以及北京中科富海低溫科技有限公司等正在突破相關(guān)核心裝備。

（3）地質(zhì)儲氫技術(shù)。氫氣地質(zhì)儲存是氫能大規模和長(cháng)期儲存的*。國際上，根據現有的地理條件，選擇鹽穴、廢棄礦井、油氣井和含水層大規模長(cháng)期儲存壓縮氫氣的方式。這種儲氫成本低，約0.6美元/kg，效率約為98%。從具體國家來(lái)看，美國具有的可儲存氫的鹽穴（1×10⁴~2×10⁴ t），英國有3個(gè)鹽穴可以?xún)Υ?000 t氫氣，德國計劃于2023年建設1個(gè)氫氣的鹽穴儲存示范項目（3500 t）。

2. 化學(xué)儲氫技術(shù)

與物理儲氫不同，化學(xué)儲氫方案一般通過(guò)利用儲存介質(zhì)與氫氣結合為穩定化合物的方式實(shí)現氫儲存。用氫時(shí)，通過(guò)加熱或其他方式使化合物分解放氫，同時(shí)回收儲存介質(zhì)。根據儲存介質(zhì)種類(lèi)不同，化學(xué)儲氫技術(shù)主要包括金屬氫化物儲氫、液態(tài)有機氫載體儲氫、無(wú)機物儲氫、液氨儲氫等。與高壓氣態(tài)儲氫和低溫液態(tài)儲氫相比，化學(xué)儲氫技術(shù)成熟度相對較低，目前多在實(shí)驗室、示范項目環(huán)節。

（1）固態(tài)儲存技術(shù)。固態(tài)儲氫是利用氫氣和儲氫材料之間發(fā)生物理或化學(xué)反應從而轉化為固溶體或者氫化物的形式進(jìn)行氫氣儲存。固態(tài)儲氫材料主要可分為物理吸附儲氫和化學(xué)氫化物儲氫。相較于高壓氣態(tài)和低溫液態(tài)儲氫，其儲氫體積密度較大、儲氫壓力小、運輸方便、安全性高、可重復利用等優(yōu)點(diǎn)，適用于對體積要求較嚴格的應用場(chǎng)景，是*發(fā)展潛力的一種儲氫方式。但其對儲氫材料要求較高，目前，各種材料多數處于研究階段。

（2）有機液態(tài)儲氫。有機液態(tài)儲氫是通過(guò)不飽和液體有機物的可逆加氫和脫氫反應來(lái)實(shí)現氫能儲存的方法。該技術(shù)先將液體有機氫能載體催化加氫儲能，再將加氫后的液體輸送至各站點(diǎn)分發(fā)，最后輸入脫氫反應裝置中發(fā)生催化脫氫反應，釋放氫能。有機液態(tài)儲氫具有較高儲氫密度，在環(huán)境條件下即可儲氫，安全方便，可實(shí)現跨季節、跨地區的長(cháng)期儲存，便于長(cháng)距離運輸，但也存在費用高，氫氣純度不夠等缺點(diǎn)。

（3）液氨儲氫技術(shù)。氫與氮氣在催化劑作用下合成液氨，以液氨形式儲運。液氨在常壓、約400 ℃下分解放氫。相比于低溫液態(tài)儲氫技術(shù)要求的極低氫液化溫度（-253 ℃），氨在一個(gè)大氣壓下的液化溫度要高得多（-33 ℃），“氫 ? 氨 ? 氫”方式的耗能、實(shí)現難度及運輸難度相對更低。同時(shí)，液氨儲氫中體積儲氫密度比液氫高1.7倍，更遠高于長(cháng)管拖車(chē)式氣態(tài)儲氫技術(shù)。該技術(shù)在長(cháng)距離氫能儲運中有一定優(yōu)勢。

相比于傳統電力系統，新型電力系統有以下幾點(diǎn)重要變化，如圖2所示：

①從發(fā)電側形態(tài)上看，將從以火電為主轉向以風(fēng)、光等新能源發(fā)電為主。特征變化方面，從高碳電力系統變?yōu)榈吞茧娏ο到y、從連續可控電源變?yōu)殡S機波動(dòng)電源。

②從電網(wǎng)側形態(tài)上看，將從單一大電網(wǎng)演變?yōu)榇箅娋W(wǎng)與微電網(wǎng)互補并存。特征變化方面，從剛性電網(wǎng)變?yōu)殪`活韌性電網(wǎng)、電網(wǎng)數字化水平從低到高。

③從用戶(hù)側形態(tài)來(lái)看，將從電力消費者轉變?yōu)殡娏?ldquo;產(chǎn)消者”。特征變化方面，從靜態(tài)負荷資源轉變?yōu)閯?dòng)態(tài)可調負荷資源、從單向電能供給變?yōu)殡p向電能互濟、終端電能替代比例從低到高。

④從電能平衡方式上看，將由“源隨荷動(dòng)”轉變?yōu)?ldquo;源網(wǎng)荷儲”互動(dòng)。特征變化方面，從自上而下調度模式變?yōu)槿W(wǎng)協(xié)同的調度模式、從實(shí)時(shí)平衡模式變?yōu)榉?實(shí)時(shí)平衡模式。

⑤從技術(shù)基礎形態(tài)上看，將從以同步機為主的機械電磁系統變?yōu)橐酝綑C和電力電子設備共同主導的混合系統。特征變化方面，從高轉動(dòng)慣量系統變?yōu)槿蹀D動(dòng)慣量系統。

圖2 新型電力系統與傳統電力系統的對比

針對上述變化，新型電力系統面臨著(zhù)諸多新訴求：

①構建新型電力系統的核心是新能源成為主體電源后如何實(shí)現不同時(shí)間尺度上的功率與能量平衡，其關(guān)鍵在于統籌發(fā)展不同功能定位的儲能。電化學(xué)儲能主要解決系統短期尺度的功率平衡，難以應對周、月、季等長(cháng)期尺度下的能量不平衡問(wèn)題，亟需引入先進(jìn)的長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)。

②隨著(zhù)新能源逐步取代化石能源裝機，能量在空間上的不平衡性愈發(fā)凸顯?，F階段調峰資源以火電機組、抽水蓄能電站為主，跨區域調峰能力受輸配電網(wǎng)絡(luò )布局和容量的限制，且隨著(zhù)煤電機組的提前退役和抽水蓄能電站開(kāi)發(fā)殆盡，未來(lái)調節能力有限，亟需引入大規模、跨區域的新興調峰手段。

③電能替代是實(shí)現碳中和目標的重要手段。然而，單純依靠電氣化難以實(shí)現重卡運輸、鐵路貨運、航空航天等交通領(lǐng)域和冶金、水泥、化工等工業(yè)領(lǐng)域的深度脫碳，新型電力系統亟需與其他深度脫碳的能源品種進(jìn)行有機融合。

面對以上新型電力系統的訴求，氫能可發(fā)揮如下的關(guān)鍵作用：

①氫可以多種方式進(jìn)行儲存，如高壓壓縮、低溫液化、固體儲氫、轉化為液體燃料或與天然氣混合儲存在天然氣基礎設施中，從而實(shí)現小時(shí)至季節的長(cháng)時(shí)間、跨季節儲存；

②液態(tài)氫能量密度大（143 MJ/kg，可折算為40 kWh·kg），約為汽油、柴油、天然氣的2.7倍、電化學(xué)儲能（根據種類(lèi)不同，在100~240 Wh/kg）的百倍，氫儲能是少有的能夠儲存百吉瓦時(shí)以上的方式，且氫氣的運輸方式多元，不受輸配電網(wǎng)絡(luò )的限制，從而實(shí)現大規模、跨區域調峰。

③氫能作為高能量密度、高燃燒熱值的燃料，可在重卡運輸、鐵路貨運、航運和航天等交通應用場(chǎng)景發(fā)揮重要作用；與此同時(shí)，氫能還是一種重要的工業(yè)原料，綠色氫能可用于替代化石燃料作為冶金、水泥和化工等工業(yè)領(lǐng)域的還原劑。

氫儲能在新型電力系統中的定位有別于電化學(xué)儲能，主要是長(cháng)周期、跨季節、大規模和跨空間儲存的作用，在新型電力系統“源網(wǎng)荷”中具有豐富的應用場(chǎng)景，如圖3所示。

圖3 氫儲能在新型電力系統“源網(wǎng)荷”的應用場(chǎng)景

（一）氫儲能在電源側的應用價(jià)值

氫儲能在電源側的應用價(jià)值主要體現在減少棄電、平抑波動(dòng)和跟蹤出力等方面。

1. 利用風(fēng)光棄電制氫

由于光伏、風(fēng)力等新能源出力具有天然的波動(dòng)性，棄光、棄風(fēng)問(wèn)題一直存在于電力系統中。隨著(zhù)我國“雙碳”目標下新能源裝機和發(fā)電量的快速增長(cháng)，未來(lái)新能源消納仍有較大隱憂(yōu)。因此，利用廣義氫儲能將無(wú)法并網(wǎng)的電能就地轉化為綠氫，不僅可以解決新能源消納問(wèn)題，并可為當地工業(yè)、交通和建筑等領(lǐng)域提供清潔廉價(jià)的氫能，延長(cháng)綠色產(chǎn)業(yè)鏈條。國家能源局統計數據顯示，2020年我國棄水、棄風(fēng)和棄光電量為3.01×10¹⁰ kW·h、1.66×10¹⁰ kW·h和5.26×10⁹ kW·h。制氫電耗按照5 kW·h/Nm³計算，理論上總棄電量可制取綠氫9.28×10⁵ t。

2. 平抑風(fēng)光出力波動(dòng)

質(zhì)子交換膜（PEM）電解技術(shù)可實(shí)現輸入功率秒級、毫秒級響應，可適應0~160%的寬功率輸入，冷啟動(dòng)時(shí)間小于5 min，爬坡速率為每秒*，使得氫儲能系統可以通過(guò)實(shí)時(shí)地調整跟蹤風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站的出力。氫儲能系統在風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站出力尖峰時(shí)吸收功率，在其出力低谷時(shí)輸出功率。風(fēng)光總功率加上儲氫能的功率后的聯(lián)合功率曲線(xiàn)變得平滑，從而提升新能源并網(wǎng)友好性，支撐大規模新能源電力外送。

3. 跟蹤計劃出力曲線(xiàn)

通過(guò)對風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站的出力預測，有助于電力系統調度部門(mén)統籌安排各類(lèi)電源的協(xié)調配合，及時(shí)調整調度計劃，從而降低風(fēng)光等隨機電源接入對電力系統的影響。另一方面，隨著(zhù)新能源逐步深入參與我國電力市場(chǎng)，功率預測也是報量、報價(jià)的重要基礎。然而，由于預測技術(shù)的限制，風(fēng)光功率預測仍存在較大誤差。利用氫儲能系統的大容量和相對快速響應的特點(diǎn)，對風(fēng)光實(shí)際功率與計劃出力間的差額進(jìn)行補償跟蹤，可大幅度地縮小與計劃出力曲線(xiàn)的偏差。

（二）氫儲能在電網(wǎng)側的應用價(jià)值

氫儲能在電網(wǎng)側的應用價(jià)值主要體現在為電網(wǎng)運行提供調峰容量和緩解輸變線(xiàn)路阻塞等方面。

1. 提供調峰輔助容量

電網(wǎng)接收消納新能源的能力很大程度上取決于其調峰能力。隨著(zhù)大規模新能源的滲透及產(chǎn)業(yè)用電結構的變化，電網(wǎng)峰谷差將不斷擴大。我國電力調峰輔助服務(wù)面臨著(zhù)較大的容量缺口（見(jiàn)圖4），到2030年容量調節缺口將達到1200 GW，到2050年缺口將擴大至約2600 GW。氫儲能具有高密度、大容量和長(cháng)周期儲存的特點(diǎn)，可以提供非?？捎^(guān)的調峰輔助容量。

圖4 我國2020—2050年調峰容量缺口

2. 緩解輸配線(xiàn)路阻塞

在我國部分地區，電力輸送能力的增長(cháng)跟不上電力需求增長(cháng)的步伐，在高峰電力需求時(shí)輸配電系統會(huì )發(fā)生擁擠阻塞，影響電力系統正常運行。因此，大容量的氫儲能可充當“虛擬輸電線(xiàn)路”，安裝在輸配電系統阻塞段的潮流下游，電能被存儲在沒(méi)有輸配電阻塞的區段，在電力需求高峰時(shí)氫儲能系統釋放電能，從而減少輸配電系統容量的要求，緩解輸配電系統阻塞的情況。

（三）氫儲能在負荷側的應用價(jià)值

氫儲能在電網(wǎng)側的應用價(jià)值主要體現在參與電力需求響應、實(shí)現電價(jià)差額套利以及作為應急備用電源等方面。

1. 參與電力需求響應

新型電力系統構建理念將由傳統的“源隨荷動(dòng)”演進(jìn)為“荷隨源動(dòng)”甚至“源荷互動(dòng)”。在此背景下，負荷側的靈活性資源挖掘十分重要。分布式氫燃料電池電站和分布式制氫加氫一體站可作為高彈性可調節負荷，可以快速響應不匹配電量。前者直接將氫能的化學(xué)能轉化為電能，用于“填谷”。后者通過(guò)調節站內電制氫功率進(jìn)行負荷側電力需求響應，用于“削峰”。

2. 實(shí)現電價(jià)差額套利

電力用戶(hù)將由單一的消費者轉變?yōu)榛旌闲偷?ldquo;產(chǎn)消者”。我國目前絕大部分省市工業(yè)用戶(hù)均已實(shí)施峰谷電價(jià)制來(lái)鼓勵用戶(hù)分時(shí)計劃用電。氫儲能用于峰谷電價(jià)套利，用戶(hù)可以在電價(jià)較低的谷期利用氫儲能裝置存儲電能，在高峰時(shí)期使用燃料電池釋放電能，從而實(shí)現峰谷電價(jià)套利。目前，從2021年國內工商業(yè)電價(jià)來(lái)看，我國一半以上地區可以達到3∶1峰谷價(jià)差要求，價(jià)差值在0.5~0.7元/kW·h。此外，我國一些省份已開(kāi)始實(shí)施季節價(jià)差（如浙江?。?，提高了夏季和冬季的電價(jià)。隨著(zhù)我國峰谷電價(jià)的不斷拉大和季節電價(jià)的執行，氫儲能存在著(zhù)一定的套利空間。

3. 作為應急備用電源

柴油發(fā)電機、鉛酸蓄電池或鋰電池是目前應急備用電源系統的主流。使用柴油發(fā)電機的短板在于噪音大、高污染排放。鉛酸蓄電池或鋰電池則面臨使用壽命較短、能量密度低、續航能力差等缺陷。在此情況下，環(huán)保、靜音、長(cháng)續航的移動(dòng)式氫燃料電池是理想的替代方案之一。例如，國內的單電堆功率超過(guò)120 kW氫燃料電池移動(dòng)應急電源參與抗擊廣東省的“山竹”臺風(fēng)。

（四）氫儲能的未來(lái)規模分析

“源網(wǎng)荷”各側的氫儲能未來(lái)發(fā)展規模主要受政策驅動(dòng)，基于目前的政策情景，短期內氫儲能增長(cháng)點(diǎn)主要在電源側，而電網(wǎng)側和用戶(hù)側很難形成規?；?。

①電源側儲能政策方面：我國已有超過(guò)20個(gè)省份發(fā)布新能源強制配置儲能的相關(guān)政策，所提出的儲能配置比例基本在5%~20%、時(shí)間在1~4 h。此外，山東省下發(fā)的《關(guān)于開(kāi)展儲能示范應用的實(shí)施意見(jiàn)》鼓勵風(fēng)電、光伏發(fā)電制氫，制氫裝機運行容量視同配建儲能容量。

②電網(wǎng)側儲能政策方面：2019年5月，國家發(fā)展和改革委員會(huì )印發(fā)的《輸配電定價(jià)成本監審辦法》第十條中明確規定了電網(wǎng)投資的電儲能資產(chǎn)不計入輸配電價(jià)成本。目前，電網(wǎng)側儲能成本的疏導機制尚不完善，電網(wǎng)企業(yè)投資儲能的積極性不高，短期內電網(wǎng)側大規模儲能建設增長(cháng)幅度有限。

③用戶(hù)側儲能政策方面：2021年7月，國家發(fā)展和改革委員會(huì )發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步完善分時(shí)電價(jià)機制的通知》，要求系統峰谷差率超過(guò)40%的地方，峰谷電價(jià)價(jià)差原則上不低于4∶1，其他地方原則上不低于3∶1。此外，我國部分省份也開(kāi)始實(shí)行季節價(jià)差。然而，由于氫儲能系統成本過(guò)高與效率偏低，目前峰谷價(jià)差和季節價(jià)差難以刺激用戶(hù)側氫儲能投資建設。

氫儲能可有效補充電化學(xué)儲能的不足，助力新型電力系統的發(fā)展，成為未來(lái)實(shí)現能源結構轉型的重要技術(shù)方向?，F階段，我國氫儲能在新型電力系統中應用的機遇與挑戰并存。圖5展示了氫儲能、電化學(xué)儲能、抽水蓄能和壓縮空氣儲能在各類(lèi)性能指標上的對比?？梢钥闯?，在儲存容量、放電時(shí)長(cháng)等性能指標上，氫儲能高于其他儲能，且可*新型電力系統的要求，而在投資成本和轉化效率方面，與要求仍有一定差距。