摘要:本文建设能源互联网是解决我国严峻能源环境问题的关键手段。电转气技术实现了能量从电力系统向天然气系统的传输及能量的大规模、长时间存储，为能源互联网中可再生能源的消纳提供了新的思路。在此背景下，首先分析电转气技术的原理，研究电转气技术在能源互联网中的应用，对比分析电转气技术与其它储能技术的优劣。

    社会对能源（电、热、冷、气等）的需求是多样的，不同能源的需求变化影响能源的供应平衡，通过多能藕合可提高多种能源的利用效率。能源互联网以可再生能源为主要一次能源，由电力系统、天然气网络、交通系统和信息网络等紧密藕合构成，能量可在电能、化学能、热能等多种形式间相互转化。
    随着可再生能源装机容量占比的提高，其波动性、间歇性对电网运行的影响日益显著。为保证电网的安全稳定运行，“弃风”、“弃光”现象普遍存在。虽然大容量储能技术有助于解决可再生能源的并网问题，保障电网安全稳定运行，但是现有的储能系统难以满足新能源消纳的需要。而电转气技术（Power-to-gas、 P2G）是新型储能技术，实现了能量从电力系统向天然气系统的传输，利用现有的天然气网络实现能量的大规模、长时间存储，加强了电力系统与天然气系统的祸合。本文首先分析了能源互联网的框架和电转气技术的原理，在此基础上研究电转气技术在能源互联网中的应用，分析了电转气的多种联产方案，最后对比分析电转气技术与其它储能技术在容量、效率、成本等方面的优劣。

    1 电转气技术原理
    电转气技术包括电转氢气和电转甲烷两类。前者的化学反应原理为电解水反应；后者的化学反应原理包括电解水反应和甲烷化反应。
    1.1电解水反应
    电解水反应是通过电解水产生氢气和氧气。电解水制氢过程是一种能量转换的过程，即将一次能源转换为能源载体氢能的过程。电解水制氢方法主要有碱性电解水制氢、固体聚合物电解水制氢、高温固体氧化物电解水制氢。碱性电解水制氢是技术最成熟、成本低的大规模制氢方法，H2和O2的纯度一般可达99. 9%；固体聚合物电解水制氢成本较高、制氢规模较小，H2和O2的纯度在99.99％以上；高温固体氧化物电解水制氢工作温度约为800～950℃，高温在提高电解效率的同时也限制了电解池关键材料的选择。目前电解水反应的效率约为56％～73 %。
    1.2甲烷化反应
    CO2催化加氢甲烷化反应是CO2循环再利用的有效途径之一，主反应产物为CH4和H2O，副反应产物有CO2C、CO2、C 2H6、Cx Hy、O2等。
    甲烷化反应为放热反应，从热力学角度，高温下CO2甲烷化反应受热力学平衡的制约，低温更有利于反应的正向进行；从动力学角度看，低温CO2甲烷化反应具有低的反应速度。由此可知，实现低温CO2甲烷化的关键是高活性催化剂。CO2甲烷化反应催化剂主要以VIII B族金属（如Ni、 Co、 Rh、 Ru和Pd等）为活性组分的负载型催化剂。目前，甲烷化反应的效率约为75%～80%。
    1.3电转氢气和电转甲烷的比较
    电转氢气仅进行电解水反应，反应效率约为56％～73％，避免了甲烷化反应的能量损失，同时削减了甲烷化反应相关的基础建设费用。但氢气注人到现有天然气管道会引起管材方面的风险（氢脆和渗透），故存在一定的限制。目前，天然气管道混合气中氢气的最大允许体积分数约为10%～15%，燃气轮机的燃料中氢气的最大允许体积分数约为5％。
    电转甲烷包括电解水反应和甲烷化反应两步，效率约为42%～58%，效率比电转氢气低。甲烷可直接注人现有的天然气管道和储存装置，从而实现能量的远距离传输和大规模存储。本文介绍的电转气技术特指电转甲烷技术。

[1] [2] [3]  下一页