氢储能,风光发电占比超过50%时的“终极手段”

财富   2025-01-08 11:30   浙江  

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随着我国风力、光伏等可再生能源发电渗透率不断提升,新能源装机及电量占比大幅提高,电力系统对长时、稳定、可靠的电力支撑的需求增大。据数据表明,2030年起全球可再生能源渗透率将升至约60%-70% ,长时储能累计装机量将达到150-400GW (对应储能容量5-10TWh)。

全球电力行业零碳路径(Twh)

资料来源:IEA,势银(TrendBank)

从当下实际来看,我国已应用的长时储能技术主要为抽水蓄能。但长远来看,由于抽水蓄能电站建设周期长、建设工程量大、投入资本高,且经过多年发展,优质建站资源趋于饱和。因此,液流电池储能、压缩空气储能、氢储能等新型长时储能技术的发展成为了当下的储能产业中的一大热点。

而从未来储能要求及收益空间等方面来看,据势银(TrendBank)分析认为,在以上多种新型储能路线中,氢储能质量能量密度较高、不受资源限制、可长周期跨地域储能等优势将会被无限放大;且随着储运氢技术的不断突破,氢储能技术路线也将成为未来大规模、长时间储能技术的主流应用手段。

01

什么是氢储能?为什么要发展氢储能?


氢储能技术是基于电力和氢能的互变性,主要由制氢设备、储氢设备、氢发电设备构成,在用电低谷期富余的新能源电能进行电解水制氢,储存起来或供下游产业使用;在用电高峰期时,储存起来的氢能可利用燃料电池/氢燃气轮机进行发电并入公共电网。

同时,由于氢可被储存运输,因此氢储能可以做到跨区域长距离储能。而且从能量转换上看, 氢储能兼具安全性、灵活性和规模性特质。

资料来源:势银(TrendBank)

而从整体产业来看,氢储能狭义上可理解为是完成“电-氢-电”(Power to Power,P2P) 的转换;但广义来看,由于氢已被赋予了能源意义,因此氢储能可从“电-氢-电”模式升级为“电-氢-X”模式,即“Power to X”。其中的“X”指除重新上网发电外,还可包括交通、化工和钢铁等多个领域。

因此,广义氢储能相较于狭义氢储能突破了常规储能的壁垒,在具有更好的收益空间的同时拥有更好的经济性。且无论是从能量维度、时间维度还是从空间维度,氢储能都是潜力最大的储能方式。

02

氢储能那么好,还有什么壁垒?


首先,虽然氢储能技术从原理上相较于其他长时储能技术路线具有优势,但由于我国氢能整体产业链仍处于发展前期,绝大部分应用也仅为示范性应用,规模化效应难以实现。


实际来看,由于氢能技术尤其是高效率燃料电池技术的不成熟,目前电氢电整体转换效率基本为35%左右,能量转换效率低;且当下由于氢的储运技术中仅高压气态氢储运技术较为成熟,并不适用未来大规模氢储能路线发展;再加以氢气属于危化品,在实际应用场景中有着诸多限制。因此,氢储能技术不成熟、单位造价高,市场化程度较低的缺点也制约着其的发展。

而以商业化角度来看,“贵、经济性差”也是当下氢储能技术的“代名词”,这也让大部分想入局氢储能发电领域的企业“望而却步”,因为在短时间内难以实现大规模商业化应用。

究其原因,势银储链发现,氢储能贵的主要来由还是在于其产业链的不成熟——

  • 制氢贵:由于当下新能源发电耦合制氢技术并未大规模发展,部分制氢用电仍使用网电,这不仅会极大的增加制氢成本,同时也不符合氢储能的实际应用意义;此外随着储能时长增长及储能规模的加大,制氢设备的数量也将随之增加,而这也将在一定程度增加前期的初投成本;

  • 储氢贵:上述内容中有提及,目前氢的储运相态基本为高压气态,因此在大规模长时储能条件下,需要的储氢球罐数量将会大幅增加,同时也需要进一步扩大场地进行安放;因此,若单纯依靠高压气态储氢,这不仅会增加了储氢容器的购置成本及土地的租赁(购置)成本,还会给氢气捡漏环节增添极大的压力;

  • 发电贵:由于目前大功率、高效率氢燃料电池的技术瓶颈问题,电氢转化率并不高,这就意味想要获取相同电力收益就需要更长的发电时间或发电装置,在增加发电成本的同时也将在无形中挂钩制氢、储氢环节,而这也需要制氢、储氢环节与功率大小应按照实际制氢小时数和发电小时数进行优化配置,否则或将出现电解槽的制氢量不够燃料电池发电的情况,将大大影响整站的运行经济性。


总体来看,由于电力本身就具有经济性质在内,因此氢储能发出的电可通过上网或直接应用置换为经济效益,这也是氢储能发电的主要“经济账”来源;且在国家大力推行氢能的背景下,能源转换优势也将是氢储能技术未来发展的有力支撑。

对此,势银储链认为目前提高氢储能电站运行经济性的手段主要包括优先选址风光资源较丰富、绿电电价较低的地区、设备优化配置、高效利用氢、氧、热等具有额外附加值的中间产物等;同时也需要通过氢储能自身的技术突破与政策扶持,从而算平“经济账”,打开商业化道路。

文章来源:势银储链
注:文内信息仅为提供分享交流渠道,不代表本公众号观点

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