“氫氨+新能源”是應對氣候變化、實現(xiàn)碳中和的一個可行路徑。

“新能源發(fā)電具有隨機性、間歇性和波動性特點，為解決新型電力系統(tǒng)中可再生能源發(fā)電與用電負荷不匹配的問題，新型電力系統(tǒng)必須有長期儲能的技術(shù)解決方案，‘氫氨+新能源’是應對氣候變化、實現(xiàn)碳中和的一個可行路徑。目前在交通領(lǐng)域，氫氨與柴油的PK時機已經(jīng)到來。”上海電機學院教授張華在日前召開的“新型電力系統(tǒng)沙龍”上表示。

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業(yè)內(nèi)認為，氨既可以作為儲氫介質(zhì)，同時也是相對廉價的零碳燃料，氫氨結(jié)合是理想的發(fā)展方向之一，對我國實現(xiàn)碳達峰碳中和目標具有重要意義，氫氨燃氣輪機發(fā)電、氫氨儲運技術(shù)等也將隨之迎來發(fā)展機遇。

滿足大規(guī)模儲能需求

據(jù)介紹，氨是一種零碳化合物，同時能量密度很高，是液氫的1.5倍，因此，是天然的儲氫介質(zhì)，便于安全運輸，可解決氫能的存儲和運輸難題。在化學性質(zhì)方面，氨的液化溫度只有零下33攝氏度，非常容易液化。與之相比，氫的液化溫度則需降至零下253攝氏度左右，無論是采用車輛運輸還是管道運輸，液氨的難度都相對更低。

基于此，“氫氨路線”成為目前推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點之一。張華認為，“氫氨+新能源”是應對氣候變化、實現(xiàn)碳中和的一個可行路徑。

張華表示，為解決新型電力系統(tǒng)中可再生能源發(fā)電與用電負荷不匹配的問題，電網(wǎng)需要儲能，特別是要有長時儲能的技術(shù)解決方案。目前成熟的抽水蓄能和電化學技術(shù)，在充分發(fā)展的前提下，可以滿足短時儲能的需求，而對于長時間、季節(jié)性、大規(guī)模的儲能需求，氫氨是一個可行的技術(shù)方向。

“隨著技術(shù)迭代和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，制氫成本將迎來快速下降。但氫面臨的儲運難題是由其物理性質(zhì)決定的，很難有技術(shù)把它做得很好。而氨在常溫和低壓下就可以是液態(tài)。如今，西部地區(qū)不少新能源開發(fā)項目把氫做成氨，實現(xiàn)了電-氫-氨化產(chǎn)業(yè)的有效聯(lián)通。”張華進一步表示。

氫氨燃氣輪機支撐大電網(wǎng)供電

在張華看來，在未來的能源系統(tǒng)中，氫氨的應用前景主要有兩方面，其一是在交通領(lǐng)域，氫氨可作為燃料為使用混合動力系統(tǒng)的交通工具提供電能；其二是在電力領(lǐng)域，氫氨作為燃料和儲能，為電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻、慣量等服務。

“氨可作為燃機燃料進行發(fā)電，燃機高效且占地面積小，燃料靈活、余熱利用率高，可助力能源結(jié)構(gòu)全面轉(zhuǎn)型。而在交通領(lǐng)域，氨可作為微燃機的燃料，為使用混合動力的交通工具提供電能。由于氨的能量密度比其它無碳的能量形式都高，氨燃機混合驅(qū)動的運載工具將為交通領(lǐng)域脫碳提供另一條可行的技術(shù)路線?！睆埲A表示。

中國能源研究會能源政策研究室主任林衛(wèi)斌強調(diào)，“雙碳”目標下，電力結(jié)構(gòu)將從以化石能源為主轉(zhuǎn)向新能源占比逐漸提高，在此過程中，電力系統(tǒng)的整體形態(tài)、組織方式、交易方式都在發(fā)生系統(tǒng)性變革，關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)的技術(shù)路徑選擇十分重要。氫能作為新興的能源形態(tài)，盡管目前在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中占比非常小，但碳達峰后，隨著碳約束的加強，氫能在新型電力系統(tǒng)中將有很大的發(fā)揮空間，通過重型燃氣機組發(fā)電，可為氫的應用場景提供更多視角和解決路徑。

在大電網(wǎng)供電方面，張華指出，利用地下鹽洞、溶洞進行氫氣儲存和利用管道進行大規(guī)模運輸，具備低成本、經(jīng)濟可行等優(yōu)勢，加上重型燃機的大規(guī)模發(fā)電應用提供轉(zhuǎn)動慣量實現(xiàn)電網(wǎng)高品質(zhì)電能，可共同支撐大電網(wǎng)穩(wěn)定運行。

效率和經(jīng)濟性需持續(xù)提升

從產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步的角度看，在氫氨技術(shù)路線探索過程中，效率和經(jīng)濟性仍是最大挑戰(zhàn)。

張華表示，雖然現(xiàn)有的燃氣輪機通過改造，可以直接使用氫、氨，但因為燃氣輪機最初設(shè)計時并沒有考慮到這個問題，因此，改造后的氫氨燃氣輪機的燃燒形式和熱能轉(zhuǎn)換效率都不高。未來重要的技術(shù)發(fā)展方向在于，讓氫氨燃氣輪機的機器效率達到如今燒天然氣的效率。

“目前在交通領(lǐng)域，氫氨與柴油相比具有成本競爭力，二者的PK時機已經(jīng)到來，但在電力領(lǐng)域，氫氨應用尚處于探索階段，成本競爭力不足，因此與煤的PK時機尚未成熟?！睆埲A說。

與此同時，新型電力系統(tǒng)也正面臨著生產(chǎn)力和生產(chǎn)關(guān)系等多方面的變化。國網(wǎng)能源研究院副總工程師兼企業(yè)戰(zhàn)略研究所所長馬莉介紹，在生產(chǎn)力方面，電源結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)電源、電網(wǎng)形態(tài)都在發(fā)生變化。例如，在調(diào)節(jié)電源上，系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源從目前的常規(guī)電源調(diào)節(jié)，拓寬到了需求側(cè)的靈活性調(diào)節(jié)資源，以應對極端氣候變化帶來的長周期靈活性挑戰(zhàn)。

此外，氫能產(chǎn)業(yè)也需要更長時間的成熟過程?！盎谀壳拔覈哪茉唇Y(jié)構(gòu)，氫能的利用路徑需要持續(xù)探究，其中效率和成本是兩個關(guān)鍵因素，如果不能提高效率降低成本，任何技術(shù)都很難推廣應用，因此要探索出更多適合氫能利用的商業(yè)模式。”馬莉表示。

“在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)過程中，能否跨越天然氣轉(zhuǎn)向氫氨作為過渡能源，目前看來在技術(shù)和經(jīng)濟性方面都有待觀察，需要重點關(guān)注?！比A北電力大學教授董軍說。

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