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《利用绿色氢的技术障碍:电力系统的观点》

  • 来源专题：可再生能源
  • 编译者： pengh
  • 发布时间：2020-10-20

  • 从可再生能源中提取绿色氢是能源行业的一个新概念。氢气作为一种能源载体，能够很好地促进不同能源部门之间的强耦合，以及可再生能源的整合。本文探讨了在给定的电力系统中可能限制可产氢量的全系统技术因素。提出了一个非线性规划公式来量化电压安全约束、电氢设施的位置和规模，以及风穿透水平对可采收的绿色氢的影响。该框架的适用性已在IEEE 39总线系统上得到验证。

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相关报告

  • 《利用核能生产绿色氢》
    • 来源专题：可再生能源
    • 编译者：pengh
    • 发布时间：2020-05-18
    • 美国20%的电力来自核能。这种能源经常遭到诋毁，它不产生碳排放，而且与其他任何发电站相比，它的容量系数最高，在92%的时间里产生能源。 对探索核制氢的可能性和益处的支持不断增加，兴趣也越来越大。利用核电站产生的电和热可以生产低成本的高温电解氢(HTE)。这些电解系统利用核电站产生的热量和蒸汽，比传统电解需要的电力少得多。 美国能源部核氢计划 核制氢并不是最近才发展起来的。美国能源部(DOE)的核能办公室在2003年建立了核氢计划(NHI)，以建立一个创新的混合能源系统，以改进制氢技术。 核能办公室也在进行热化学水分解循环(TC)研究，通过长期技术生产氢。TC利用核能或太阳能的余热通过水分解生产氢，温室气体排放量低至零。 NHI的另一项举措是反应器/制氢过程接口，该接口指导爱达荷州国家实验室(INL)的高温生产工厂的开发。该项目于2004年开始实施，根据美国能源部的氢计划制定了界面进展，以观察大规模生产，并确定必须解决哪些技术障碍，以确保氢的大规模生产，同时运行成本低于HTE。到目前为止，已经取得的一些成果包括:识别出与1000°C以下的温度兼容的金属和合金;建立核制氢系统测试的就绪评估系统;以及对暴露在高温下的材料进行腐蚀测试，以确定其电阻。这些激动人心的发现为潜在的大规模氢生产带来了乐观的结果。 美国能源部先进反应堆开发项目 2019年9月，美国能源部拨款1520万美元，用于美国先进核技术项目，该项目隶属于核能先进反应堆开发项目办公室(Office of nuclear Energy advanced Reactor Development Project)。随着更廉价的天然气和可再生能源充斥电力市场，政府指定了三条途径为提高核电部门的长期竞争力提供资金。 其中一个途径涉及到FirstEnergy Solutions (FES)、Xcel Energy和Arizona Public Service (APS)三家核电站的制氢。通过能源部的资助，示威将在FES在俄亥俄州的Davis-Besse工厂、APS在亚利桑那州的Palo Verde工厂和明尼苏达州的Xcel核电站举行。这些项目旨在提高核能生产的氢气产量，生产供国内使用和出口到国际市场的“绿色”产品。 其中一个项目，LWR(轻水反应堆)集成能源系统接口技术开发和示范项目，将在俄亥俄州奥克港的戴维斯-贝斯核电站引入一个电解装置。 根据国会女议员Marcy Kaptur (OH-09),代表的地区和众议院拨款委员会主席能源和水资源开发、美国能源部资助将提供“…一个重要的角色在提高认定的生产能力可用能源的方式更经济的可持续发展,有更多的工业用途,并使认定经济长期竞争力。” 美国能源部H2@Scale项目 除了核能办公室，能源部的能源效率和可再生能源办公室(EERE)也在通过H2@Scale项目推进核能制氢。H2@Scale促进氢生产、运输、储存和利用的研究和开发项目，以增加能源部门的收入机会。该计划作为一个框架，通过政府共同资助的项目，加速可应用的氢技术的早期研究、开发和示范，使实验室和工业共同工作。 H2@Scale旗下的一个项目涉及FCHEA成员Nel Hydrogen U.S.及其与Exelon公用事业公司的合作。这一合作计划将展示一座核电站的制氢设施，以便在有组织的电力市场和内部氢供应中发挥积极作用。 核氢的国际发展 在美国之外，国际原子能机构(IAEA)开发了氢经济评估计划(HEEP)，作为氢生产的评估软件工具。该软件评估了四个最重要的制氢过程:高温和低温电解、包括S-I过程在内的热化学过程、常规电解和蒸汽重整，用于评估利用核能进行大规模制氢的经济性。 国际上对核能制氢的兴趣也在增长。法国电力公司(EDF)有意在英国利用核电站大规模生产氢气。这家法国公司正寻求利用核能发电为电解装置提供动力，以生产氢气，以满足日益增长的氢气需求。通过EDF-led制氢到Heysham (H2H)财团，EDF展示了在英国兰开夏郡核电站通过电解设备生产清洁氢的技术可行性。 对核制氢的研究加强了全世界建立清洁能源途径以生产既经济有效又环境安全的氢的努力。
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  • 《以低碳数字技术打造“未来电网”，助力绿色、智慧、高效新型电力系统构建》
    • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2023-07-04
    • 根据世界气象组织（WMO）发布的最新报告，未来五年全球气温可能会升至历史新高，并很有可能短暂突破《巴黎协定》中制定的全球升温关键指标之一——1.5摄氏度阈值。迫在眉睫的气候问题，让全世界正面临百年未有之变局，进而引发以能源革命为代表的巨大变革。脱碳，并且以更快速度完成碳中和乃至净零排放，成为各国的当务之急。 有数据统计，我国二氧化碳排放总量的80%以上来自能源活动。因此，降低能源活动的碳排放量是我国实现“双碳”目标的核心关键。但是，由于我国能源对外依存度较高，在大力发展可再生能源的过程中，如何保障能源安全同样事关重大。为此，我国提出了构建以新能源为主体的新型电力系统，以促进能源行业的高质量发展，并有效缓解能源绿色、安全、经济的“不可能三角”矛盾。 为此，国家能源局近日发布了《新型电力系统发展蓝皮书》，描绘了以“锚定一个基本目标，聚焦一条主线引领，加强四大体系建设，强化三维创新支撑”为主的总体架构。从中不难发现，能源体系与数字技术的融合应用，能源数字化的升级迭代，将成为新型电力系统建设与完善的重要支撑。 亮相2023国际数字能源展 以“未来电网”驱动零碳未来 近期，由深圳市政府联合南方电网联合举办的2023国际数字能源展成功举办，通过聚焦构建新型电力系统全产业链条、打造新型电力系统多场景示范、关注数字能源领域全球前沿技术和实践等主题内容，为我国构建以新型电力系统为主体的数字能源生态体系，开创新发展格局提供了诸多有益思考与见解。 施耐德电气亮相2023国际数字能源展 作为全球能源管理和自动化领域数字化转型的专家，施耐德电气此次盛装出席，不但全面展示了面向“未来电网”的覆盖项目全生命周期的创新解决方案，还结合观点鲜明，干货满满的主题演讲，深入阐释了施耐德电气将充分发挥能源管理及数字化技术领域专长，并携手更多合作伙伴，以创新与协作，全面支持能源产业高质量发展，助力中国新型电力系统与新型能源体系建设的初衷。 对此，施耐德电气全球副总裁 Mario Haim 博士在现场表示：“在气候变化和能源转型的大背景下，能源系统正在发生深刻变化。施耐德电气认为，电力是最高效的能源形式，也是实现脱碳的最佳载体，而当其与数字化技术融合应用，将在供电侧与用电侧的协调优化方面发挥重要作用，如促进清洁能源并网消纳、优化能源产消、加强供需两端统筹协调等，而这也正是中国新型电力系统加速构建所需要的，即用更绿色的能源发电，用更智慧的手段配电，用更高效的方式用电。” 施耐德电气全球副总裁 Mario Haim 博士出席并发表致辞 “施耐德电气作为全球能源管理和自动化领域数字化转型的专家，在能源管理及数字化技术应用方面积累了丰富的经验，依托EcoStruxure架构与平台，我们得以将电气化与数字化融合，进而打造覆盖全生命周期的‘未来电网’解决方案，助力‘源网荷储’各个环节的协调互动，加速新型电力系统构建，从而有效提升新能源的消纳能力、实现电网的安全高效、及负荷的可控可调等，助推可持续发展。” 低碳驱动，数字赋能，献计新型电力系统建设 正如Mario Haim 博士所言，新型电力系统的构建与应用重在应对供电侧与用电侧双端面临的挑战。一方面，新能源接入比例持续提升，并逐步将成为系统装机和发电量结构的主体电源；另一方面，电能在消费侧占比正持续提升，并势必成为未来消费的主体。然而，由于新能源的波动性，以及越来越多新负荷场景的不可控性，电网需要极大提高弹性、灵活性和互联互济的能力，起到敏捷可靠配置资源的作用。此外，新型电力系统并不是一个全新系统，而是对现有电力系统的升级，因而要在满足提高供电连续性、电能质量、运维效率、降低全生命周期成本需求的同时，兼顾新能源和新型负荷的接入需求，以支撑“双碳”目标落地。 施耐德电气认为，新型电力系统的特点对配网的质量与功能等方面提出了更高要求，未来更多变化与创新应用也将更大程度聚焦于这一领域。低碳和数字化是未来电力系统建设的两大“支柱”，低碳技术能够驱动并加速能源绿色转型升级，数字技术则可以赋能并提高供电服务能力，从而更有效地发挥“未来电网”在灵活、弹性及可持续等方面的多重优势。 在低碳转型方面，施耐德电气既是践行者，也是赋能者。施耐德电气是RE100成员，并计划2025年完成运营层面的碳中和。此外，施耐德电气去年还发起了“减碳大师”计划，携手更多客户及合作伙伴，打造更广泛的绿色生态圈，促进产业链整体减碳。在此基础上，施耐德电气的绿色产品和解决方案所创造的营收目前已占到总收入的70%以上，并且对于环境友好型产品的研发创新脚步也在持续加速。 在本届展会上，施耐德电气展示了多款绿色低碳产品与方案，其中包括无六氟化硫（SF6-Free）环保中压开关设备，通过使用干燥空气代替六氟化硫气体作为绝缘气体，结合并联真空开断技术，该系列设备能够更加安全、可持续地利用数字化技术解锁数据价值，并有效控制碳排放和成本效益；ComPacT NSX HB3 1150V交流塑壳断路器以及 Acti9 DC系列微型断路器在内的系列产品，则面向光伏储能场景，可满足多电流场景应用，能够提高发电环节的可靠性与承载力，减少人工运维成本，打造更绿色低碳的光伏储能解决方案；此外，直流系统 DC Systems则可提供“光储直柔”完整解决方案，利用先进电力电子技术和弹性的直流控制模式，有效控制建筑周边的光伏发电、电池储能功率调节、直流配电保护、柔性负荷控制，实现建筑的减碳目标。 结合绿色低碳产品设备，及碳中和可持续咨询服务，施耐德电气能够为客户定制环境友好型园区解决方案，帮助企业制定可持续发展的管理体系和落地路径，并可通过主动的楼宇能效管理、微网系统、绿电使用等助力客户提升能效，优化新能源使用效率，并推动园区整体实现净零排放。在此方面，施耐德电气携手国网无锡供电公司、国网无锡综合能源公司通过综合能源利用和管理，实现对资源消耗的持续监测与能源系统的大幅优化，最终达成100%绿电消费，工厂运营阶段平均度电成本降低7%，减少基础设施投资500万元，年生产效率提升14%，年减少碳排放2398公吨，年功耗降低721MWh，成就了“无锡零碳灯塔制造示范园”，为促进用户侧综合能源利用与可持续发展树立了标杆。 无锡零碳灯塔制造示范园 在数字赋能方面，施耐德电气创建了从设计、建造到运营维护的数字化工具组合。一方面，施耐德电气可以通过利用数据集成中心，将客户相关数据进行统一集成和分析，且兼容外部系统，以完成前期设计和系统集成环节，并利用软件组合，帮助企业提高运营效率；另一方面，施耐德电气还能够借助传感技术和通信技术实现设备状态连续性监测，通过边缘计算实现站室级的信息汇集和分析，并结合数字孪生的3D可视化技术，实现站室可视化监测，状态预警，并提供运维辅助建议及虚拟现实培训，从而解决有限的运维资源与快速增长的电力设备之间的矛盾，有效提升运维效率。 展会中，施耐德电气带来了全新升级的ETAP一体化数字孪生平台，通过对能源管理和工程方案系列软件的深度整合，该平台可为电气系统从设计、建造、运营到维护的全生命周期搭建虚拟模型并提供全面分析，并可提供新能源消纳解决方案的设计及系统工程交付，保障电力系统在新能源接入前后的安全稳定，激发新能源应用的潜在价值；全新一代EvoPacT HVX中压智能真空断路器，除了绿色低碳、性能更优等特点，还通过非侵入式数字原生设计，搭载了包括配柜监测、真空灭弧室监测、机械特性监测、动态温升监测、二次元件监测、剩余电寿命监测等智能方案，让用户随时随地对设备各项状态轻松掌控。在此基础上，结合MPS配电咨询、EcoFit适配改造等多种服务，施耐德电气能够进一步帮助客户在全生命周期保障电气资产安全运营、持续优化与延寿焕新。 依托完整的数字化解决方案，施耐德电气与合作伙伴携手，成功为某新区打造了新一代配电物联网。目前，该区域公网侧开关设备已全部更新为环保气体绝缘设备，并内置有气体压力、测温、局放、机械特性等状态监测传感器。同时，区域内包括开关站、配电网、管廊、电缆等环节产生的数据也均可以通过辐控系统，及施耐德电气的状态分析软件，以APP模块的形式部署到客户的数字孪生后台，从而实现对各类设备状态的监测及数据分析，并据此相应提出设备的状态评价结果，给出改善建议，以全透明、全在线的方式辅助运维，并切实保障用户的信息数据安全。 通过对低碳及数字化产品方案的不断创新，以及更广泛生态的建立与协作，施耐德电气如今正帮助全球超过300亿欧元的资产进行能源管理，并有望到2025年助力客户减少8亿吨二氧化碳的排放。在中国，施耐德电气同样致力于不断完善和丰富自身能力，以及积极的实践与合作，赋能我国能源电力领域可持续发展。未来，施耐德电气期待通过更多低碳和数字化的解决方案以及咨询服务，深入参与到新型电力系统的建设工作中，与中国伙伴一同打造绿色、智能的“未来电网”，推动双碳目标的稳步落实。
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