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摘要：發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)改善可再生能源的可調(diào)可控特性，是促進(jìn)可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然選擇。

研究背景

近年來，以光伏技術(shù)為代表的可再生能源發(fā)電技術(shù)在提升效率和降低成本等方面取得了顯著進(jìn)步，而且由于太陽能資源的豐富性、廣泛性和可預(yù)測性等特點(diǎn)，可以預(yù)期可再生能源電力必將成為全球能源系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成，成為改變?nèi)蚰茉锤窬值年P(guān)鍵力量。

然而，由于太陽能等可再生能源的間歇性和波動(dòng)性特點(diǎn)，可再生能源電源的輸出具有不連續(xù)、不穩(wěn)定和不可控特性，其大規(guī)模并網(wǎng)會(huì)給電能質(zhì)量和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來巨大挑戰(zhàn)，成為制約其發(fā)展的主要技術(shù)障礙。

發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)改善可再生能源的可調(diào)可控特性，是促進(jìn)可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然選擇。其中，具有大容量（GW·h級(jí)以上）和長周期（小時(shí)級(jí)以上）特征的儲(chǔ)能技術(shù)能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供大時(shí)間尺度和大容量的能量緩沖作用，適用于平抑發(fā)電功率波動(dòng)、實(shí)現(xiàn)削峰填谷等電力需求，對集中式可再生能源發(fā)電的大量消納和分布式可再生能源發(fā)電的大量接入都具有非常重要的意義。

電轉(zhuǎn)甲烷儲(chǔ)能技術(shù)是通過電解反應(yīng)將水分解成氧氣和氫氣，然后將氫氣和二氧化碳反應(yīng)合成甲烷，以化學(xué)能形式存儲(chǔ)和輸運(yùn)電能的儲(chǔ)能技術(shù)，其不僅在儲(chǔ)能上具有大容量、長周期和低成本等特點(diǎn)，而且可以構(gòu)建電力系統(tǒng)與燃料系統(tǒng)的互通互聯(lián)，并且能夠促進(jìn)CO2的循環(huán)利用助力減緩氣候變化，在未來能源系統(tǒng)中具有大規(guī)模應(yīng)用的潛力。因此，本文系統(tǒng)介紹和分析了電轉(zhuǎn)甲烷儲(chǔ)能技術(shù)的主要技術(shù)環(huán)節(jié)、存在的關(guān)鍵問題和發(fā)展方向，以期凝聚更多發(fā)展共識(shí)。

2主要內(nèi)容

利用電能制備碳?xì)淙剂峡梢酝ㄟ^多條技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)，但比較而言，采用電解水制氫結(jié)合CO2加氫的技術(shù)路線是目前最具經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性的。利用CO2加氫反應(yīng)可制備多種碳?xì)淙剂希渲蠧O2加氫制甲烷的催化劑技術(shù)發(fā)展相對最成熟，由此使電轉(zhuǎn)甲烷儲(chǔ)能技術(shù)成為目前具有實(shí)用潛力的電制碳?xì)淙剂蟽?chǔ)能技術(shù)。

本文全面分析了電轉(zhuǎn)甲烷儲(chǔ)能技術(shù)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，包括：電解水制氫技術(shù)、CO2加氫甲烷化技術(shù)、CO2的來源和捕集技術(shù)等的發(fā)展現(xiàn)狀，并詳細(xì)介紹了目前國際上電轉(zhuǎn)甲烷儲(chǔ)能示范項(xiàng)目的研究進(jìn)展情況，最后對電轉(zhuǎn)甲烷儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

圖1 電轉(zhuǎn)甲烷儲(chǔ)能技術(shù)

圖2 現(xiàn)有電轉(zhuǎn)甲烷儲(chǔ)能示范項(xiàng)目的分布情況

作者介紹

中國科學(xué)院電工研究所多學(xué)科交叉中心可再生能源制燃料研究團(tuán)隊(duì)于2017年組建，主要研究方向?yàn)槔锰柲芗療?、可再生能源電力等方式開展氫、甲烷和甲醇等燃料化學(xué)品的制備，探索新型大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)?，F(xiàn)承擔(dān)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等多個(gè)項(xiàng)目。

閆存極（1979-），男，副研究員，博士，研究方向?yàn)殡姽l件輔助的可再生能源電力制燃料研究，承擔(dān)和完成多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目。E-mail：[email protected]。

李鑫（1975-），男，研究員，博士，研究方向?yàn)樘柲軣岚l(fā)電技術(shù)、太陽能中高溫?zé)崂?、太陽能熱化學(xué)制備燃料等，承擔(dān)和完成國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目。E-mail：[email protected]。

肖立業(yè)（1966-），男，研究員，博士，長期從事電工理論與新技術(shù)的研究，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)技術(shù)、超導(dǎo)與新材料在電力和能源方面的應(yīng)用研究。E-mail：[email protected]。