P2G電轉(zhuǎn)氣多能互補系統(tǒng)的儲能需求

　　在過去的十多年，可再生能源電力快速增長，其中又以風(fēng)力發(fā)電和光伏為主，在可預(yù)測的將來，這種趨勢還將持續(xù)。然而，由于可再生能源的波動性，如何應(yīng)對大比例可再生能源及多種電力能源供應(yīng)(海上及陸上風(fēng)電、光伏、水電、生物質(zhì)發(fā)電及傳統(tǒng)電廠等)有機結(jié)合?通常有以下幾種方式將多余能量儲存：1)電能(超導(dǎo)電力存儲)，2)機械能(壓縮空氣儲能、抽水蓄能、飛輪儲能等)，3)熱能(相變蓄熱、化學(xué)蓄熱、顯熱蓄熱等)，4)化學(xué)能(超級電容、電池儲能、P2G、P2L等)。以上技術(shù)在工作原理、能量存儲量、響應(yīng)時間、效率及運行要求等方面各有千秋，分別可應(yīng)用于不同的場景。

　　P2G(Power to Gas，電轉(zhuǎn)氣)包括(P2H，(Power to Hydrogen，電制氫)及P2M(Power to Methane，可再生天然氣)等，其中，可再生天然氣(P2M)是利用水和CO2將電能(尤其是由于可再生能源的波動性，周期性及即時性導(dǎo)致無法經(jīng)濟存儲的部分)轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的技術(shù)概念，由此將在電網(wǎng)和天然氣管網(wǎng)間搭起一座橋梁，將二者統(tǒng)一聯(lián)系起來，由此，利用現(xiàn)有成熟的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施作為巨大的儲能設(shè)施。同時，由于在整個過程中，CO2只是作為一種能量載體循環(huán)利用，并未額外增加任何排放，屬于零碳排放。

　　P2M通常由水電解、CO2源(電力、工業(yè)、發(fā)酵沼氣等)、及甲烷化裝置組成。當(dāng)可再生電力富余時，利用電解裝置首先將水電解成為氫氣和氧氣，氫氣輸送至甲烷化裝置中和CO2反應(yīng)生成CH4和水，從而實現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)化為CH4的過程，在此過程中生成的天然氣由于源自可再生能源所產(chǎn)生的電力，因此稱其為可再生天然氣。可再生天然氣通過調(diào)壓、過濾和計量等處理后，可直接就近注入當(dāng)?shù)靥烊粴夤芫W(wǎng)，而后通過天然氣管網(wǎng)輸送至千家萬戶。

　　從上世紀(jì)90年代開始，P2H/P2M從概念研究、項目示范及商業(yè)應(yīng)用已有二十多年歷史，從2014年起，逐漸推廣至商業(yè)應(yīng)用，其中以歐洲的德國、丹麥、意大利及法國為主，目前已有超過50個示范項目建成運營，另外，歐盟也設(shè)立宏偉目標(biāo)，到2050年，每年可利用當(dāng)?shù)乜稍偕Y源經(jīng)濟地生產(chǎn)1200億立方米可再生天然氣，大大提高能源自主性與安全性，同時，每年可為歐盟節(jié)約1380億歐元。以位于丹麥哥本哈根郊區(qū)的Avedøre 1 MW BioCat Plant 為例，項目利用污水處理廠的沼氣為CO2來源，1MWh電力可制成200Nm3/h的氫氣，與污水發(fā)酵產(chǎn)生的50Nm3/h CO2以生物催化方式在常溫常壓下合成可再生天然氣50Nm3/h，同時還可對外供熱320kW。當(dāng)然，由于該技術(shù)目前處于商業(yè)化初期，單位可再生天然氣成本(含初投資、運行成本、電力成本等)還是較高，但若考慮CO2減排效益、氧氣及熱力收益后，以及隨著商業(yè)規(guī)?；茝V初投資降低后，可再生天然氣成本預(yù)計在2030年可降低至1.5~2元/m3。

　　P2H/P2M對我國可再生能源利用、高比例可再生能源消納及碳減排等具有重要的現(xiàn)實和戰(zhàn)略意義。據(jù)初步測算，每年的棄風(fēng)棄光棄水電量若用于制成可再生天然氣，可滿足整個上海市全年的天然氣需求，同時每年可減排CO2 2000萬噸以上。