浅谈氢能源与新型电力系统的耦合场景

浅谈氢能源与新型电力系统的耦合场景

廖振朝

广东电网江门供电局         广东  江门   529000

摘要：伴随着现代社会发展速度的进一步加快，人们在日常的生产以及生活过程之中，对于能源的需求呈现出了逐年增长的趋势，尤其是对于电能的需求进一步增加。但是，传统的电力系统在实际运转的过程中不仅运转的成本呈现出了逐年增长的趋势，而且其自身所产生的环境污染问题也开始受到了越来越广泛的关注。而在实际构建新型电力系统的过程中，氢能源的配套应用得到了十分广泛的认可。文章就针对新型电力系统与氢能源特点之间的耦合场景进行了详细的讨论。

关键词：氢能源特点；新型电力系统；耦合场景

前言

新型电力系统核心特征在于新能源占据主导地位，成为主要能源形式。电气化和清洁能源化”是新型电力系统的典型特征和长期主题。在此趋势下，风电、光伏等随机性、波动性电源替代火电等确定性可控电源，给电网调节调度、灵活运行带来挑战。而新能源为主、高比例电力电子设备的大面积应用将带来电力系统的运行特性、安全控制和生产模式的根本性改变。积极发展‘新能源+储能’、源网荷储一体化和多能互补，支持分布式新能源+合理储能系统，成为解决新型电力系统发展困境一个重要选择。

一、氢能源的特点

第一，来源广泛，再生能源也能实现氢能源的制备，水、光以及风都是氢能源制备的重要材料，能够实现规模化的清洁能源的发展[1]。第二，燃烧过程中具有较高的热值，氢燃烧过程中所产生的热值是汽油燃烧过程中产生设置的3倍，是液化石油气燃烧过程中产生热值的2.5倍。第三，清洁污染，氢能源具有可循环利用的特点，而且氢能源在燃烧过程中具有无毒无味以及无色的优势，燃烧过程中生成水，兼具有清洁的优势。

二、氢能源与新型电力系统的耦合场景

（一）氢能源在新型电力系统电源侧应用

在新型电力系统的电源侧应用氢能源的过程中，不仅能够起到对波动进行评抑的作用，除此之外，还能够起到减少弃电以及跟踪处理等方面的效果。具体操作过程中能够通过风光弃电的方式达到制氢的目的，由于风力以及光伏等类型的新能源在处理的过程中存在一定的天然波动性，在电力系统中始终都存在弃风问题以及弃光的问题，在双碳的背景之下，伴随着我国新能源发电量和装机量的持续增长[2]。未来新能源在消纳的过程中依然存在诸多的隐患问题。因此，通过利用广义的氢储能则能够使得一些难以并网的电能原地实现绿氢的转化，不仅能够使得新能源消纳的问题得以有效地解决，除此之外，还能够使得当地的建筑领域、交通领域以及工业领域在实际发展的过程中获得更多更为廉价以及清洁的氢能源，使得绿色产业的链条得以进一步延长。而从评抑风光、处理波动的角度来进行分析，通过质子交换膜电解技术的应用，在输入功率的管控方面最高能够达到毫秒级的响应，确保氢储能系统可以实时地对跟踪风电场光伏电站的出力进行调整。

（二）氢能源在新型电力系统电网侧应用

一方面能够使得调峰过程中获得更多的辅助容量，电网在对新能源进行接收以及消纳的过程中，其很大程度上与自身的调峰能力之间有着密不可分的关联，伴随着大规模新能源的渗透以及产业用电结构相应地发生着变化，电网的峰谷差也呈现出了逐渐扩大的趋势。从我国现阶段的情况来看，在电峰辅助服务方面还存在相对较大的容量方面的缺口，而且这种缺口呈现出了逐年增加的趋势。而通过采用氢储能的方式，则能够实现电能的长周期、大容量以及高密度储存，使得调峰辅助容量能够得到可观的提升。

另一方面能够实现输配电电路阻塞的问题得到有效缓解。从我国部分地区的情况来进行分析，很多地区都存在电力需求增长与电力输送能力增长不相匹配的问题，尤其是在用电高峰期的时段，输配电系统在运转的过程中非常容易出现拥挤以及阻塞的问题，进而给电力系统的正常运转带来一系列的不良影响。因此，大容量的氢储能则能够承担虚拟输电电路的作用，通过将其安装在输配电系统阻塞段潮流下段的位置，则能够实现电能在没有输配电阻塞区段的储存。在电力需求的高峰时段，氢储能系统则能够更好地实现电能的释放，进而使得输配电系统容量的要求得以有效减少，使得输配电系统阻塞的问题能够得以有效的缓解。

（三）氢能源在新型电力系统负荷侧应用

在新型电力系统负荷侧应用氢储能的过程中，其不仅能够更好地参与电力需求的响应，还能达成电价差额套利的目标。新型电力系统构建理念为源荷互动以及荷随源动，在这样的背景之下，负荷侧就实现了较高的灵活性的资源挖掘。而氢燃料电池电站则可以实现弹性较高的负荷调节，进而达到参与电力需求相应的目标。同时在这一过程中，电力用户也不再是单一的消费者，而变成了产销者，利用氢储能实现峰谷电价套利，在电价较低的谷期时间段，用户可以通过氢储能实现存储电能的目标，在高的峰值阶段运用，进而实现电价差额套利，尽可能的节约我国居民的用电成本。

三、氢能源与新型电力系统的耦合优势

（一）借助氢储能特征，实现电能大规模存储

以往在实际进行储能的过程中，多数情况下采用的都是电化学储能的方式，但是从现实的角度来进行分析，这种方式无论是在容量规模还是在储能时间方面都存在诸多的缺陷。从现阶段的情况来看，多数情况下主要是将电化学储能的方式要用在平滑新能源出力波动性、电网调频调峰、实现小时级别的转周期调节与响应方面，但是相比于电化学储能的方式来说，在实际应用氢储能楚能方式的过程中其不仅具有能量储存时间长以及储能容量大两个方面的优势，而且还具有无污染以及清洁两个方面的特点，尤其是在一些不适合应用电化学储能方式的场景之中，其优势往往更加显著。从大容量长周期调节场景的角度来进行分析，在经济性的方面，氢储能的方式具有更强的竞争力，因此，要能够在充分考虑电力系统实际需求的基础之上，对于氢气的产量进行实时的调节，进而达到对电力的消耗值进行调节的目的。在对新能源的消纳进行促进的基础之上，使得电网在实际运行的过程中能够更多的体现出弹性化的特征。

（二）依托氢能电站快速响应特征实现新型电力系统灵活调节

电解水制氢装备在功率波动适应性方面具有较为宽泛的特点。其能够对于新能源自身所具有的多时间、尺度的并网特性起到一定的优化作用。在对输入功率进行管控的过程中，其响应能够达到秒级以及毫秒级。实际运转的过程中，其能够给予调频以及调峰的相关服务，同时使得新能源给电网所带来的冲击得以有效地控制，促进电力系统自身灵活性、可靠性以及安全性的有效提升。在进行进行电力系统构建以及零碳电网构建的过程中是一种十分重要的手段。

结语

2022年3月国家发改委、国家能源局联合印发了《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，规划指出氢能产业是战略性新兴产业重点发展方向，是未来国家能源体系的重要组成部分，也是用能终端实现绿色低碳发展的重要载体。在新型电力系统的实际发展过程中，应用氢能源不仅能够实现电能的大规模存储，除此之外，在具体构建氢能电站的过程中受到氢能源自身特点所带来的影响，其自身具有快速响应的特点，因此，也能够实现新型电力系统在实际运转过程中的灵活调节。一方面能够有效解决现阶段我国在高峰期能供应不足的问题，另一方面也能使得特殊时期电荷不足而导致居民的正常用电受到影响的情况大幅度减少，为我国电力系统的整体稳定运转打下了良好的基础。

参考文献

[1]王涵啸,厉富超,王磊,徐龙飞,刘庆华. 在新型电力系统下氢能的发展研究[J]. 能源与节能,2022,(06):36-39.

[2]许传博,刘建国. 氢储能在我国新型电力系统中的应用价值、挑战及展望[J]. 中国工程科学,2022,24(03):89-99.