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利用可再生能源的氫能源儲存系統(tǒng)及其應(yīng)用

 時史君 2017-01-08


一、氫能的特點


  • 可以由可再生能源和水(電解水)制得的無碳可持續(xù)發(fā)展能源

  • 能源品質(zhì)不會下降

  • 便于運輸



二、東芝的氫能業(yè)務(wù)模式


東芝公司希望通過氫能利用的大規(guī)模普及營造一個可持續(xù)發(fā)展且能源安全得到保證的社會,主要目的為以下幾點:

  • 提高能源安全

  • 通過“化電為氫”促進可再生能源(如風能,太陽能,水能等)儲存的發(fā)展

  • 建立災(zāi)害能源應(yīng)急設(shè)施

  • 提高能源利用效率


 1、“化電為氫”工作原理

       “化電為氫”的工作原理如下圖所示,“化電為氫”不僅能提高電網(wǎng)的 “彈性系數(shù)”,提升電網(wǎng)的恢復能力,同時可將可再生能源發(fā)電產(chǎn)生的冗余電力轉(zhuǎn)化為氫氣儲存,在用電高峰或緊急災(zāi)害時期通過燃料電池發(fā)電提供所需電能。

2、 東芝區(qū)域能源解決方案——H2One?系統(tǒng)

東芝公司H2One?系統(tǒng)于是一個基于可再生能源,使用氫作為燃料發(fā)電的獨立能源供應(yīng)系統(tǒng)。H2One?系統(tǒng)集成了光伏發(fā)電裝置、儲能電池、制氫電解槽、氫氣罐、貯水罐以及燃料電池。光伏發(fā)電裝置產(chǎn)生的電力將被直接用于電解水制氫,所產(chǎn)生的氫氣將被存儲在氫氣罐中,然后被燃料電池利用,而后者將產(chǎn)生我們所需的電力與熱量。


H2One?系統(tǒng)應(yīng)用模式

Business Continuity Plan, BCP: 災(zāi)害發(fā)生時各種重要業(yè)務(wù)不至于中斷并且使其盡早恢復的、將災(zāi)害對社會經(jīng)濟的影響和損失減少到最小的規(guī)劃

 

(1)采用H2One?系統(tǒng)的BCP規(guī)劃應(yīng)用模式

基于H2One?系統(tǒng)的BCP,是一種利用可再生能源和氫氣的自給型能源供應(yīng)系統(tǒng),系統(tǒng)采用了集裝箱式外形,安裝便捷。相比蓄電池可以進行電力的長期儲存,災(zāi)害發(fā)生時或者電力供應(yīng)中斷時其所儲存的氫氣可為300人提供約1周左右的電力和熱水,并且運行過程只消耗可再生能源和水。

 下圖為示范運營項目對H2One?系統(tǒng)功能要求,可為300人提供約1周左右的電力和熱水。


       H2One?系統(tǒng)可以提高住宅公寓區(qū)以及周邊社區(qū)的災(zāi)害應(yīng)急能力。在平時,將可再生能源轉(zhuǎn)化為氫氣,用來進行電力高峰轉(zhuǎn)移;在災(zāi)害發(fā)生后,為居民提供保證基本生活所需的電能及向緊急避難所提供所需電能,比如對于居民,提供維持信息基礎(chǔ)設(shè)施、電梯、供水設(shè)備、照明設(shè)備正常運行所需電能,對于附近社區(qū),可以輔助疏散引導,為災(zāi)民提供相應(yīng)的幫助。


a.  川崎市示范運營自給型能源供應(yīng)系統(tǒng)(H2One?系統(tǒng))

H2One?系統(tǒng)安裝在川崎MARIEN的體育館旁邊,川崎MARIEN作為指定的周邊居民災(zāi)害臨時避難所,其預期的抗災(zāi)能力是可以為300人提供約1周左右的電力和熱水。


該系統(tǒng)進行了實證測試,其結(jié)果如下:

測試條件

2015/11/9~11/16

電力負荷:臨時避難所電力負荷要求是要滿足300人的用電需求

臨時避難所電力需求

設(shè)備

需求功率

數(shù)量

日光燈

40W

10臺

收音機

20W

1臺

電腦

70W

1臺

打印機/傳真

350W

1臺

LED燈

60W

25臺

電視機

40W

2臺

電風扇

140W

4臺

手機充電器

5W

300臺

b. 橫濱智慧港

2016年3月,東芝公司在橫濱港貨運中心安裝H2One?統(tǒng),該系統(tǒng)為BCP模式,災(zāi)害發(fā)生時將向橫濱港灣局提供必要的電力,以維持日常業(yè)務(wù)的運營。 


(2) H2One?島嶼及度假勝地應(yīng)用模式

使用H2One?系統(tǒng)可以向偏遠的島嶼和無電力普及的地區(qū)提供穩(wěn)定電力供應(yīng)

  • H2One?系統(tǒng)可以只利用可再生能源和水全年無間斷提供電能,即使是在長時間低風和光照不足的情況下也可以滿足需求。

  • 使用H2One?系統(tǒng)發(fā)電為災(zāi)民提供7天所需電能,相比于使用化石燃料發(fā)電成本更低

  • 系統(tǒng)采用了集裝箱式外形,安裝便捷


H2One?度假勝地運營模式案例——豪斯登堡主題公園


H2One?系統(tǒng)的度假勝地應(yīng)用模式的特點:

  • 可將夏天光伏發(fā)電盈余電量儲存起來用以彌補冬天發(fā)電量的不足

  • 儲氫合金的使用使得儲氫罐體積減少90%

  • 2016年3月開始運行


(3)基于H2One?系統(tǒng)的燃料電池加氫站
  • 可以在氫能利用尚未布局地區(qū)建設(shè)加氫站

  • 取消了氫氣運輸?shù)奈锪髻M用,使得氫能價格更便宜

  • 作為獨立運行的加氫站,緊急情況下為必要物流基礎(chǔ)設(shè)施提供BCP功能


Levenmouth社區(qū)能源項目

燃料電池混合動力車加氫站示范項目

  • 2016年該項目將在蘇格蘭的法伊弗郡開始運營

  • 東芝公司負責部署氫能源管理系統(tǒng)


(4)大規(guī)模氫能儲電

“化電為氫”可替代抽水蓄能電站的環(huán)保儲能方式,通過固體氧化物電解池和固體氧化物燃料電池實現(xiàn)80%的充放電效率。“化電為氫”通過增加氫罐數(shù)量便可以擴大儲電容量,比電池儲電相比成本效益高(其成本與抽水儲電方式相當)

H2One?系統(tǒng)電力結(jié)構(gòu) 

  • 電池系統(tǒng):比較適合短期儲電,因此不能彌補由天氣條件引起的電能波動。


  • H2One?系統(tǒng)(氫氣+電池系統(tǒng)):既可以短期儲能也能夠長時間儲存電能,因此可以很好的調(diào)節(jié)季節(jié)性的電能波動。




光伏發(fā)電和風力發(fā)電量將達到60個核電站的發(fā)電量水平,因此有必要將可再生能源列入基礎(chǔ)電力來源。如果光伏發(fā)電和風力發(fā)電成為基礎(chǔ)電能來源,預計將會產(chǎn)生1000GWh的電能電力輸出功率達到10GW, 氫氣儲能系統(tǒng)將會隨著可再生能源的發(fā)展逐漸普及。


三、展望


       提倡使用氫能系統(tǒng)有助于可再生能源利用的普及,以及BCP規(guī)劃和旅游業(yè)的發(fā)展。此外還能解決偏遠地區(qū)電力供應(yīng)問題,氫能市場的開拓和發(fā)展其他相關(guān)業(yè)務(wù)的發(fā)展息息相關(guān)。







作者:Hiroyuki Ota

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