P2G电转气多能互补系统的储能需求

　　在过去的十多年，可再生能源电力快速增长，其中又以风力发电和光伏为主，在可预测的将来，这种趋势还将持续。然而，由于可再生能源的波动性，如何应对大比例可再生能源及多种电力能源供应(海上及陆上风电、光伏、水电、生物质发电及传统电厂等)有机结合?通常有以下几种方式将多余能量储存：1)电能(超导电力存储)，2)机械能(压缩空气储能、抽水蓄能、飞轮储能等)，3)热能(相变蓄热、化学蓄热、显热蓄热等)，4)化学能(超级电容、电池储能、P2G、P2L等)。以上技术在工作原理、能量存储量、响应时间、效率及运行要求等方面各有千秋，分别可应用于不同的场景。

　　P2G(Power to Gas，电转气)包括(P2H，(Power to Hydrogen，电制氢)及P2M(Power to Methane，可再生天然气)等，其中，可再生天然气(P2M)是利用水和CO2将电能(尤其是由于可再生能源的波动性，周期性及即时性导致无法经济存储的部分)转换为化学能的技术概念，由此将在电网和天然气管网间搭起一座桥梁，将二者统一联系起来，由此，利用现有成熟的天然气基础设施作为巨大的储能设施。同时，由于在整个过程中，CO2只是作为一种能量载体循环利用，并未额外增加任何排放，属于零碳排放。

　　P2M通常由水电解、CO2源(电力、工业、发酵沼气等)、及甲烷化装置组成。当可再生电力富余时，利用电解装置首先将水电解成为氢气和氧气，氢气输送至甲烷化装置中和CO2反应生成CH4和水，从而实现将电能转化为CH4的过程，在此过程中生成的天然气由于源自可再生能源所产生的电力，因此称其为可再生天然气。可再生天然气通过调压、过滤和计量等处理后，可直接就近注入当地天然气管网，而后通过天然气管网输送至千家万户。

　　从上世纪90年代开始，P2H/P2M从概念研究、项目示范及商业应用已有二十多年历史，从2014年起，逐渐推广至商业应用，其中以欧洲的德国、丹麦、意大利及法国为主，目前已有超过50个示范项目建成运营，另外，欧盟也设立宏伟目标，到2050年，每年可利用当地可再生资源经济地生产1200亿立方米可再生天然气，大大提高能源自主性与安全性，同时，每年可为欧盟节约1380亿欧元。以位于丹麦哥本哈根郊区的Avedøre 1 MW BioCat Plant 为例，项目利用污水处理厂的沼气为CO2来源，1MWh电力可制成200Nm3/h的氢气，与污水发酵产生的50Nm3/h CO2以生物催化方式在常温常压下合成可再生天然气50Nm3/h，同时还可对外供热320kW。当然，由于该技术目前处于商业化初期，单位可再生天然气成本(含初投资、运行成本、电力成本等)还是较高，但若考虑CO2减排效益、氧气及热力收益后，以及随着商业规模化推广初投资降低后，可再生天然气成本预计在2030年可降低至1.5~2元/m3。

　　P2H/P2M对我国可再生能源利用、高比例可再生能源消纳及碳减排等具有重要的现实和战略意义。据初步测算，每年的弃风弃光弃水电量若用于制成可再生天然气，可满足整个上海市全年的天然气需求，同时每年可减排CO2 2000万吨以上。