【儀表網 研發快訊】隨著全球對減少溫室氣體排放的日益重視，氫氣作為清潔能源的角色愈加突出，特別是在化學工業中具有廣泛的應用前景。化學工業對氫氣的需求通常要求連續穩定的供應，然而光伏系統產生的電力具有間歇性和不穩定性的特點，受天氣條件和日夜變化影響較大，這使得直接利用光伏電力進行氫氣生產難以實現連續和穩定的供應。因此，如何在保證生產穩定性的同時優化能源利用效率、降低氫氣生產成本，成為當前可再生能源氫氣應用于化學工業的重要課題。
針對以上問題，中國科學院上海高等研究院(以下簡稱“上海高研院”)唐志永研究員和陳倩倩副研究員所帶領的工程科學團隊，以時序穩定輸出的氫氣為主要負荷，設計了完全離網和超輕并網場景下的光伏制氫系統的運行策略，并以氫氣成本的最小化為目標，利用網格搜索算法對每種場景下的系統容量配置進行了優化。并基于優化結果，深入分析了不同制氫系統的能源流、成本效益和全生命周期的環境影響。研究成果以“Strategy-based optimization and life cycle environmental impact assessment of a stable photovoltaic power-to-hydrogen system”為題近日發表在能源環境領域期刊Energy Conversion and Management。論文第一作者為上海高研院博士研究生顧宇。
結果表明，基于100噸/天的光伏制氫系統，完全離網場景下，其優化后的氫氣平準化成本為35.3元/kgH2；超輕并網場景下，其優化后的氫氣成本為26.8元/kgH2，在考慮進一步出售多余的電力，氫氣成本可降至24.2元/kgH2。在環境影響方面，完全離網場景下，光伏制氫系統的生命周期溫室氣體排放量為5.98kgCO2e/kgH2; 而在超輕并網場景下，其溫室氣體排放量可降至最低 5.28kgCO2e/kgH2。綜合比較，在超輕并網并出售電力的場景下，其全球變暖潛能(GWP)和氫氣平準化成本分別比完全離網制氫系統低12%和31%。表明采用超輕并網制氫的生產模式可以有效平衡系統的可靠性、環境影響和經濟效益，或可考慮其作為中國規模化可再生氫生產在近期至中期的過渡路徑。
(a)光伏制氫系統 (b)制氫系統優化策略(c)制氫系統生命周期排放邊界
該工作獲得了科技部重點研發計劃、殼牌前瞻科學項目和國家自然科學基金等多個項目的資助。
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