新型能源結構下以電氫協同為基礎的消納措施探討

唐堅，范子超，胡鵬

（1.龍源電力集團股份有限公司；2.龍源（北京）風電工程技術有限公司，北京 100034）

隨著全球經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高，能源消費量不斷增加，但傳統化石能源的不可持續性逐漸顯現。為了應對全球氣候變化的挑戰，各國紛紛提出了碳中和、氣候行動等目標。在這樣的大背景下，我國能源行業的可持續發展面臨著嚴峻的挑戰。因此，如何降低碳排放、提高能源利用效率、推動可再生能源的開發利用，已成為當前能源行業面臨的重要問題。

1 構建氫能源體系的意義

構建氫能源體系對于推動清潔能源消納、實現碳中和目標具有重要的意義。首先，氫能源可以實現長周期大規模儲能，有效解決可再生能源消納中的電力波動性問題。其次，氫能源可以促進能源結構轉型升級，提高能源利用效率，推進能源可持續發展。最后，構建氫能源體系可以促進新能源技術和裝備的創新發展，帶動相關產業的發展。

2 能源結構存在問題分析

2.1 可再生能源消納能力不足

我國可再生能源發展面臨的一項重要問題是可再生能源消納能力不足。可再生能源裝機容量的逐年增加，而現有的電網系統在接納可再生能源方面存在技術和設備限制，加大了可再生能源消納的難度。

這種現象的出現與我國可再生能源發展缺乏整體規劃和系統建設密不可分。目前，雖然我國已經實施了一系列的政策措施，加強了對可再生能源的支持和管理，但由于缺乏統一的規劃和布局，導致各地的可再生能源消納能力存在較大的差異和不協調性，限制了其全面發展。

2.2 電力波動性問題突出

隨著可再生能源比例的不斷提高，電力系統的穩定性受到了越來越多的關注。可再生能源的特性導致電力系統中出現更加顯著的波動性問題，例如，風能和太陽能的不穩定性導致的電力產生波動，以及難以控制的負荷變化帶來的電力需求波動，對電力系統的安全穩定運行構成了重大挑戰。波動性電力輸入可以導致電力系統頻率和電壓變化，從而影響電力質量和設備壽命，并可能導致電力系統失效或故障。此外，由于可再生能源的不確定性和難以預測性，波動性問題也會導致電力市場的不穩定和不可預測性，對電力市場的發展帶來不利影響。

2.3 儲能技術和裝備相對滯后

當前，我國儲能技術和裝備的發展相對滯后，致使儲能應用規模較小且難以滿足長周期大規模儲能的需求，這是由多種因素共同作用導致的。首先，長期以來，我國在能源領域的發展主要聚焦于發電和供電側，而儲能領域的發展相對薄弱。其次，國內企業的研發投入不足，技術研究和創新能力有待提高。同時，受制于國外先進技術壟斷和專利制度的限制，我國儲能技術研究的開展受到了較大阻礙。此外，儲能應用的市場尚未得到充分的發掘和利用，儲能項目缺乏優惠政策和長期穩定的市場保障，這也是制約其發展的因素之一。

2.4 電氫協同系統整體規劃不足

目前，我國電氫協同系統發展處于初級階段，其發展面臨著整體規劃不足的問題。由于電氫協同系統是一種集成了電力和氫能的新型能源系統，其高效耦合是實現能源轉型和環保目標的重要保障。但是由于缺乏整體規劃，各部門在發展電氫協同系統時存在重復建設和資源浪費的情況。并且由于規劃不足，各組成部分之間的協調不夠緊密，導致系統效率低下，無法實現最大的能源利用效益。

2.5 安全和環保問題亟待解決

氫氣本身是一種清潔能源，不會產生直接的污染物排放，但在生產、存儲、運輸和使用氫氣的過程中，可能會涉及一些污染問題。

生產氫氣的主要方法包括化石燃料重整、電解水和生物質發酵等。其中，化石燃料重整法會產生二氧化碳和一氧化碳等有害氣體，電解水和生物質發酵法則不會產生大量污染物，但生物質發酵法需要大量的農作物、林木等生物質資源，如果過度采集，可能會對生態環境造成影響。

存儲和運輸氫氣需要借助高壓儲氫罐和管道等設備，這些設備本身可能會帶來安全隱患和環境污染問題。此外，使用氫氣的過程中也會產生一些污染物，例如，氮氧化物、氧化亞氮和顆粒物等。

3 新型能源結構下的消納措施

3.1 加強可再生能源消納能力

隨著全球能源消費的不斷增加和環境污染問題的加劇，國家越來越重視可再生能源的開發和利用。加強可再生能源消納能力是國企在實現可持續發展和保障能源安全方面的一項重要任務。為了加強可再生能源消納能力，國企可以采取一系列措施。

首先，提高電網靈活性是一項重要的任務。隨著可再生能源的不斷發展，其能源輸出存在不穩定性和波動性，國企需要加強對電網的監控和調控能力，使電網更加靈活適應可再生能源的波動性。

其次，推動跨區域電力交易也是提高可再生能源消納能力的有效途徑。國企可以通過建設跨省區域的電力交易市場，實現電力的跨區域流動，優化電力資源配置，提高可再生能源的消納能力。

另外，鼓勵分布式能源發展也是加強可再生能源消納能力的有效方式。國企可以通過鼓勵分布式能源的發展，將能源資源進行分散化、小規模化地利用，促進社會各個領域的能源轉型和發展，提高可再生能源的消納能力。

最后，國企在加強可再生能源消納能力的過程中需要關注成本效益的問題。在實施相關措施時，需要兼顧成本和效益之間的平衡，優化資源配置，提高能源利用效率，實現可持續發展。

3.2 發展多元化儲能技術

儲能是解決可再生能源消納問題的另一個可靠出路，同時，其削峰填谷、調節負荷的能力本身也是穩定電力系統的重要支撐，全社會對于可靠、高效的儲能技術的需求也日益增長。在此背景下，國企作為能源領域的主要參與者和推動者，應當積極探索和研發多元化的儲能技術。鈉離子電池、鋰硫電池、超級電容器等新型儲能技術備受關注。相較傳統的儲能技術，這些新型儲能技術具有高能量密度、長壽命、低成本等優勢，因此在實際應用中具有廣泛的應用前景。氫也是重要的儲能介質之一，在多元化儲能技術的推廣中，國企可通過積極引入先進技術、加大研究力度、開展技術創新等手段，促進新型儲能技術的推廣和應用，為氫能源的儲存提供更多的選擇。

國企在發展多元化儲能技術方面，需要注意以下幾點。首先，應當注重技術的實用性和穩定性，確保新型儲能技術在實際應用中能夠穩定運行、高效儲存氫能源。其次，應當注重技術的創新性和前瞻性，積極探索具有顛覆性的新型儲能技術，為氫能源的發展提供更好的支撐和保障。此外，在多元化儲能技術的發展中，應當積極與科研機構、高校等合作，共同推進儲能技術的研究和創新，促進儲能技術的升級和提升。

3.3 推進電氫協同系統集成

國企在推進電氫協同系統集成方面可以采用集成化思路，將風電、光電、儲能、電解水、氫氣儲存和氨制氫等環節有機結合，形成集風-光-儲-氫-氨一體化的電氫協同系統，實現高效耦合。

電氫協同系統是指通過將電能轉化為氫能儲存，再利用氫能轉化為電能，實現能源轉化和利用的過程。為了推進電氫協同系統的發展，國企可以利用自身資源和技術優勢，建立集成化的電氫協同系統，通過優化系統架構和運行模式，實現資源共享、互補利用，提高能源利用效率。

在電氫協同系統集成的過程中，風電和光電是其中重要的能源來源。風電和光電的互補利用可以有效地解決能源不穩定性問題，提高電能的供給穩定性。同時，儲能技術的運用可以有效地解決風電、光電能源波動性和間歇性的問題，為電氫協同系統提供穩定的電能。

此外，電解水和氫氣儲存技術也是電氫協同系統集成的重要組成部分。通過電解水技術將水分解為氫氣和氧氣，再利用氫氣儲存技術將氫氣儲存起來，可以為電氫協同系統提供可再生的氫能源。同時，氨制氫技術也可以通過將氫氣與氮氣結合形成氨，實現氫能源的高密度儲存和長距離輸送。

在建立集成化的電氫協同系統時，還要考慮系統的安全性和可靠性。通過建立多重安全保障機制，確保電氫協同系統的運行安全和可靠性。例如，采用先進的監控技術，建立完善的安全管理制度，加強對氫氣儲存和氨制氫環節的管控，防范安全事故的發生。

3.4 建立完善的安全管理體系

在氫能源領域，國企應該致力于建立完善的安全管理體系，包括風險評估、標準制定、安全培訓、安全檢查和應急預案等方面，以確保氫能源儲存、運輸和使用過程中的安全性，有效降低安全和環保風險。

首先，國企需要進行全面的風險評估，以識別潛在的安全和環保風險，并采取相應的措施來降低這些風險。在此基礎上，應制定相關的安全標準和操作規程，確保安全和環保措施得到充分實施。這些標準和規程應該包括氫能源儲存、運輸和使用方面的所有環節，并應該不斷地進行更新和完善。

其次，國企需要加強員工的安全培訓，提高員工的安全意識和應急處理能力。這些培訓應該包括氫能源的基本知識、安全操作規程、應急預案和危險情況的處理等方面，以確保員工能夠正確地操作氫能源系統，并在發生意外情況時能夠快速響應并采取相應的措施。

再次，國企應該定期進行安全檢查，及時發現和排除安全隱患，確保氫能源系統的正常運行。這些檢查應該包括設備的維護保養、安全設施的完好性以及應急設備的可用性等方面，以保證氫能源系統的安全性和可靠性。

最后，國企需要建立完善的應急預案，以應對突發事件。這些預案應該考慮各種可能的危險情況，并包括相應的應急處理措施。預案還應該涉及組織應急演練、應急物資的準備和調配、應急指揮系統的建立等方面，以確保在發生意外情況時能夠及時有效地響應并采取措施。

3.5 推動技術創新和產業發展

在當今日益緊張的能源形勢下，氫能源作為一種清潔、高效、可再生的能源，被廣泛認為是未來能源發展的重要方向之一。國企應當積極推動氫能源相關技術的研究和創新，促進相關產業鏈的發展，從而推動氫能源產業的發展和壯大。

首先，國企應該重視氫能源技術研究和創新。氫能源是一項新興的領域，技術含量較高，需要在多個方面進行研究和開發。國企可以組織專業團隊，加強研發投入，深入研究氫能源相關技術，開展科技創新，提高氫能源技術的自主創新能力和核心競爭力。此外，還應加強與高校和科研機構的合作，共同開展氫能源技術研究和創新，促進學術成果的轉化和應用，推動氫能源技術的快速發展。

其次，國企應該積極參與氫能源產業鏈的建設和發展。氫能源是一個涵蓋多個產業領域的復雜產業鏈，包括氫氣生產、氫氣儲運、氫能源利用等多個環節。國企可以根據自身實際情況，參與氫能源產業鏈的建設和發展，積極探索和拓展氫能源市場，促進氫能源產業的健康發展。

最后，國企應該著眼于氫能源的長遠發展，發揮自身優勢，提高氫能源在能源領域的地位和影響力，推動氫能源產業的發展和壯大。例如，國企可以借助自身在國內外市場的渠道和資源，拓展氫能源的市場和應用范圍，擴大氫能源的影響力和地位。

4 結語

構建氫能源體系是實現清潔能源消納的有效途徑之一，需要在加強可再生能源消納、發展多元化儲能技術、推進電氫協同系統集成、建立完善的安全管理體系、推動技術創新和產業發展等方面開展深入研究和探索。通過實現高比例清潔能源消納和電-氫-氨系統的高效耦合，可以有效推動能源結構轉型升級，實現能源可持續發展。