基于光伏电站的氢储能可行性研究

基于光伏电站的氢储能可行性研究

徐胜勇

滨州热力有限公司 山东 滨州 256600

摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，光伏电站建设越来越多。氢能可实现可再生能源、化石能源与电能、热能之间的无缝衔接，是构成未来能源互联网的重要环节。氢储能产业要高度重视从生产端到消费端各个环节的安全问题，建立更为完善的安全规程和标准体系，确保氢能利用安全可控。本文就光伏电站的氢储能可行性进行研究，以供参考。

关键词：光伏发电；氢储能；可行性分析

引言

当今社会工业化程度持续上升，经济不断发展，但随着世界人口密度的增大，能源短缺和环境污染等问题日益突出，能源转型迫在眉睫。太阳能和氢能作为清洁能源，储量大且可持续利用，综合各方面因素考虑，两者将是未来低碳发展和能源转型的主力军。其中，氢储能技术适应范围广，其储存输出能量最长持续时间可达24ｈ，且储存条件受环境影响较小；储能转换方式多样，能量输出形式灵活。制氢设备电解槽可以直接利用光伏系统输出的直流电进行工作，无需交直流转换，因此将光伏发电与氢能储能技术相结合可以大大提高能源利用率，具有广泛的应用前景。

1光伏发电制氢储能系统

氢气是一种无碳的燃料，可应用于燃料电池发电或燃烧等。广泛利用氢气燃料被视为减少碳排放、实现碳中和的重要方式。电解水制氢是一种重要的制氢方式，其优势在于制取的氢气纯度高，与其他可再生能源兼容度高。氢燃料电池是一种通过电化学反应将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的能量转化装置，一般具有能量转化效率高、环境友好、可利用多种燃料等优势，被视为21世纪最具发展前景的环保高效的发电技术之一。光伏发电与电解池制氢、氢燃料电池发电联合，构建光伏发电制氢储能系统，能够实现可再生能源到氢能再到电能的过程无碳排放、无污染物排放。光伏发电制氢储能系统包括光伏发电设备、电解池、高压氢储罐以及燃料电池在内。当太阳能能源充足时，利用光伏发电设备将太阳能转换成电能，并通过能量转换与控制单元传递给电解池。在直流电的作用下，电解池将水分解成氢气和氧气。氢气通过压缩机压缩储存在高压储氢罐中，压缩机所需的能源由光伏发电产生的电能提供。

2基于光伏电站的氢储能可行性研究

2.1新能源侧

光伏发电受光照强度、环境温度等多方面因素影响，其输出功率具有不确定性和波动性等缺点。这将增加光伏并网难度，影响光伏输出的电能质量，给电力系统安全运行带来巨大的挑战。因此，在大型光伏电站中需要应用储能系统，利用储能系统自身的能量时空平移特性，可以在减少弃光的同时，改善光伏电站的输出功率和电能质量，提高光伏电站的并网接入能力。风力发电由于自然风的随机性与不确定性，也会导致风力发电输出功率具有随机性、波动性以及反调峰特性等缺点。当风电输出功率波动剧烈时，会对电网产生严重冲击，影响电网安全稳定运行。当风电出力过高时，为了保证电网中电量的瞬时平衡，会被迫选择弃风。为解决上述问题，通过在风电场中配置储能装置，可以有效缓解日益严重的弃风现象，并且可在一定程度上减少风速变化对风电场运行的影响，提高风电输出功率的可控性，减少其并网后对电网造成的不利影响。可以看出，风力发电与光伏发电均受环境天气等因素影响，具有光伏夜晚不出力风电夜晚可出力等特点，利用风光资源之间的互补特性，可以组成风光互补发电系统。在风光系统中配置适当容量的储能装置，不仅可以平抑风光并网所带来的波动，减少对电网造成的影响，还可以提高电网对可再生能源的接纳能力。

2.2调度中心

调度中心位于最上层，通常为工业园区统筹管理部分所掌控。该层以系统工作经济性为主要控制目标，通过宏观调控整个工业园区各部分电、热、汽需求滚动计划，校正电网、汽网等内外部能源网络的安全性，向园区内部各系统(即本地集群控制中心)下发本地能源网络与上一级能源网络之间的能量交换计划等，促进工业园区各部门集群协调运行，保障工业园区氢储能电热气耦合系统安全。

2.3系统整体模型

该系统最大的优势在于其模块化的分析方式。所谓模块分析，就是认为所有热传输系统均由若干个细小的系统（即模块）组成，一个模块实现一种特定功能，如热水器模块、单温度场分析模块、太阳辐射分析模块、输出模块等。因此，只要调用实现这些特定功能的模块，给定输入条件，这些模块程序就可以对某种特定热传输现象进行模拟，最后经过汇总就可对整个系统进行瞬时模拟分析。

2.4氢储能安全性分析

氢储能的推广运用，首先要考虑氢气的安全性问题。风险点主要有四个方面，一是爆炸极限宽；二是容易发生泄漏；三是存在氢脆现象；四是存在逆焦耳-汤姆逊效应，韩国的一起事故可能就是由该特性引起。目前氢气的储存、使用、经营和运输均按照危险化学品进行严格监管。有关机构的汽车着火实验，分别将装有氢气和天燃气燃料罐点燃，结果氢气作为燃料的汽车着火后，氢气剧烈燃烧，但火焰总是向上冲，对汽车的损坏比较缓慢，车内人员有较长时间逃生。从技术方面看氢的使用安全性较高，部分性质甚至优于传统能源。氢的焦耳-汤姆逊效应，在常温下，释放压力降低时，温度会急剧升高，再加上氢的燃点低，因此，非常容易引起自燃。氢气本身的物理特性是分子小、无色无味，发生泄漏时，无法通过视觉和嗅觉辨别，因此需要敏感度较高的监测监控仪器、仪表。

2.5用户侧

通过在用户侧建立一定容量的储能装置，能够使用户自主或者通过外部调度信息控制储能进行电能储存或释放，并根据分时电价政策分时段充放电进行盈利，降低用户电费。在电力负荷处于高峰时，电价较高，用户则利用储能装置进行放电维持自身用电需求；当电力负荷处于低谷时，电价较低，则通过储能进行电能存储，从而实现削峰填谷，减少电网负荷高峰时的压力，降低用户用电费用。此外，当用户参与需求侧响应并对电网进行调节时，储能装置的接入能够提高用户参与需求侧响应的能力，如一些配置储能装置的大型工业用户可根据电网的调度做出相应的反应，从而改变其负荷的用电行为、改善负荷特性曲线、减小电力系统负荷峰谷差、保证电力系统运行的可靠性。随着新能源的不断发展，其具有分布广、易于实现等特点，用户侧也可以配置分布式发电装置，通过用户自身发电实现自发自用、余电上网，但是由于天气情况会影响新能源发电量，从而出现电能不足的情况，则此时需要电网进行供电。储能装置作为不间断电源，可以提高供电的可靠性，用户可以通过分布式光伏发电或风力发电装置与储能装置组合构成混合发电系统。当发电装置处于出力高峰时，通过储能装置储存电能，在晚间电网处于负荷高峰时，此时电价较高，储能放电，用户在满足自身用电需求的同时利用余电上网，从而获得收益。

结语

氢储能系统尽管可以利用氢能源降低工业园区对传统电能、天然气能的依赖，但由于氢燃料电池自身工作的特殊性，在发电的同时造成较大的热量损失。若不能对这部分热量进行良好利用，氢储能系统往往无法完全发挥氢这一清洁能源的完全优势。目前，我国储能技术还在不断发展中，相信在不久的将来，储能技术将发挥出自身的最大潜能，推动我国新型电力系统的构建。

参考文献

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