欢迎访问温州国际智能电气暨RCEP电力电工展览会官网! 2024年9月13-15日 温州国际会展中心 距离展会开幕还有:108天 English

首页 / 媒体 /

行业新闻

国家电网首个氢能国家重点研发计划,将解决什么问题?

7月1日,记者乘坐杭州至宁波的高铁,在与国网宁波供电公司互联网办公室的叶夏明博士汇合后,马不停蹄地赶往宁波慈溪氢电耦合直流微网示范工程施工现场。


这项示范工程是国家电网首个氢能国家重点研发计划“可再生能源与氢能技术”重点专项项目的配套示范工程,已于今年5月25日开工建设。


国家重点研发计划主要针对事关产业核心竞争力、整体自主创新能力和国家安全的战略性、基础性、前瞻性重大科学问题、重大共性关键技术和产品,其中重点专项是国家重点研发计划组织实施的载体,聚焦国家重大战略任务,从基础前沿、重大共性关键技术到应用示范进行全链条创新设计、一体化组织实施。


目前工程进展如何,让我们一探究竟。


从宁波市区出发往北,经过郁郁葱葱的田园,驶入慈溪滨海经济开发区。45分钟车程后,我们在110千伏雁门变电站东侧的工地门口下车。只见一辆大型吊机正缓慢驶入施工现场,工地前的大道上四五秒就有大型重卡呼啸而过。


“咚咚咚……”占地19亩的工程现场内,高耸入云的打桩机发出有节奏的打桩声,响彻工地上空。“目前工程处于土建施工阶段,现场一共要打200多枚桩基。”叶夏明指着工地上堆放的水泥桩基介绍道,“我们已完成微网集控楼和消防水池的桩基施工,并开展了静载试验。同步我们还在做氢能厂房的桩基施工工作。”在工地东北角,有一些巨大的石块交错叠放着,目测高达5米。“这些巨石下面就是已完成施工的桩基,它们需要承受140吨重量的静载试验,以测试它们的承载能力和沉降水平,确保将来楼里的交直流换流器等设备安全、稳定运行。”


看着只有桩基,没有建筑本体,基本还是一片空地的现场,项目还能按计划在年底建成吗?我不禁表达了担忧。“我们倒排计划,施工计划已经明细到天了。”随行的施工单位项目负责人王益涛说。


从国重氢能项目立项到今年5月25日配套示范工程正式开工,期间有可研、初设、安评、环评、施工出图、政府层层审批等大量前期工作。工程相关的10多家单位,用了一年半的时间,完成了常规需要三年的工作。


1.jpg

工程效果图


从工地出来,叶夏明指着围墙上的工程效果图介绍说:“现场的东面是微网集控站,中间是氢能设备站,南面是加氢站,西面是储能站。工程利用周边丰富的屋顶光伏以及风电资源,采用质子交换膜技术电解水制氢,提高制氢效率,降低制氢成本。制取的氢气能够直接供终端用户使用,可满足每日10辆氢能燃料电池大巴加氢、50辆纯电动汽车直流快充需求;制取的氢气还能用来存储电能,在电网故障时通过燃料电池技术为电网提供应急支撑。”


随后,我们来到工程项目部,在挂着“临时党支部”门牌的会议室内,叶夏明的同事们正通过“i国网”app召开线上会议。国网浙江电科院章雷其博士出现在投影屏幕上,介绍着氢能综合管理系统研发、工程装备研制等工作:“考虑到工程系统复杂性,电科院正在按照1比1模式构建工程的数字模型,提前对工程的稳定控制、能量管理策略等做全面测试。”


章雷其博士是国网浙江电科院分布式电源与微电网控制技术实验室氢电耦合团队成员,该团队自2019年开始氢能相关技术攻关工作,目前正在开展氢能支撑的可离网型风/光/储/氢燃料电池直流互联系统相关关键技术攻关。


2.jpg

分布式电源与微电网控制技术实验室


通过视频连线,章雷其拿着一叠设计图向我介绍:“目前工程的核心装备和系统正在研发阶段,预期将取得多方面的突破,如适应宽功率波动范围的PEM电解制氢系统,高效PEM燃料电池热电联供系统,多端口直流变换器等,实现示范工程核心装备100%国产化,有效提升我国可再生能源与氢能行业的整体技术水平。”


我对电解制氢的印象还停留在学生时代课本中的电解示意图,于是提出想看看此类工程应用的制氢装置到底是什么样的。章雷其翻出据说当天“新鲜到货”的制氢装置照片,解释道,“制氢装置目前仍在测试阶段,这个装置是为了适应风、光等新能源发电波动性大的特点而专门研制的,可适应宽功率波动范围,当新能源发电出现大幅波动时,制氢装置也能稳定工作,将波动电能稳定地转换为氢能。”


3.jpg

氢电耦合团队成员正在讨论工程燃料电池的研制进展情况


当我提出想再看看其他装置时,却被告知还在研制阶段。章雷其先给我看了下车用的氢燃料电池,他介绍说,“目前国内氢燃料电池大多数为车用,应用场景还较为单一。在氢电转化设备方面,项目团队正在研制可以满足清洁供能要求的高效燃料电池热电联供系统,既可供电也可供热,拓展氢燃料电池在分布式供能领域的应用,并且氢-电热转化效率可以与国际先进水平相媲美。”


章雷其随手拿起一根手机充电线,比划起来,“在电能变换设备方面,由于传统的变换器,就像这根充电线,仅能实现两端交互。例如要将分布式电源产生的电一部分用于制氢,一部分通过储能进行存储,需使用2个传统变换器才可实现。项目团队正在研制多端口变换器,可实现分布式电源、制氢及燃料电池系统、电化学储能系统的三端能量传输,有效提高能量变换效率。”


章雷其指着研发界面介绍起了工程系统。在控制系统方面,项目团队正在研发氢电耦合能量管理系统以及直流微网协调控制系统。前者相当于整个工程的“智慧大脑”,可实现工程中不同设备、不同能流的最优管理与最优调度;后者主要用于直流微网系统的稳定控制。通过两者配合,可以保障微网在多种模式下的安全、经济与稳定运行。


大规模新能源的接入,对电网安全、稳定与经济运行带来巨大挑战。如何让新能源自由高效但又非常友好地接入电网,成为建设新型电力系统需要解决的核心问题之一。


这个示范工程为解决这个核心问题提供了一种全新的氢电耦合技术的路径。通过可再生能源制氢,将富余或难以消纳的新能源电力转化为氢能,产生的氢气可以在用电高峰通过氢燃料电池发电实现电网削峰,也可以供给交通、工业等领域使用,实现了新能源的多途径消纳与不同领域的电能间接替代。

 

4.png

氢电耦合应用示意图


同时,氢也是一种能源存储介质,存储特性恰好与电化学储能互补,适合于长时间尺度的能量存储。这个示范工程构建了一套大容量的氢电混合储能系统,氢储能与电化学储能配合,相当于源荷之间有一个很强的缓冲器,实现波动性电源和不确定性负荷之间的全时间尺度平衡,这对于新型电力系统的构建也是十分重要的。


随着采访的深入,我对宁波慈溪氢电耦合示范工程在构建新型电力系统中的意义和价值有了更深的认识。这项工程是国家电网公司首个氢能国家重点研发计划的配套工程,为什么落地宁波慈溪?周边企业对该工程又持有什么样的态度?


关于这些问题,叶夏明博士建议我们去附近企业转转,或许能找到答案。


于是,我们来到位于示范工程东北角、车程只需3分钟的宁波绿动燃料电池有限公司。这家公司是国家电投集团旗下企业,生产燃料电池和关键零部件产品,主要用于氢能交通等场景。


“我们马上就成为邻居了。”该公司总经理李鹏飞热情地接待了我们。他向我们介绍道:“近年来,日、美、英、韩等国家陆续将发展氢能确定为国家战略。今年3月份,国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》,实际上是赋予了氢能一个能源属性,并且把氢能作为终端减碳的重要途径,将氢能产业列为战略性的新兴产业和未来产业的重点发展方向。”


置身企业文化展厅,在李鹏飞不疾不徐的讲述中,我感受到他对氢能产业未来发展充满信心,同时他也并没有回避谈及目前氢能产业发展中的困难,“重构氢能全产业链,周期长。实现氢气低成本、低碳、高效制取,是产业发展非常关键的一环。从未来产业发展来看,以可再生能源来制氢是重点发展方向,目前可再生能源制氢的整体规模还不是很大,产业形态还没有完全形成。”


5.jpg


如何构建“清洁低碳、安全高效”的电氢体系,技术上还存在卡脖子的情况,需要攻克核心技术,“你们的示范工程意义很大,依托这个项目进行了可再生能源制氢、多元应用等的全套场景构想和搭建,”李鹏飞对示范工程表示了高度赞赏。


“希望你们的示范工程早日投运,大家携手共同打造氢能生态。”美好祝福中,我们握手告别,结束了本次的走基层之旅。


采访后记


在氢能产业发展路径上,可概括为市场创造、技术示范和规模应用三个阶段,其中技术示范阶段以实现可再生能源大规模制氢为目标,发挥绿氢在保障电力系统稳定性中的重要作用。经过一天在宁波的实地走访,我感受到了核心技术研发从来不是一片坦途,也绝不是敲锣打鼓、喊几句口号就可以实现的,感受到了项目研发团队的不懈钻研、项目建设单位的昂扬斗志和氢能产业相关企业的拳拳期待。随着宁波慈溪氢电耦合直流微网示范工程建设推进,可再生能源“绿电”制“绿氢”关键技术的示范落地,氢能发挥独特的行业耦合属性,解决能源供需时空平衡问题,助力新型电力系统建设,成为保障国家能源安全重要组成部分正逐渐成为现实。


微信客服