新型能源結(jié)構(gòu)下以電氫協(xié)同為基礎(chǔ)的消納措施探討

唐堅(jiān)，范子超，胡鵬

（1.龍?jiān)措娏瘓F(tuán)股份有限公司；2.龍?jiān)矗ū本╋L(fēng)電工程技術(shù)有限公司，北京 100034）

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，能源消費(fèi)量不斷增加，但傳統(tǒng)化石能源的不可持續(xù)性逐漸顯現(xiàn)。為了應(yīng)對(duì)全球氣候變化的挑戰(zhàn)，各國(guó)紛紛提出了碳中和、氣候行動(dòng)等目標(biāo)。在這樣的大背景下，我國(guó)能源行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，如何降低碳排放、提高能源利用效率、推動(dòng)可再生能源的開發(fā)利用，已成為當(dāng)前能源行業(yè)面臨的重要問題。

1 構(gòu)建氫能源體系的意義

構(gòu)建氫能源體系對(duì)于推動(dòng)清潔能源消納、實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要的意義。首先，氫能源可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期大規(guī)模儲(chǔ)能，有效解決可再生能源消納中的電力波動(dòng)性問題。其次，氫能源可以促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高能源利用效率，推進(jìn)能源可持續(xù)發(fā)展。最后，構(gòu)建氫能源體系可以促進(jìn)新能源技術(shù)和裝備的創(chuàng)新發(fā)展，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2 能源結(jié)構(gòu)存在問題分析

2.1 可再生能源消納能力不足

我國(guó)可再生能源發(fā)展面臨的一項(xiàng)重要問題是可再生能源消納能力不足?？稍偕茉囱b機(jī)容量的逐年增加，而現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng)在接納可再生能源方面存在技術(shù)和設(shè)備限制，加大了可再生能源消納的難度。

這種現(xiàn)象的出現(xiàn)與我國(guó)可再生能源發(fā)展缺乏整體規(guī)劃和系統(tǒng)建設(shè)密不可分。目前，雖然我國(guó)已經(jīng)實(shí)施了一系列的政策措施，加強(qiáng)了對(duì)可再生能源的支持和管理，但由于缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和布局，導(dǎo)致各地的可再生能源消納能力存在較大的差異和不協(xié)調(diào)性，限制了其全面發(fā)展。

2.2 電力波動(dòng)性問題突出

隨著可再生能源比例的不斷提高，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到了越來越多的關(guān)注?？稍偕茉吹奶匦詫?dǎo)致電力系統(tǒng)中出現(xiàn)更加顯著的波動(dòng)性問題，例如，風(fēng)能和太陽能的不穩(wěn)定性導(dǎo)致的電力產(chǎn)生波動(dòng)，以及難以控制的負(fù)荷變化帶來的電力需求波動(dòng)，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。波動(dòng)性電力輸入可以導(dǎo)致電力系統(tǒng)頻率和電壓變化，從而影響電力質(zhì)量和設(shè)備壽命，并可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)失效或故障。此外，由于可再生能源的不確定性和難以預(yù)測(cè)性，波動(dòng)性問題也會(huì)導(dǎo)致電力市場(chǎng)的不穩(wěn)定和不可預(yù)測(cè)性，對(duì)電力市場(chǎng)的發(fā)展帶來不利影響。

2.3 儲(chǔ)能技術(shù)和裝備相對(duì)滯后

當(dāng)前，我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)和裝備的發(fā)展相對(duì)滯后，致使儲(chǔ)能應(yīng)用規(guī)模較小且難以滿足長(zhǎng)周期大規(guī)模儲(chǔ)能的需求，這是由多種因素共同作用導(dǎo)致的。首先，長(zhǎng)期以來，我國(guó)在能源領(lǐng)域的發(fā)展主要聚焦于發(fā)電和供電側(cè)，而儲(chǔ)能領(lǐng)域的發(fā)展相對(duì)薄弱。其次，國(guó)內(nèi)企業(yè)的研發(fā)投入不足，技術(shù)研究和創(chuàng)新能力有待提高。同時(shí)，受制于國(guó)外先進(jìn)技術(shù)壟斷和專利制度的限制，我國(guó)儲(chǔ)能技術(shù)研究的開展受到了較大阻礙。此外，儲(chǔ)能應(yīng)用的市場(chǎng)尚未得到充分的發(fā)掘和利用，儲(chǔ)能項(xiàng)目缺乏優(yōu)惠政策和長(zhǎng)期穩(wěn)定的市場(chǎng)保障，這也是制約其發(fā)展的因素之一。

2.4 電氫協(xié)同系統(tǒng)整體規(guī)劃不足

目前，我國(guó)電氫協(xié)同系統(tǒng)發(fā)展處于初級(jí)階段，其發(fā)展面臨著整體規(guī)劃不足的問題。由于電氫協(xié)同系統(tǒng)是一種集成了電力和氫能的新型能源系統(tǒng)，其高效耦合是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和環(huán)保目標(biāo)的重要保障。但是由于缺乏整體規(guī)劃，各部門在發(fā)展電氫協(xié)同系統(tǒng)時(shí)存在重復(fù)建設(shè)和資源浪費(fèi)的情況。并且由于規(guī)劃不足，各組成部分之間的協(xié)調(diào)不夠緊密，導(dǎo)致系統(tǒng)效率低下，無法實(shí)現(xiàn)最大的能源利用效益。

2.5 安全和環(huán)保問題亟待解決

氫氣本身是一種清潔能源，不會(huì)產(chǎn)生直接的污染物排放，但在生產(chǎn)、存儲(chǔ)、運(yùn)輸和使用氫氣的過程中，可能會(huì)涉及一些污染問題。

生產(chǎn)氫氣的主要方法包括化石燃料重整、電解水和生物質(zhì)發(fā)酵等。其中，化石燃料重整法會(huì)產(chǎn)生二氧化碳和一氧化碳等有害氣體，電解水和生物質(zhì)發(fā)酵法則不會(huì)產(chǎn)生大量污染物，但生物質(zhì)發(fā)酵法需要大量的農(nóng)作物、林木等生物質(zhì)資源，如果過度采集，可能會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響。

存儲(chǔ)和運(yùn)輸氫氣需要借助高壓儲(chǔ)氫罐和管道等設(shè)備，這些設(shè)備本身可能會(huì)帶來安全隱患和環(huán)境污染問題。此外，使用氫氣的過程中也會(huì)產(chǎn)生一些污染物，例如，氮氧化物、氧化亞氮和顆粒物等。

3 新型能源結(jié)構(gòu)下的消納措施

3.1 加強(qiáng)可再生能源消納能力

隨著全球能源消費(fèi)的不斷增加和環(huán)境污染問題的加劇，國(guó)家越來越重視可再生能源的開發(fā)和利用。加強(qiáng)可再生能源消納能力是國(guó)企在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和保障能源安全方面的一項(xiàng)重要任務(wù)。為了加強(qiáng)可再生能源消納能力，國(guó)企可以采取一系列措施。

首先，提高電網(wǎng)靈活性是一項(xiàng)重要的任務(wù)。隨著可再生能源的不斷發(fā)展，其能源輸出存在不穩(wěn)定性和波動(dòng)性，國(guó)企需要加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)的監(jiān)控和調(diào)控能力，使電網(wǎng)更加靈活適應(yīng)可再生能源的波動(dòng)性。

其次，推動(dòng)跨區(qū)域電力交易也是提高可再生能源消納能力的有效途徑。國(guó)企可以通過建設(shè)跨省區(qū)域的電力交易市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)電力的跨區(qū)域流動(dòng)，優(yōu)化電力資源配置，提高可再生能源的消納能力。

另外，鼓勵(lì)分布式能源發(fā)展也是加強(qiáng)可再生能源消納能力的有效方式。國(guó)企可以通過鼓勵(lì)分布式能源的發(fā)展，將能源資源進(jìn)行分散化、小規(guī)模化地利用，促進(jìn)社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的能源轉(zhuǎn)型和發(fā)展，提高可再生能源的消納能力。

最后，國(guó)企在加強(qiáng)可再生能源消納能力的過程中需要關(guān)注成本效益的問題。在實(shí)施相關(guān)措施時(shí)，需要兼顧成本和效益之間的平衡，優(yōu)化資源配置，提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3.2 發(fā)展多元化儲(chǔ)能技術(shù)

儲(chǔ)能是解決可再生能源消納問題的另一個(gè)可靠出路，同時(shí)，其削峰填谷、調(diào)節(jié)負(fù)荷的能力本身也是穩(wěn)定電力系統(tǒng)的重要支撐，全社會(huì)對(duì)于可靠、高效的儲(chǔ)能技術(shù)的需求也日益增長(zhǎng)。在此背景下，國(guó)企作為能源領(lǐng)域的主要參與者和推動(dòng)者，應(yīng)當(dāng)積極探索和研發(fā)多元化的儲(chǔ)能技術(shù)。鈉離子電池、鋰硫電池、超級(jí)電容器等新型儲(chǔ)能技術(shù)備受關(guān)注。相較傳統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)，這些新型儲(chǔ)能技術(shù)具有高能量密度、長(zhǎng)壽命、低成本等優(yōu)勢(shì)，因此在實(shí)際應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景。氫也是重要的儲(chǔ)能介質(zhì)之一，在多元化儲(chǔ)能技術(shù)的推廣中，國(guó)企可通過積極引入先進(jìn)技術(shù)、加大研究力度、開展技術(shù)創(chuàng)新等手段，促進(jìn)新型儲(chǔ)能技術(shù)的推廣和應(yīng)用，為氫能源的儲(chǔ)存提供更多的選擇。

國(guó)企在發(fā)展多元化儲(chǔ)能技術(shù)方面，需要注意以下幾點(diǎn)。首先，應(yīng)當(dāng)注重技術(shù)的實(shí)用性和穩(wěn)定性，確保新型儲(chǔ)能技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中能夠穩(wěn)定運(yùn)行、高效儲(chǔ)存氫能源。其次，應(yīng)當(dāng)注重技術(shù)的創(chuàng)新性和前瞻性，積極探索具有顛覆性的新型儲(chǔ)能技術(shù)，為氫能源的發(fā)展提供更好的支撐和保障。此外，在多元化儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展中，應(yīng)當(dāng)積極與科研機(jī)構(gòu)、高校等合作，共同推進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的研究和創(chuàng)新，促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的升級(jí)和提升。

3.3 推進(jìn)電氫協(xié)同系統(tǒng)集成

國(guó)企在推進(jìn)電氫協(xié)同系統(tǒng)集成方面可以采用集成化思路，將風(fēng)電、光電、儲(chǔ)能、電解水、氫氣儲(chǔ)存和氨制氫等環(huán)節(jié)有機(jī)結(jié)合，形成集風(fēng)-光-儲(chǔ)-氫-氨一體化的電氫協(xié)同系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效耦合。

電氫協(xié)同系統(tǒng)是指通過將電能轉(zhuǎn)化為氫能儲(chǔ)存，再利用氫能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)化和利用的過程。為了推進(jìn)電氫協(xié)同系統(tǒng)的發(fā)展，國(guó)企可以利用自身資源和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，建立集成化的電氫協(xié)同系統(tǒng)，通過優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)和運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)資源共享、互補(bǔ)利用，提高能源利用效率。

在電氫協(xié)同系統(tǒng)集成的過程中，風(fēng)電和光電是其中重要的能源來源。風(fēng)電和光電的互補(bǔ)利用可以有效地解決能源不穩(wěn)定性問題，提高電能的供給穩(wěn)定性。同時(shí)，儲(chǔ)能技術(shù)的運(yùn)用可以有效地解決風(fēng)電、光電能源波動(dòng)性和間歇性的問題，為電氫協(xié)同系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電能。

此外，電解水和氫氣儲(chǔ)存技術(shù)也是電氫協(xié)同系統(tǒng)集成的重要組成部分。通過電解水技術(shù)將水分解為氫氣和氧氣，再利用氫氣儲(chǔ)存技術(shù)將氫氣儲(chǔ)存起來，可以為電氫協(xié)同系統(tǒng)提供可再生的氫能源。同時(shí)，氨制氫技術(shù)也可以通過將氫氣與氮?dú)饨Y(jié)合形成氨，實(shí)現(xiàn)氫能源的高密度儲(chǔ)存和長(zhǎng)距離輸送。

在建立集成化的電氫協(xié)同系統(tǒng)時(shí)，還要考慮系統(tǒng)的安全性和可靠性。通過建立多重安全保障機(jī)制，確保電氫協(xié)同系統(tǒng)的運(yùn)行安全和可靠性。例如，采用先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)，建立完善的安全管理制度，加強(qiáng)對(duì)氫氣儲(chǔ)存和氨制氫環(huán)節(jié)的管控，防范安全事故的發(fā)生。

3.4 建立完善的安全管理體系

在氫能源領(lǐng)域，國(guó)企應(yīng)該致力于建立完善的安全管理體系，包括風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、標(biāo)準(zhǔn)制定、安全培訓(xùn)、安全檢查和應(yīng)急預(yù)案等方面，以確保氫能源儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過程中的安全性，有效降低安全和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

首先，國(guó)企需要進(jìn)行全面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以識(shí)別潛在的安全和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，并采取相應(yīng)的措施來降低這些風(fēng)險(xiǎn)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)制定相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程，確保安全和環(huán)保措施得到充分實(shí)施。這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程應(yīng)該包括氫能源儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用方面的所有環(huán)節(jié)，并應(yīng)該不斷地進(jìn)行更新和完善。

其次，國(guó)企需要加強(qiáng)員工的安全培訓(xùn)，提高員工的安全意識(shí)和應(yīng)急處理能力。這些培訓(xùn)應(yīng)該包括氫能源的基本知識(shí)、安全操作規(guī)程、應(yīng)急預(yù)案和危險(xiǎn)情況的處理等方面，以確保員工能夠正確地操作氫能源系統(tǒng)，并在發(fā)生意外情況時(shí)能夠快速響應(yīng)并采取相應(yīng)的措施。

再次，國(guó)企應(yīng)該定期進(jìn)行安全檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除安全隱患，確保氫能源系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這些檢查應(yīng)該包括設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)、安全設(shè)施的完好性以及應(yīng)急設(shè)備的可用性等方面，以保證氫能源系統(tǒng)的安全性和可靠性。

最后，國(guó)企需要建立完善的應(yīng)急預(yù)案，以應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。這些預(yù)案應(yīng)該考慮各種可能的危險(xiǎn)情況，并包括相應(yīng)的應(yīng)急處理措施。預(yù)案還應(yīng)該涉及組織應(yīng)急演練、應(yīng)急物資的準(zhǔn)備和調(diào)配、應(yīng)急指揮系統(tǒng)的建立等方面，以確保在發(fā)生意外情況時(shí)能夠及時(shí)有效地響應(yīng)并采取措施。

3.5 推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展

在當(dāng)今日益緊張的能源形勢(shì)下，氫能源作為一種清潔、高效、可再生的能源，被廣泛認(rèn)為是未來能源發(fā)展的重要方向之一。國(guó)企應(yīng)當(dāng)積極推動(dòng)氫能源相關(guān)技術(shù)的研究和創(chuàng)新，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，從而推動(dòng)氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和壯大。

首先，國(guó)企應(yīng)該重視氫能源技術(shù)研究和創(chuàng)新。氫能源是一項(xiàng)新興的領(lǐng)域，技術(shù)含量較高，需要在多個(gè)方面進(jìn)行研究和開發(fā)。國(guó)企可以組織專業(yè)團(tuán)隊(duì)，加強(qiáng)研發(fā)投入，深入研究氫能源相關(guān)技術(shù)，開展科技創(chuàng)新，提高氫能源技術(shù)的自主創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力。此外，還應(yīng)加強(qiáng)與高校和科研機(jī)構(gòu)的合作，共同開展氫能源技術(shù)研究和創(chuàng)新，促進(jìn)學(xué)術(shù)成果的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用，推動(dòng)氫能源技術(shù)的快速發(fā)展。

其次，國(guó)企應(yīng)該積極參與氫能源產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)和發(fā)展。氫能源是一個(gè)涵蓋多個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的復(fù)雜產(chǎn)業(yè)鏈，包括氫氣生產(chǎn)、氫氣儲(chǔ)運(yùn)、氫能源利用等多個(gè)環(huán)節(jié)。國(guó)企可以根據(jù)自身實(shí)際情況，參與氫能源產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)和發(fā)展，積極探索和拓展氫能源市場(chǎng)，促進(jìn)氫能源產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

最后，國(guó)企應(yīng)該著眼于氫能源的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，提高氫能源在能源領(lǐng)域的地位和影響力，推動(dòng)氫能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和壯大。例如，國(guó)企可以借助自身在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的渠道和資源，拓展氫能源的市場(chǎng)和應(yīng)用范圍，擴(kuò)大氫能源的影響力和地位。

4 結(jié)語

構(gòu)建氫能源體系是實(shí)現(xiàn)清潔能源消納的有效途徑之一，需要在加強(qiáng)可再生能源消納、發(fā)展多元化儲(chǔ)能技術(shù)、推進(jìn)電氫協(xié)同系統(tǒng)集成、建立完善的安全管理體系、推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面開展深入研究和探索。通過實(shí)現(xiàn)高比例清潔能源消納和電-氫-氨系統(tǒng)的高效耦合，可以有效推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展。