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憑借氫解決可再生能源的輸出變動問題

2026-04-23 22:57:195613

據日經技術在線報道：日(ri)本(ben)和(he)歐(ou)盟(meng)各(ge)國(guo)在(zai)積(ji)極(ji)引(yin)進(jin)光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)及(ji)風(feng)力(li)發(fa)電(dian)等(deng)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)。這(zhe)些(xie)容(rong)易(yi)受(shou)天(tian)氣(qi)影(ying)響(xiang)的(de)電(dian)力(li)並(bing)入(ru)係(xi)統(tong)電(dian)網(wang)時(shi)，導(dao)致(zhi)電(dian)網(wang)不(bu)穩(wen)定(ding)的(de)問(wen)題(ti)日(ri)益(yi)明(ming)顯(xian)。為(wei)了(le)解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)，業(ye)界(jie)討(tao)論(lun)了(le)蓄(xu)電(dian)池(chi)、智能電網等多種方法，最近，氫基礎設施也作為一種強有力的手段成為候選。法國科西嘉島2012年啟動了“MYRTE（Mission hYdrogene Renouvelable pour l’inTegration au reseau Electrique：以並網為目的的可再生氫任務）”項目，該項目將光伏發電和儲氫技術組合起來，目的是使光伏發電的電力變動平均化，從而順利並入電網。 MYRTE項目由科西嘉大學主導實施，該項目的目標是使源自可再生能源的不穩定電力占到電網中電量的30％以上。該項目在技術和資金方麵得到了法國阿海琺（Areva）公司的協助。 MYRTE項目共設置了560kW的太陽能電池板，利用其剩餘電力，用50kW的電解裝置將水分解成氫氣和氧氣，分別儲存在儲氣罐中(圖1、圖2)。電池板與15000V的電網聯動，在需要電力時，向100kW的PEFC（Polymer Electrolyte Fuel Cell：高分子固體電解質型）係統提供氫和氧進行發電。電解和燃料電池發電時的廢熱作為溫水回收，儲藏在溫水罐中。

圖1：輸出功率為560kW的太陽能電池板

圖2：儲氫罐和儲氧罐使光伏發電的電力變動平均化的過程如下：提前一天向為科西嘉島供電的法國電力公司（Electricite de France，EDF）提供光伏發電以及向電網供電的預測數據。一般是根據天氣預報和過去的實際數值等預測光伏發電的輸出功率，向EDF提供利用水電解裝置和燃料電池進行了平均化的供應電力的輸出預測數據。 利用電解裝置和燃料電池實現平均化 在當天的運行中，以向EDF提(ti)出(chu)的(de)並(bing)網(wang)供(gong)電(dian)預(yu)測(ce)曲(qu)線(xian)為(wei)基(ji)準(zhun)，當(dang)實(shi)際(ji)發(fa)電(dian)量(liang)高(gao)於(yu)預(yu)測(ce)曲(qu)線(xian)時(shi)，利(li)用(yong)高(gao)出(chu)的(de)剩(sheng)餘(yu)電(dian)力(li)電(dian)解(jie)水(shui)製(zhi)造(zao)氫(qing)和(he)氧(yang)，儲(chu)存(cun)在(zai)儲(chu)藏(zang)罐(guan)中(zhong)。反(fan)之(zhi)，當(dang)實(shi)際(ji)發(fa)電(dian)量(liang)低(di)於(yu)預(yu)測(ce)曲(qu)線(xian)時(shi)，則(ze)利(li)用(yong)儲(chu)藏(zang)罐(guan)中(zhong)儲(chu)存(cun)的(de)氫(qing)和(he)氧(yang)，通(tong)過(guo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)，然(ran)後(hou)提(ti)供(gong)給(gei)係(xi)統(tong)電(dian)網(wang)。下麵以當天是晴天的2013年7月16日的數據為基礎，來看一下運行情況。前一天向EDF提出的平均化和梯形化後的並網供電量的預測曲線為圖3的紅線。

圖3：使光伏發電的電力變動平均化後提供給係統電網的模式 2013年7月16日的案例。紅色梯形圖是前一天提供給EDF的數據。淡藍色曲線是當天的太陽能輸出，深藍色的輸出是利用電解裝置或燃料電池進行了平均化的實際供電曲線當天的光伏發電輸出曲線為淡藍色，早上7點左右開始發電，之後發電量逐漸增加，到正午前後達到峰值，然後逐漸降低，到晚上7點(dian)左(zuo)右(you)停(ting)止(zhi)發(fa)電(dian)。這(zhe)一(yi)天(tian)的(de)天(tian)氣(qi)比(bi)預(yu)想(xiang)的(de)要(yao)好(hao)，發(fa)電(dian)量(liang)基(ji)本(ben)都(dou)高(gao)於(yu)預(yu)測(ce)曲(qu)線(xian)。因(yin)此(ci)，利(li)用(yong)剩(sheng)餘(yu)電(dian)力(li)來(lai)電(dian)解(jie)水(shui)，實(shi)際(ji)並(bing)入(ru)電(dian)網(wang)的(de)電(dian)力(li)曲(qu)線(xian)為(wei)圖(tu)中(zhong)深(shen)藍(lan)色(se)的(de)線(xian)。雖然多少還有些變動，但基本接近預測曲線，Poggi認為，平均化的驗證正在按計劃推進。今後打算進一步改進平均化過程，並把這種方法應用於實際業務中。 解決太陽能的剩餘電力 在(zai)日(ri)本(ben)，隨(sui)著(zhe)光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)等(deng)的(de)大(da)量(liang)導(dao)入(ru)，在(zai)春(chun)季(ji)和(he)秋(qiu)季(ji)的(de)假(jia)日(ri)等(deng)電(dian)力(li)需(xu)求(qiu)較(jiao)低(di)的(de)時(shi)期(qi)，會(hui)有(you)大(da)量(liang)的(de)剩(sheng)餘(yu)電(dian)力(li)流(liu)入(ru)係(xi)統(tong)電(dian)網(wang)，這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)越(yue)來(lai)越(yue)嚴(yan)重(zhong)。為(wei)解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)，開(kai)始(shi)探(tan)討(tao)利(li)用(yong)氫(qing)基(ji)礎(chu)設(she)施(shi)相(xiang)關(guan)事(shi)宜(yi)。在“北九州智能社區創造事業”中，岩穀產業公司在東田地區的老年人護理設施“愛香苑”中設置了每小時可產生2Nm³（標準狀態的氣體體積）氫氣的水電解裝置、儲氫罐以及額定輸出功率為4kW的燃料電池，於2013年度啟動了驗證實驗。通過與CEMS（地區能源管理係統）進jin行xing聯lian動dong控kong製zhi，在zai當dang地di電dian力li有you剩sheng餘yu時shi，將jiang剩sheng餘yu電dian力li轉zhuan換huan成cheng氫qing儲chu藏zang起qi來lai，在zai需xu求qiu增zeng加jia時shi則ze利li用yong燃ran料liao電dian池chi供gong電dian，目mu的de是shi為wei地di區qu的de電dian力li供gong需xu調tiao整zheng做zuo出chu貢gong獻xian。 應對價格變動 北九州的這個項目實施了“動態定價”，即根據地區的電力供需情況改變電力價格。在2013年秋季的假日裏，啟動了在需求驟降的日子降低價格以促進需求的“CBP（Critical Bottom Pricing）”。岩穀產業為應對價格驟變，開發出了可自動切換運行模式的控製軟件。由於CBP啟動後價格會降低，因此立即由運行燃料電池切換為運行水電解裝置，製造氫氣並儲藏起來。 zhezhongfangfabudannengshixitongwending，haiyouwangcushixiaofeizheyouxiaoliyongdijiadianli，xiangshoudaochengbenyoushi。yanguchanyejinhoujiangjinyibuzhuiqiuchengbenyoushi，bingtantaoduixiaofeizheyoulideshiyongfangfa。 通過調整燃料電池輸出為供求穩定做貢獻 此外，北九州項目在2013年度還利用設置在北九州市生命之旅博物館中的100kW的磷酸型燃料電池開展了驗證實驗（圖4）。具體來說就是與CEMS和EMS（大廈能源管理係統）聯動，當地區內的電力需求較大時提高燃料電池的輸出功率，使之高於平時的輸出，從而為地區的電力供需穩定做出貢獻。

圖4：北九州市生命之旅博物館中設置的100kW的磷酸型燃料電池

磷酸型燃料電池的額定輸出功率為105kW，不過平時隻以35％的輸出功率運轉，當電力需求緊迫時，根據CEMS發出的信號，提高到100％運轉。此次對這種運轉模式進行了驗證。

北九州通過這些實證項目逐步確認，燃料電池和氫基礎設施完全有可能為地區的電力供需穩定和二氧化碳的削減做出貢獻。