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光伏太阳能发电的制氢技术应用
返回列表 来源: 交大光谷 发布日期: 2022.01.15 浏览次数:

交大光谷作为一家致力于成为全球领先的智慧能源系统集成商,我们一直在打造综合智慧能源体系,这既是顺应能源发展趋势,也是对自身优势的挖掘。交大光谷的太阳能、风能、空气能、氢能等新能源在内的多种能源协同模式在工业园区、开发区、岛屿等场景得到广泛的应用。在这一过程中,储能是促进新能源以更高效率和更多场景下的利用的关键设备所在。作为多能源子系统的综合纽带,储能是未来综合能源系统的心脏。


随着交大光谷对综合能源业务布局的深入,储能正在向工商业园区微电网、充电站、通信基站等场景延伸和渗透。可以预期的是,未来随着储能成本的降低和技术的完善,储能进入的空间将大幅增加。 综合能源服务以用户需求为导向,场景丰富、容量巨大,被誉为储能产业发展的后继动力,将为包括电储能、氢能在内的各种储能技术提供多样化的应用场景。综合能源系统最终的目标是实现多种能源在时间、空间维度上的完全结合。 未来在综合能源系统中,储能被赋予新的内涵,将发挥缓冲器、聚合器、稳定器的作用。


当前我国的光伏企业在全球产业链上有相对的竞争优势,无论对国内还是国外客户来讲,我国光伏企业的产品都具有极强的性价比和优势服务的吸引力,这就导致了我国新能源相关的公司在全球份额的不断提升。 光伏是过去十年成本下降最快的能源细分领域,目前海外大部分地区已经实现平价上网,光照资源好的地方成本甚至已经远低于其他能源,国内也处在向平价的过渡期,经济性的问题已经解决得差不多,当一个产品解决了经济性的临界点问题的时候,接下来大概率会看到的就是在市场自发需求下的大规模上量。


光伏发电作为绿色清洁能源,装机规模不断增大,但光伏发电具有随机性、波动性、阶段性供电等问题,增加了电网调度难度。随着光伏装机规模的不断扩大,光伏发电将面临增加储能问题,这就为光伏发电持续发展带来了一定挑战。光伏发电制氢用于天然气掺烧、燃料电池,可丰富终端用户用能多样性,保障能源安全,也是解决光伏发电所面临问题的一种途径。氢能极有可能在难脱碳行业的碳减排工作中发挥重要作用,且在成本经济性上极具竞争力。此外,氢能也将在电力系统中扮演能源储存和灵活性调节的重要角色。


氢能与光伏的最大关系是光伏制氢,即利用光伏发电,再电解水制氢。

光伏制氢的优势主要有:

1.平抑光伏发电的不稳定性。光伏发电在昼夜、日间的变化都比较大,发电量曲线不够稳定,如直接接入电网,会加重电网调节负担、严重的会造成电网失稳,对电力安全造成影响。利用光伏制氢,将不稳定的能量转化为氢能储存,需要时再通过氢能发电,稳定输出,实现发电曲线平抑。

2.储能效用。利用氢能的储能效用,将光伏发电转换为氢能,以低于化学储能的成本,实现跨天、跨周甚至跨月跨季度的储能,或者将氢压缩或液化实现远距离运输,匹配发电端和用户端。


光伏制氢为光伏发电创造了一个新的应用场景和广阔的市场需求。目前全球氢气需求量约6千万吨/年,如果全部由光伏发电来生产,需要超过1500GW的光伏。未来三十年氢的年均新增需求在2000吨以上,每年需要新增约900GW光伏装机。

氢能是一种清洁、高效的二次能源,在碳中和及风光平价的趋势下,可再生能源电解制氢有望成为最主要的制氢方式,市场前景广阔。


交大光谷太阳能公司将氢能全产业链作为新能源发展的核心业务,有信心成为“绿色”氢能和太阳能的世界领导者。绿色氢气是利用太阳能分解水而产生的。它不同于通过化石燃料制造的“灰氢”,以及使用不可再生能源但碳足迹较低的“蓝氢”。未来交大光谷将开发生产绿氢和蓝氢的技术。未来氢能在终端能源体系中的占比将达到10%至15%,氢能将与电力协同互补,共同作为终端能源体系的消费主体,并带动形成十万亿级的新兴产业。


氢能这么受欢迎,那么什么是氢能呢?

氢在宇宙中分布广泛,它构成了宇宙质量的75%;氢能是氢(H)在物理与化学变化过程中释放的能量;氢气的来源多样,可利用化石燃料生产,也可电解水生产;氢燃烧的产物是水,是世界上最干净的能源,被誉为21世纪最具发展前景的二次能源。除核燃料外,氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,是汽油发热值的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍。


到目前为止,对太阳能制氢的研究主要集中在:热化学法制氢、光电化学分解法制氢、光催化法制氢、人工光合作用制氢和生物制氢等。其中,将太阳能发电和电解水组合制氢组合成系统的技术,是主流发展方向。10MW光伏每小时可制造10立方的氢气,25平方公里的光伏发电列阵,可以做一个小型的制氢城,一年可以产100万吨的氢气,100万吨的氢气完全够我们未来几年用。初步计算,在光照好的地方,制氢的光伏发电成本大概在1毛5分钱一度电,是大幅度低于现在制氢的电力成本。

交大光谷は世界をリードするスマートエネルギーシステムの集積商として、私たちはずっと総合的なスマートエネルギーシステムを構築しています。これはエネルギーの発展傾向に順応するだけでなく、自身の優位性の発掘でもあります。交大光谷の太陽エネルギー、風力エネルギー、空気エネルギー、水素エネルギーなどの新エネルギーを含む多種のエネルギー協同モデルは工業団地、開発区、島などのシーンで広く応用されている。この過程において、エネルギー貯蔵は、より効率的でより多くのシーンでの利用を促進する重要なデバイスである。多エネルギーサブシステムの総合的な絆として、エネルギー貯蔵は未来の総合エネルギーシステムの心臓である。
交大光谷の総合エネルギー業務の配置が深まるにつれて、エネルギー貯蔵は工商園区のマイクロ電力網、充電ステーション、通信基地局などのシーンに伸び、浸透している。将来的には、エネルギー貯蔵コストの低減と技術の完備に伴い、エネルギー貯蔵が入る空間が大幅に増加することが予想される。総合エネルギーサービスはユーザーの需要を導きとし、シーンが豊富で、容量が巨大で、エネルギー貯蔵産業の発展の後継動力と誉められ、電気貯蔵エネルギー、水素エネルギーを含む各種貯蔵技術に多様な応用シーンを提供する。総合エネルギーシステムの最終的な目標は、時間、空間次元における多様なエネルギーの完全な結合を実現することである。将来、総合エネルギーシステムでは、エネルギー貯蔵に新しい内包が与えられ、バッファ、重合器、安定器の役割を果たすだろう。
現在、中国の太陽光発電企業は世界の産業チェーンにおいて相対的な競争優位性を持っており、国内においても国外の顧客にとっても、中国の太陽光発電企業の製品は極めて強い価格比と優位サービスの吸引力を持っており、これは中国の新エネルギー関連会社の世界シェアの絶えず向上を招いた。太陽光発電は過去10年間で最もコストが下がったエネルギー細分化分野であり、現在、海外の大部分の地域ではすでに平価インターネットを実現しており、光照射資源の良い地方コストはすでに他のエネルギーをはるかに下回っており、国内でも平価への移行期にあり、経済性の問題はすでに解決されていない。一つの製品が経済性の臨界点の問題を解決したとき、次に、市場の自発的な需要の下での大規模な量が見られるだろう。
太陽光発電はグリーンクリーンエネルギーとして、組立規模は絶えず増大しているが、太陽光発電はランダム性、変動性、段階的な電力供給などの問題を持ち、電力網のスケジューリングの難しさを増加させた。光起電力発電の規模が絶えず拡大するにつれて、光起電力発電はエネルギー貯蔵の増加問題に直面し、これは光起電力発電の持続的な発展に一定の挑戦をもたらした。太陽光発電の水素は天然ガスのドーピング、燃料電池に用いられ、端末ユーザーのエネルギー使用の多様性を豊かにし、エネルギーの安全を保障することができ、太陽光発電が直面している問題を解決する一つの道でもある。水素エネルギーは難脱炭業界の炭素排出削減において重要な役割を果たす可能性が高く、コスト経済性において競争力がある。さらに、水素エネルギーは電力システムにおいてエネルギー貯蔵と柔軟性調節の重要な役割を果たす。
水素エネルギーと光起電力の最大の関係は光起電力による水素化であり、すなわち光起電力による発電、再電解水による水素化である。
太陽光発電による水素製造の利点は主に以下の通りである。
1.太陽光発電の不安定性を抑える。太陽光発電は昼夜、昼間の変化が比較的に大きく、発電量曲線が不安定で、例えば直接電力網に接続すると、電力網の調節負担を重くし、深刻な電力網の不安定をもたらし、電力安全に影響を与える。光起電力を利用して水素を製造し、不安定なエネルギーを水素エネルギー貯蔵に転化し、必要に応じて水素エネルギーを通じて発電し、出力を安定させ、発電曲線の抑止を実現する。
2.貯蔵効率。水素エネルギーのエネルギー貯蔵効率を利用して、太陽光発電を水素エネルギーに変換して、化学エネルギー貯蔵のコストを下回って、天にまたがって、周にまたがって甚だしきに至っては月にまたがって四半期にまたがるエネルギー貯蔵を実現して、あるいは水素を圧縮してあるいは液化して遠隔輸送を実現して、発電端とユーザー端をマッチングします。
太陽光発電水素は太陽光発電のために新しい応用シーンと広い市場需要を創造した。現在、世界の水素需要量は約6千万トン/年で、すべて太陽光発電で生産される場合、1500 GWを超える太陽光発電が必要である。今後30年間の水素の年平均増加需要は2000トン以上で、毎年約900 GWの太陽光発電設備を増加する必要がある。
水素エネルギーはクリーンで効率的な二次エネルギーであり、炭素中和と風光平価の傾向の下で、再生可能エネルギーの電解水素製造は最も主要な水素製造方式となり、市場の見通しが広い。
交大光谷太陽エネルギー会社は水素エネルギー全産業チェーンを新エネルギー発展の核心業務とし、「グリーン」水素エネルギーと太陽エネルギーの世界指導者になる自信がある。緑色水素は太陽エネルギーを利用して水を分解して発生する。化石燃料で作られた「灰水素」とは異なり、再生不可能なエネルギーを使用しているが炭素の足跡が低い「青水素」とは異なる。将来、交大光谷は緑水素と青水素を生産する技術を開発する。将来、水素エネルギーの端末エネルギーシステムにおける割合は10%から15%に達し、水素エネルギーは電力と相補的に補完し、共同で端末エネルギーシステムの消費主体とし、10兆級の新興産業の形成を牽引する。
水素エネルギーがこんなに人気があるのに、水素エネルギーとは何なのか。
水素は宇宙に広く分布し、宇宙の質量の75%を構成している。水素エネルギーは水素(H)が物理と化学の変化の過程で放出するエネルギーである。水素ガスの源は多様で、化石燃料を利用して生産することができ、電解水の生産もできる。水素燃焼の産物は水であり、世界で最もきれいなエネルギーであり、21世紀に最も発展の見通しがある二次エネルギーと誉められている。核燃料を除いて、水素の発熱値はすべての化石燃料、化学工業燃料と生物燃料の中で最も高く、ガソリンの発熱値の3倍、アルコールの3.9倍、コークスの4.5倍である。
これまで、太陽エネルギーによる水素製造の研究は主に熱化学法水素、光電化学分解法水素、光触媒法水素、人工光合成用水素製造と生物製水素などに集中してきた。その中で、太陽光発電と電解水を組み合わせて水素をシステムに組み合わせる技術が主流の発展方向である。10 MW太陽光発電は1時間に10立方の水素ガスを製造することができて、25平方キロメートルの太陽光発電は列を作って、1つの小型の水素都市を作ることができて、1年に100万トンの水素ガスを生産することができて、100万トンの水素ガスは完全に私達の未来の数年の使用に足りる。初歩的な計算では、光が照射された場所では、水素を製造する光発電コストは約1毛5銭で1回電気され、現在の水素を製造する電力コストを大幅に下回っている。

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