您的位置: 首页> 易资讯> 行业百科

风氢耦合发电简介

【字体:
发布日期:2018-05-14 浏览次数:849
核心提示:本文对风氢耦合发电简介、基本结构、风氢耦合发电在中国的发展前景和展望进行了分析阐述,氢作为多用途、高密度的清洁能源,提高风电上网电能品质,推动绿色能源汽车一氢燃料电池汽车产业的快速发展。

为了电力行业发展,进一步提高能源利用效率,推进能源可持续发展。风氢耦合发电己成为一些发达国家解决风电上网“瓶颈”问题的重要手段。通过控制系统调节风电上网与制氢电量比例,最大限度地吸纳风电弃风电量,缓解规模化风电上网“瓶颈”问题,利用弃风电量电解水制氢和副氧,通过压力储氢提高氢的存储密度。氢作为多用途、高密度的清洁能源,反馈给电网以提高风电上网电能品质,又可作为能源载体通过车载或管道方式进入工业和商业领域,如氢进入燃气管道、冶金、化工等行业。与此同时,风氢耦合系统也将极大地推动纯绿色能源汽车一氢燃料电池汽车产业的快速发展。

一、简介

随着人类社会的快速发展,可再生能源高效、清洁发电技术得到了世界各国的高度重视。风电作为可再生能源的主要利用形式,其快速、规模化发展使得电网消纳风电的困难凸显。为使风力发电得到更为广泛的发展,函待解决两大难题:①由于风资源的随机性、间歇性及无规律性,导致风电电能品质差,且高渗透率对电网冲击较大,很多情况下被迫弃风;②风电电能存储较难,传统的电化学储能、电磁储能及物理储能技术无法满足能量大量存储和未来纯绿色能源发展需求,且运行成本较高。

风氢1

能量合理存储是解决风电上网难的方案之一。抽水蓄能和压缩空气储能是相对成熟的技术方案,但该方案的实施依赖于特定的条件,如大量的水源,合理的地势,一定的化石燃料等;电化学蓄电池是另一途径,但在短期内,无论是铅酸电池、镍氢电池、锉离子电池,还是全钒氧化还原液流电池都将受成本和技术成熟度的限制;其他的储能方式,如飞轮储能等都因为效率太低、容量太小,难以适应规模化应用的挑战。

氢作为一种清洁能源,具有能量密度高、容量大、寿命长、便于储存和传输等特点,因而成为风电模化综合开发利用、储存的优选方案之一。风电通过电解水制氢储能,不仅可以将氢作为清洁和高能的燃料融入现有的燃气供应网络,实现电力到燃气的互补转化,又可以直接高效利用,尤其是在燃料电池等高效清洁技术快速发展的背景下。风电制氢,提供燃料电池汽车清洁的氢燃料,将形成真正意义上的绿色能源汽车。

本文综述的风氢耦合发电不仅可以提供高品质的电力输出,还能提供清洁、易储存、易传输的氢作为二次能源,进一步进行综合利用。

二、风氢耦合发电的基本结构

美国国家再生能源实验室(nationalrenewable energy laboratory,NREI,)的Wind2H2计划提出的风氢耦合系统结构,代表了典型风氢耦合发电系统的基本结构。 图1中包括清洁的风电、电解水制氢装置、压力储氢设备、燃料电池(fuel cell, FC)或氢燃料内燃机发电(H2 internal combustion engines,HzICE)和氢输送与应用等。通过控制系统调节风电上网与制氢电量比例,最大限度地吸纳风电弃风电量,缓解规模化风电上网“瓶颈”问题,利用弃风电量电解水制氢和副氧,通过压力储氢提高氢的存储密度。氢作为多用途、高密度的清洁能源,既可通过FC或Hz ICE反馈给电网以提高风电上网电能品质,又可作为能源载体通过车载或管道方式进入工业和商业领域,如氢进入燃气管道、冶金、化工等行业。与此同时,风氢耦合系统也将极大地推动纯绿色能源汽车一氢燃料电池汽车产业的快速发展。

三、风氢耦合发电特点

1)电解槽分类和特点

风氢2

水电解制氢电解槽是利用直流电极将水电解成氢和氧的一种设备,三类典型电解槽如图2所示。

传统电解槽是在稳定电能条件下,定氢生产率运行的,而风氢耦合发电系统中的风电具有间歇性、随机性等特点,因而电解槽应具有不稳定电能条件下安全、可靠和高效制氢的能力。目前世界上的风电制氢系统普遍采用的是碱式和质子交换膜(proton exchange membrane,PME)式电解槽,因为这两种电解槽可在间歇波动性功率、大压力、高电流密度、低电压下稳定运行。

2)储氢方案和特点

氢作为一种能源载体,可替代传统的储能,是一种较具前途的新型储能方式。氢的存储方式有压缩气态、低温液态(如金属氢化物、碳材料等)和固态(如甲醇、氨等)。其中,压缩气体储氢是氢规模化存储的首选方式。

压缩气态储氢方式下的能量损失相对较少,且具有较高的转换效率;活性炭在低温条件下也具有较高的效率。由于风氢耦合发电系统中风电制氢的时间较长,因而具有较低能量损失、较高效率的压缩气态储氢较适用于风氢耦合发电系统。储氢系统在启动时存在时滞,如果其时滞超过燃料电池的启动时间,将增加电池储能的容量,减小氢存储系统的动态响应时间,对整个系统的经济运行具2国内外研究概况与进展。

四、风氢耦合发电在中国的发展前景

目前,中国尚未提出明确的风氢耦合发电形式但风氢耦合发电的特点适应于中国电力发展的需求与方向,在中国有着广阔的发展前景,具体体现在以下方而。

1)规模化风电的有效利用形式

2000年以来全球风电迅猛发展,截比到2012年底,全球风电累计装机容量己达283.2 UW,而中国也己达到78.3 UW,中国己成为全球风电增长最快的国家。根据国家的中长期发展规划,到2020年底和2050年底,风电总装机容量将分别超过200 UW和1 000 UW,其中大部分集中在“三北”和东部沿海地区。规模化风电集中并网,导致电网无法接纳过多的风电,会出现大量弃风现象。

风氢耦合发电

氢作为规模化储能,与风电综合开发利用,可有效解决风电弃风问题,提供高品质的上网电能,同时产生的氢作为二次能源,将进一步进入化工、冶金、航空及新能源汽车领域。

2)具有可观的社会、环境和经济效益

由于风力发电具有强烈不稳定性,每年中国现有风力发电容量的约2800 (6 UW)无法被有效利用,直接经济损失数以亿计,世界上95%以上的氢气生产高度依赖化石能源,仅中国每年就消耗煤炭近3 000万t用于制氢,由此直接产生的碳排放量达上亿吨,造成严重的环境污染

“三北”风资源丰富地区,风电大量弃风现象突显,冬季供热期尤为严重。据统计,蒙东风电场一年的弃风量就高达3 GW相当于7. 5万t制氢电耗。如果这部分风能被充分利用,就地消耗电解水制氢,将其广泛应用于电力、冶金、化工、国防、氢燃料电池汽车等领域,可挽回经济损失近14亿元,节约标煤约100万t,减少CO2排放量约260万.由此可见,风氢耦合发电具有巨大的社会、经济及环境效益

五、展望

1)间歇性电能制氢技术方而,常规碱式电解槽响应速度慢、允许功率波动范围窄,若能从技术上解决上述问题,将在风氢耦合工程中有广泛应用前景。

2)大容量高密度储氢技术方而,目前应用较广泛的储氢方式是压缩存储,但随着技术的进步和成本的降低,液化储氢、金属氧化物储氢、碳质吸附储氢等方式,将逐渐应用于风氢耦合发电系统中。

风氢耦合发电1

3)智能控制与优化运行方而,实现离、并网情况下风电、电解槽、储氢、燃料电池以及电网需求之间的智能协调优化控制,可对改善风电的电能品质、提高电力系统风电消纳能力起到一定的促进作用,同时也为未来风电健康、有序的发展奠定了良好的基石出。

4)风电制氢与电网作用机理方而,通过分析制氢装置的运行特性,提出改善风场暂态电压新措施,设计合理附加阻尼控制策略,将有效增强含风氢耦合场的电力系统机电阻尼,风电藕合氢储能分散式接入微网,实现多种电源形式的智能微电网协调控制与优化运行。

通过上述分析可知,风电制氢储能是解决风电上网“瓶颈”问题的有效形式,风氢耦合发电技术己引起国内外学者和专家的广泛关注。虽然将其推向实用化还有许多问题尚待解决,但毫无疑问,风氢耦合发电技术在国内的发展潜力是十分巨大的。加强提高风氢耦合发电产业发展,风氢耦合发电系统能量管理与技术经济分析,通过不同运行方式进行分析,满足绿色能源发展需求,推进系统整合、规模化和产业化。

手机微信扫一扫查看易企询手机站:每日信息推送、随时随地查看不是事!

手机微信扫一扫查看易企询手机站,每日定时推送资讯信息、文库信息、招标等海量信息,资讯信息随时随地查看,网站数据实时同步!还等什么,赶紧关注我吧!

全部评论

暂无评论

引用:

评论:

关于支持新能源产业发展规范使用草原有关工作的通知

河北省林业和草原局关于支持新能源产业发展规范使用草原有关工作的通知作者:|文章来源:|发表时间:2022-09-23|点击率:13001保护视力色:各市(含定州、辛集市)林业和草原主管部门、雄安新区规划建设局,局机关各处室、驻政务大厅工作组、直属各单位:为贯彻落实省委省政府有关清洁能源发展用地政策要求,有效保护生态环境,支持绿色新能源发展,规范新能源建设项目使用草原,现就有关事项通知如下:一、生态优先合理布局各市县要根据当地国土空间规划,结合新能源产业政策,坚持保护优先、科学规划、因地制宜、合理利用的原则。除国务院批准同意的建设项目,国务院有关部门、省级人民政府及其有关部门批准同意的基础设施、公共事业、民生建设项目和国防、外交建设项目外,任何单位和个人不得占用基本草原。不得在具有涵养水源、防风固沙、改善生态、增加生物多样性等重要生态功能的区域实施新能源项目。二、节约集约高效利用严格控制光伏发电项目占用非基本草原。非基本草原按类型分为天然牧草地、人工牧草地和其他草地。(一)除列入国家、省级重点项目以外,严禁占用非基本草原中的天然牧草地、人工牧草地。(二)严禁在坡度25°以下的非基本草原区域实施非复合类光伏项

立即阅读

氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)

一、现状与形势聚焦氢能重点领域和关键环节,构建多层次、多元化创新平台,加快集聚人才、技术、资金等创新要素。支持高校1氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一。为助力实现碳达峰、碳中和目标,深入推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系,促进氢能产业高质量发展,根据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》,编制本规划。规划期限为2021-2035年。一、现状与形势当今世界正经历百年未有之大变局,新一轮科技革命和产业变革同我国经济高质量发展要求形成历史性交汇。以燃料电池为代表的氢能开发利用技术取得重大突破,为实现零排放的能源利用提供重要解决方案,需要牢牢把握全球能源变革发展大势和机遇,加快培育发展氢能产业,加速推进我国能源清洁低碳转型。从国际看,全球主要发达国家高度重视氢能产业发展,氢能已成为加快能源转型升级、培育经济新增长点的重要战略选择。全球氢能全产业链关键核心技术趋于成熟,燃料电池出货量快速增长、成本持续下降,氢能基础设施建设明显提速,区域性氢能供应网络正在形成

立即阅读

氢能产业发展中长期规划(2021-2035 年)

一、现状与形势聚焦氢能重点领域和关键环节,构建多层次、多元化创新平台,加快集聚人才、技术、资金等创新要素。支持高校1氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一。为助力实现碳达峰、碳中和目标,深入推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系,促进氢能产业高质量发展,根据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》,编制本规划。规划期限为2021-2035年。一、现状与形势当今世界正经历百年未有之大变局,新一轮科技革命和产业变革同我国经济高质量发展要求形成历史性交汇。以燃料电池为代表的氢能开发利用技术取得重大突破,为实现零排放的能源利用提供重要解决方案,需要牢牢把握全球能源变革发展大势和机遇,加快培育发展氢能产业,加速推进我国能源清洁低碳转型。从国际看,全球主要发达国家高度重视氢能产业发展,氢能已成为加快能源转型升级、培育经济新增长点的重要战略选择。全球氢能全产业链关键核心技术趋于成熟,燃料电池出货量快速增长、成本持续下降,氢能基础设施建设明显提速,区域性氢能供应网络正在形成

立即阅读

氢能产业发展中长期规划(2021-2035 年)

一、现状与形势聚焦氢能重点领域和关键环节,构建多层次、多元化创新平台,加快集聚人才、技术、资金等创新要素。支持高校1氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,正逐步成为全球能源转型发展的重要载体之一。为助力实现碳达峰、碳中和目标,深入推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系,促进氢能产业高质量发展,根据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》,编制本规划。规划期限为2021-2035年。一、现状与形势当今世界正经历百年未有之大变局,新一轮科技革命和产业变革同我国经济高质量发展要求形成历史性交汇。以燃料电池为代表的氢能开发利用技术取得重大突破,为实现零排放的能源利用提供重要解决方案,需要牢牢把握全球能源变革发展大势和机遇,加快培育发展氢能产业,加速推进我国能源清洁低碳转型。从国际看,全球主要发达国家高度重视氢能产业发展,氢能已成为加快能源转型升级、培育经济新增长点的重要战略选择。全球氢能全产业链关键核心技术趋于成熟,燃料电池出货量快速增长、成本持续下降,氢能基础设施建设明显提速,区域性氢能供应网络正在形成

立即阅读