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太阳能光伏发电制氢技术应用

2022-08-06

  交大光谷作为一家致力于成为全球领先的智慧能源系统集成商,我们一直在打造综合智慧能源体系,这既是顺应能源发展趋势,也是对自身优势的挖掘。交大光谷的太阳能、风能、空气能、氢能等新能源在内的多种能源协同模式在工业园区、开发区、岛屿等场景得到广泛的应用。在这一过程中,储能是促进新能源以更高效率和更多场景下的利用的关键设备所在。作为多能源子系统的综合纽带,储能是未来综合能源系统的心脏。随着交大光谷对综合能源业务布局的深入,储能正在向工商业园区微电网、充电站、通信基站等场景延伸和渗透。可以预期的是,未来随着储能成本的降低和技术的完善,储能进入的空间将大幅增加。综合能源服务以用户需求为导向,场景丰富、容量巨大,被誉为储能产业发展的后继动力,将为包括电储能、氢能在内的各种储能技术提供多样化的应用场景。综合能源系统最终的目标是实现多种能源在时间、空间维度上的完全结合。未来在综合能源系统中,储能被赋予新的内涵,将发挥缓冲器、聚合器、稳定器的作用。

  当前我国的光伏企业在全球产业链上有相对的竞争优势,无论对国内还是国外客户来讲,我国光伏企业的产品都具有极强的性价比和优势服务的吸引力,这就导致了我国新能源相关的公司在全球份额的不断提升。光伏是过去十年成本下降最快的能源细分领域,目前海外大部分地区已经实现平价上网,光照资源好的地方成本甚至已经远低于其他能源,国内也处在向平价的过渡期,经济性的问题已经解决得差不多,当一个产品解决了经济性的临界点问题的时候,接下来大概率会看到的就是在市场自发需求下的大规模上量。

  光伏发电作为绿色清洁能源,装机规模不断增大,但光伏发电具有随机性、波动性、阶段性供电等问题,增加了电网调度难度。随着光伏装机规模的不断扩大,光伏发电将面临增加储能问题,这就为光伏发电持续发展带来了一定挑战。光伏发电制氢用于天然气掺烧、燃料电池,可丰富终端用户用能多样性,保障能源安全,也是解决光伏发电所面临问题的一种途径。氢能极有可能在难脱碳行业的碳减排工作中发挥重要作用,且在成本经济性上极具竞争力。此外,氢能也将在电力系统中扮演能源储存和灵活性调节的重要角色。

  1.平抑光伏发电的不稳定性。光伏发电在昼夜、日间的变化都比较大,发电量曲线不够稳定,如直接接入电网,会加重电网调节负担、严重的会造成电网失稳,对电力安全造成影响。利用光伏制氢,将不稳定的能量转化为氢能储存,需要时再通过氢能发电,稳定输出,实现发电曲线.储能效用。利用氢能的储能效用,将光伏发电转换为氢能,以低于化学储能的成本,实现跨天、跨周甚至跨月跨季度的储能,或者将氢压缩或液化实现远距离运输,匹配发电端和用户端。

  光伏制氢为光伏发电创造了一个新的应用场景和广阔的市场需求。目前全球氢气需求量约6千万吨/年,如果全部由光伏发电来生产,需要超过1500GW的光伏。未来三十年氢的年均新增需求在2000吨以上,每年需要新增约900GW光伏装机。

  氢能是一种清洁、高效的二次能源,在碳中和及风光平价的趋势下,可再生能源电解制氢有望成为最主要的制氢方式,市场前景广阔。交大光谷太阳能公司将氢能全产业链作为新能源发展的核心业务,有信心成为“绿色”氢能和太阳能的世界领导者。绿色氢气是利用太阳能分解水而产生的。它不同于通过化石燃料制造的“灰氢”,以及使用不可再生能源但碳足迹较低的“蓝氢”。未来交大光谷将开发生产绿氢和蓝氢的技术。未来氢能在终端能源体系中的占比将达到10%至15%,氢能将与电力协同互补,共同作为终端能源体系的消费主体,并带动形成十万亿级的新兴产业。

  氢在宇宙中分布广泛,它构成了宇宙质量的75%;氢能是氢(H)在物理与化学变化过程中释放的能量;氢气的来源多样,可利用化石燃料生产,也可电解水生产;氢燃烧的产物是水,是世界上最干净的能源,被誉为21世纪最具发展前景的二次能源。除核燃料外,氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,是汽油发热值的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍。

  到目前为止,对太阳能制氢的研究主要集中在:热化学法制氢、光电化学分解法制氢、光催化法制氢、人工光合作用制氢和生物制氢等。其中,将太阳能发电和电解水组合制氢组合成系统的技术,是主流发展方向。10MW光伏每小时可制造10立方的氢气,25平方公里的光伏发电列阵,可以做一个小型的制氢城,一年可以产100万吨的氢气,100万吨的氢气完全够我们未来几年用。初步计算,在光照好的地方,制氢的光伏发电成本大概在1毛5分钱一度电,是大幅度低于现在制氢的电力成本。