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氫儲能系統(tǒng)未來可滿足清潔能源可持續(xù)發(fā)展的需求

鉅大LARGE  |  點擊量:934次  |  2019年07月13日  

本文介紹了利用利用大規(guī)模被棄掉的新能源來制氫,通過實驗驗證氫儲能系統(tǒng)運行穩(wěn)定,驗證了氫氣儲能系統(tǒng)可以在0~100%額定功率范圍內(nèi)自適應(yīng)風(fēng)電功率的隨機、間歇和波動等特性。


本文來源:電氣時代 微信公眾號 ID:ELECTRIC_AGE


前提一


目前新能源電能存在隨機性、波動性和間歇性等問題,嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行,發(fā)展過程中也遇到了并網(wǎng)消納的瓶頸,并且解決這個問題的大規(guī)模儲能手段還存在成本、安全性和可靠性等的挑戰(zhàn)。在當(dāng)前技術(shù)條件下,這些特性給行業(yè)造成了很大的困擾。用數(shù)據(jù)來說,2017年前全國風(fēng)電裝機容量達(dá)1.64億kW,光伏裝機容量達(dá)1.3億kW,而棄電量達(dá)到了近500億kW·h,浪費非常嚴(yán)重。


前提二


因煤炭等化石資源儲量豐富,以化石能源消耗為主的能源及能源產(chǎn)品占據(jù)了主導(dǎo)地位,且預(yù)計較長時間內(nèi)難以完全擺脫對化石能源及其附屬產(chǎn)品的依賴。


創(chuàng)新思路


針對以上問題,大連理工大學(xué)教授、博導(dǎo),中國電機工程學(xué)會電力電容器專委會委員袁鐵江團(tuán)隊提出了一個創(chuàng)新的思路——利用大規(guī)模被棄掉的新能源來制氫,以氫作為橋梁,構(gòu)建高效、可靠和清潔的風(fēng)—煤能源系統(tǒng),來滿足我國對能源清潔可持續(xù)供給的重大戰(zhàn)略需求。


創(chuàng)新思路的基本框架


看圖說話,新能源的一部分用來電解制氫,制氫可以通過兩個路徑:一是利用燃料電池發(fā)電,以電能的形式進(jìn)行消納;二是把它交給化工產(chǎn)業(yè),通過解決氫的問題來減少污染和降低能耗。該風(fēng)-煤能源系統(tǒng)中間的制氫環(huán)節(jié)是個電化學(xué)的過程,如果分成不同系統(tǒng)的話,會發(fā)現(xiàn)制氫、儲氫及后段的用氫各系統(tǒng)對能量流的具體形態(tài)以及速度等這些性質(zhì)需求各異,因此不同能源系統(tǒng)工作特性協(xié)調(diào)和耦合機制是創(chuàng)新策略需要解決的關(guān)鍵問題。


比如在制氫的環(huán)節(jié)中,需要高適應(yīng)性、大容量和高效的電解水設(shè)備。電解水設(shè)備對風(fēng)機的不穩(wěn)定性功率輸出具有很強的適應(yīng)性,可以用于解決風(fēng)電過剩問題。在儲氫環(huán)節(jié),由于氫的密度較低,若想在有限的體積中儲存更多能量,那么會牽扯大量的能量損耗。因此需要解決的關(guān)鍵技術(shù)就是低損耗、高密度和易釋放的儲氫技術(shù)。在輸氫環(huán)節(jié),需要解決的關(guān)鍵問題是低成本、長距離和高效的輸氫技術(shù)。在用氫過程中,需要解決的關(guān)鍵問題是多形態(tài)、高效可靠的用氫技術(shù)。


針對前面提到的創(chuàng)新策略,目前有啥進(jìn)展?


1


針對整個系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計,研制了“風(fēng)/光—氫(儲能)—煤多能耦合系統(tǒng)規(guī)劃軟件平臺”,此平臺具備了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫錄入與管理模塊功能,同時兼?zhèn)湎到y(tǒng)部分關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)的選型、經(jīng)濟(jì)效益評估以及生產(chǎn)線模擬等功能。但是這里存在一個技術(shù)難點就是環(huán)節(jié)多,耦合能流形態(tài)和特性差別較大,使用設(shè)計函數(shù)建模非常困難。所以針對此點的創(chuàng)新策略就是各環(huán)節(jié)能流基于能量進(jìn)行歸一化,然后建立系統(tǒng)等效設(shè)計函數(shù)。


2


針對一次系統(tǒng)構(gòu)建風(fēng)/光—氫(儲能)—煤多能耦合一次系統(tǒng)EMR模型,它的技術(shù)難點在于多物理量、高階、強非線性系統(tǒng)和數(shù)學(xué)建模難,所以針對此點采取的創(chuàng)新策略是利用EMR模型,模塊化、圖形化建模,忽略掉一個系統(tǒng)到另一系統(tǒng)間過渡的能流變化,簡化了建模過程。


一次系統(tǒng)建模建模效果圖


由圖可知:在電解槽壓力和溫度等環(huán)境參數(shù)保持恒定的情況下,電解槽制氫的速率與輸入電解槽的富裕風(fēng)電變化速率的變化趨勢相同,這與實際的電解槽制氫速率受電解槽輸入功率控制的結(jié)論是一致的,驗證了所提出的氫儲能系統(tǒng)電解槽模型的正確性,也進(jìn)一步驗證了氫氣儲能系統(tǒng)可以在0~100%額定功率范圍內(nèi)自適應(yīng)風(fēng)電功率的隨機、間歇和波動等特性,并在一定意義上表明了此次提出創(chuàng)新策略的基本思路是合理的。


3


在系統(tǒng)控制層面,提出氫儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)表征方法。系統(tǒng)儲能介質(zhì)為氫氣,以氣體的形式進(jìn)行存儲,和傳統(tǒng)電池的存儲狀態(tài)不一樣,因為影響狀態(tài)表征因素也很多,比如溫度、壓力等,所以這是一個技術(shù)難點。所以針對此點我們的創(chuàng)新策略就是利用氫儲能系統(tǒng)的壓力,考慮到外界的因素來等效表征整個系統(tǒng)SOC的狀態(tài)。


接著看圖:針對此系統(tǒng)進(jìn)行仿真運行,風(fēng)電場出力及負(fù)荷的變化曲線。


由此可以證明:利用這個創(chuàng)新策略可使ESOC變化正常,氫儲能系統(tǒng)運行穩(wěn)定,系統(tǒng)控制策略效果理想,因此實現(xiàn)了風(fēng)能的高效利用。




原標(biāo)題:關(guān)于氫儲能技術(shù),他們提出了創(chuàng)新思路!


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