今年初，國家能源局正式公布了首批多能互補集成優化示范工程名單，共安排23個項目。示范工程只是起步，據行業估算，多能互補集成優化市場空間將達萬億以上。多能互補集成優化工程作為能源行業的新業態，國內尚無成熟的建設運營經驗，讓我們看看國外是如何探索多能互補道路的。

 

德國創新風電制氫多能互補模式為解決新能源波動性帶來了曙光

 

我國目前已經成為了世界風電裝機容量第一的可再生能源打過，但是這些清潔能源的利用率一直低下，全國的棄風、棄光現象十分嚴重，新能源企業最高限電高達79%。根據中國儲能網的報告，2016年我國僅國網地區的棄風棄光電量就達到了465億千瓦時，直接經濟損失超過100億元人民幣。從分布上看，新能源開發主要集中在“三北”地區，風電、光電裝機容量分別占全國的77%和41%，規模大、當地市場空間卻有限，難以就地消納。從輸送能力上看，“三北”地區跨省區輸電能力僅有新能源裝機總量的22%，電力市場的建設也仍處于起步階段，難以適應新能源大規模交易、外送的需要。

 

反觀另一個新能源發展大國德國，2016年可再生能源發電量占比已經超過了32%，在某些日子里可再生能源甚至能夠覆蓋約90%的電力消耗。在如此高的可再生能源比例下，整個電力系統的靈活性也亟待提高。根據德國聯邦環境部的分析，為了消納電網越來越多的波動性，需要提高以下四個領域的靈活性：

 

不同可再生能源比例下的關鍵靈活性技術 來源：BMU

 

其中儲能無疑是解決這個問題的關鍵，為了實現100%利用可再生能源這個目標，德國通過研究也發現了不同可再生能源份額下的關鍵儲能技術。眾所周知，可再生能源的比例越高，再往上提升的難度就越大，其中最難以實現，最關鍵的是電轉氣技術。這項前沿的技術在很多國家都還面臨著許多技術瓶頸、應用困境和盈利問題。但是在德國，2013年就已經建成了第一個商業化的風電制氫多能互補項目——h2-herten。

 

德國黑爾滕市風電制氫多能互補項目 來源：h2herten

 

以上就是這個項目的其中一個氫能應用點的照片，這是一個以氫氣為主要媒介的多能互補系統，附近1.2公里外的風電場每天能夠供應該地3000平方米辦公室和科研場所的用能需求，以及本地氫燃料汽車和公交車的運行。

 

照片的背景中可以清晰地看到一個煤礦的舊址，這個名為Ewald的煤礦歷史上曾經一度為歐洲最大的煤礦，周圍生活著6萬居民。這個地區曾因為煤炭資源豐富而興起，也因為煤電的沒落而失去榮光。這個項目讓該地區重新煥發了活力，不僅能夠享受到便宜清潔的能源，還因為這個試點而得到了全世界的關注。

 

 

為了讓靠天吃飯的風電能夠滿足地區供電的可靠性要求，該項目的核心為將多余的風電用于電解生產氫氣，氫氣能夠很好地被儲存起來，在缺電的時候通過燃料電池重新轉化為電力。這個流程被定義為：以氫能為基礎的能源補充系統（HECS），其基礎框架如下：

 

 

這個項目的HECS設備能夠提供每年250兆瓦時的電力和將近6500千克的氫氣。，一部分氫氣通過燃料電池為附近的一個辦公建筑提供足夠的電力，這棟建筑中午的峰值負荷能夠達到50KW，全年用電量在250兆瓦左右。為了能夠制定出最優的風電充放電策略，該系統配備了一套風力發電預測系統和負荷預測系統，一個通過該系統計算出的6天風電發電功率和負荷的如下：

 

如果不加任何的儲能系統，多余的風電都要被放棄掉，在無風或者少風的時候甚至會照成缺電的現象，正午在用電高峰的時候風電功率反而較低，以上6天在不加HECS系統情況下的情況如下圖：

 

 

在整合了HECS系統后，通過一個優化系統，風電就能夠保證實時的電力供應。燃料電池的反應速度能夠滿足系統的需求，也保證了供電的可靠性。下圖為真實運行中的情況：

 

 

可見在風電不足的時候，HECS系統能夠及時響應滿足負荷需求。該項目在2013年5月29日開始運行，至今運行良好，盡管這個系統連接了大電網保障這棟辦公建筑的電力在極端情況下的電力供應，至今也幾乎沒有使用過大電網的電力。

 

這個項目充分證明了，微電網內部通過整合氫能轉化設備后自給自足的可能性，多能互補的核心在于通過其他能源形式彌補電力不可大規模儲存的缺點，又通過電力的靈活性和便于傳輸的特性與其他能源形成了優勢互補。在未來的能源系統中，我們將會看到更多不同的能源網絡交織在一起，這個堅強而靈活的能源網才是解決可再生能源高比例應用的關鍵。