氫儲能如何破解“棄風棄光”頑疾

氫儲能，是近兩年受德國等歐洲國家氫能綜合利用後提出的新概念。“十二五”以前沒有立項，支持項目也是以製氫、發電
、儲氫等過程單獨資助的，但“十三五”qijiangaigainianyijinglieruguojiadianwanggongsiguihua。qingchunengjishubeirenweishizhinengdianwanghekezaishengnengyuanfadianguimohuafazhandezhongyaozhicheng，bingriquchengweiduogeguojianengyuankejichuangxinhechanyezhichidejiaodian。

大力發展氫儲能技術
，重點突破電氫兩種能量載體之間的高效轉化

、低成本大規模存儲和綜合高效利用等關鍵技術，解決新能源波動性製氫

、電網與管網絡互連互通和協調控製等關鍵技術，實現能源網絡化大規模存儲，實現高效率、低成本的儲能技術規模化應用。為構建配置能力強、安全可靠性高
、綠色低碳的全球能源互聯網提供技術支撐。

解決“棄風”、“棄光”問題的新思路

隨著我國可再生能源發電比例的快速增大（據國家發展改革委能源研究所最新預測：2030年中國電力結構中可再生能源發電比例將從2015年的24%擴大到53%），同時也存在發電和負荷中心在地理上的布局不均（風能陸上資源的80%-90%在“三北”地區，太陽能資源好的地方也在西部和北部
，而用能中心位於中、東部），考慮到日益緊迫的環保壓力和化石能源束縛，這些都迫使我國將目光聚焦到可再生能源的產生
、存儲和消納上，2014年初
，李克強總理考察了德國氫能混合發電項目，特別指示國內相關部門組織實施氫能利用示範項目。

國家能源局已指示河北
、吉林省加快可再生能源製氫示範工作
，將氫儲能列為解決“棄風”、“棄光”問題的新思路。2015年初的兩個月內，國家能源局再次連續下發與風電的消納有關通知（《國家能源局關於做好2015年度風電並網消納有關工作的通知》、《國家能源局關於在京開展可再生能源清潔供熱示範有關要求的通知》
、《國家能源局綜合司關於進一步做好可再生能源發展“十三五”規劃編製工作的指導意見》），可再生能源消納工作迫在眉睫。

為wei此ci
，國guo家jia電dian網wang公gong司si也ye已yi開kai展zhan氫qing儲chu能neng關guan鍵jian技ji術shu及ji其qi在zai新xin能neng源yuan接jie入ru中zhong的de應ying用yong前qian期qi研yan究jiu，積ji極ji建jian設she氫qing儲chu能neng係xi統tong實shi驗yan研yan究jiu平ping台tai
，突tu破po波bo動dong性xing新xin能neng源yuan電dian解jie製zhi氫qing技ji術shu的de適shi應ying性xing問wen題ti，具ju備bei氫qing儲chu能neng係xi統tong效xiao率lv測ce試shi能neng力li，為wei日ri後hou大da規gui模mo可ke再zai生sheng能neng源yuan製zhi氫qing的de關guan鍵jian技ji術shu研yan究jiu及ji應ying用yong提ti供gong理li論lun基ji礎chu。

氫(qing)儲(chu)能(neng)可(ke)看(kan)作(zuo)是(shi)一(yi)種(zhong)化(hua)學(xue)儲(chu)能(neng)的(de)延(yan)伸(shen)，其(qi)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)就(jiu)是(shi)將(jiang)水(shui)電(dian)解(jie)得(de)到(dao)氫(qing)氣(qi)和(he)氧(yang)氣(qi)。以(yi)風(feng)電(dian)製(zhi)氫(qing)儲(chu)能(neng)技(ji)術(shu)為(wei)例(li)，其(qi)核(he)心(xin)思(si)想(xiang)是(shi)當(dang)風(feng)電(dian)充(chong)足(zu)但(dan)無(wu)法(fa)上(shang)網(wang)、需要棄風時，利用風電將水電解製成氫氣（和氧氣）
，將氫氣儲存起來；當需要電能時

，將儲存的氫氣通過不同方式（內燃機、燃料電池或其他方式）轉換為電能輸送上網。

通常所指的氫儲能係統是電-氫-電的循環
，且不同於常規的鋰電池、鉛酸電池。其前端的電解水環節，多以功率（kW）計算容量，代表著氫儲能係統的“充電”功率；後端的燃料電池環節
，也以功率（kW）計算容量，代表著氫儲能係統的“放電”功率；中間的儲氫環節，多以氫氣的體積（標準立方米Nm3）計算容量，如換算成電能容量，1Nm3氫氣大約可產生1.25kWh電能，儲氫環節的容量大小決定了氫儲能係統可持續“充電”或“放電”的時長，所以如果想增加電能的儲存容量，加大儲氫罐的體積或壓力即可。如果將氫儲能技術用於儲能領域（如圖1）。

理論上能夠存儲多少氫氣/合成氣/合成油就能儲存多大規模的能量，是僅有的能夠儲存百GWh以上且可維持幾周供電的能量儲備技術方式
，具有廣闊的發展潛力和應用前景，需從資源開發的角度

，加大開發和利用。

歐、美
、日都製定了氫能發展戰略和詳細的計劃

目前歐、美、日ri等deng都dou製zhi定ding了le氫qing能neng發fa展zhan戰zhan略lve和he詳xiang細xi的de計ji劃hua
，並bing在zai迅xun速su而er有you步bu驟zhou地di推tui進jin，已yi經jing取qu得de了le積ji極ji成cheng果guo。歐ou盟meng目mu前qian的de可ke再zai生sheng能neng源yuan發fa電dian發fa展zhan較jiao快kuai，歐ou盟meng計ji劃hua在zai2020年、2030年、2040年、2050年可再生能源發電占總電力的比例分別達到35%、50%
、65%、80%，並在2060年最終完全實現不依賴化石能源的可持續發展。

而實現不依賴化石能源的可持續發展這一目標的其中重要一環就是實現Power-to-Gas（P2G）技術路線，即把可再生能源以氫氣或甲烷等方式大規模儲存起來並加以應用。根據德國製定的《氫能與燃料電池計劃》中的“氫的生產和配送”部分分析，德國目前的發展進度已經大大提前
，原定2020年開始的計劃現在就已經初露端倪。

德國一些大型能源電力公司，如EON和ENERTRAG等都在政府的宏觀指導和具體支持下積極實施P2G項(xiang)目(mu)，以(yi)期(qi)最(zui)終(zhong)實(shi)現(xian)利(li)用(yong)風(feng)能(neng)等(deng)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)的(de)大(da)規(gui)模(mo)製(zhi)氫(qing)
，這(zhe)將(jiang)是(shi)今(jin)後(hou)大(da)規(gui)模(mo)利(li)用(yong)風(feng)能(neng)最(zui)有(you)前(qian)景(jing)的(de)技(ji)術(shu)路(lu)線(xian)之(zhi)一(yi)。下(xia)一(yi)步(bu)德(de)國(guo)計(ji)劃(hua)開(kai)展(zhan)更(geng)大(da)規(gui)模(mo)的(de)20-50MW風力發電製氫的P2G示範項目，為未來的氫能源經濟培育基礎。

日本可能是世界上最接近氫社會的國家。這並不單單是因為燃料電池汽車（FCV）的產業化，而是因為全世界燃料電池進入千家萬戶的國家隻有日本。2009年，家用燃料電池“ENE-FARM”的上市在全球開了先河。這種電池利用煤氣和煤油提取氫氣，注入燃料電池中發電。

發電時產生的廢熱用來燒水
、泡澡和地暖使用，能源效率超過9成。ENEFARM的主機由鬆下和東芝製造
，通過東京瓦斯、大阪燃氣、吉坤日礦日石能源等公司銷售。東日本大地震發生後
，受到電力短缺的推動，以首都圈為中心，其銷量一路攀升。截至2015年1月底，鬆下在日本全國已累計出貨約5.2萬台ENE-FARM。

目前國內僅有四所35MPa加氫站

zaiqingchunengxitongshifanyingyongfangmian，woguoganggangkaizhanxiangguanjianshe，zaiqingchunengxitongguanjianjishuhuanjiedeqingranliaodianchihejiaqingzhanfangmianyoushifangongchengjianshe，zhuyaoyongyushifanxinnengyuanqichehefenbushidianyuan。rumuqianguoneijinyousisuo35MPa加氫站，分別位於北京、上海

、河南鄭州和廣東
，而70MPa加氫站正在大連建設當中。

現階段風電耦合項目發展主要有三項：

一是中國節能環保集團公司於2014年4月啟動了國家863項目“風電直接製氫及燃料電池發電係統技術研究與示範”，該項目在中節能風電公司張北分公司建設風電場，製氫功率為100kW，燃料電池發電為30kW；

二是中德合作的示範項目，由河北建投新能源有限公司投資，聯合德國McPhy
、Encon等公司
，在河北沽源投建10MW電解水製氫係統

，配合200MW風電場製氫，該項目已於2015年4月開工建設
，項目建成後，可形成年製氫1752萬標準立方米的生產能力，成為我國目前最大的風電製氫示範項目；

三是金風科技在吉林獲批的風電裝機100MW，氫儲能容量10MW的項目。

國家電網公司也開展了相關項目的立項和研究，如國網上海市電力公司於2009年承擔了“風光電結合海水製氫技術前期研究”項目，對風電

、光電製氫提出了多種應用方案，並以東海風電場為例，開展了風、光電製氫的綜合效益評價
；國網智能電網研究院也於2014年10月啟動了“氫儲能關鍵技術及其在新能源接入中的應用研究”，初步具備氫儲能係統試驗能力。

解決能源資源危機和環境危機的最佳途徑

　隨著可再生能源的飛速發展，開拓消納市場已趨緊迫，如不斷增長的裝機容量已給風電消納帶來持續壓力
，從中電聯獲悉
，截至2015年2月底
，並網風電裝機容量首次突破1億千瓦，達到10004萬千瓦，繼續穩居我國第三大發電類型和世界風電裝機首位。全國31個省份均有並網風電場
，其中內蒙古、甘肅並網風電裝機容量分別達到2125萬千瓦和1053萬千瓦
，河北、新疆、山東和遼寧超過500萬千瓦。

對國網遼寧省電力公司、國網甘肅省電力公司而言，有待采用高效的SPE電解路線，瞄準規模化製氫方向，積極開拓風電消納市場

，將富餘的風電、光伏dengbodongxingxinnengyuantongguogaoxiaodianjiezhiqingdefangshizhuanhuanchengqingqicunchuqilai，zhijietongguoranliaodianchifadianweifuhegongdian
，huojiangqingqishusongzhifujindehuagongqiye，jinruqingchanyelian
，huoshengchenghechengranliao，junkeyouxiaojiejuebodongxingxinnengyuandexiaonawenti。

偏遠地區或海島的自然資源，如風能

、太陽能等一般較為豐富，但電力供應不足。通過高效清潔的SPE電解製氫技術製取高純氫氣，並存儲起來；在可再生能源發電不足時，通過氫燃料電池發電為負載供電，形成一套微電網係統，實現偏遠地區的獨立供電。

全球能源互聯網將形成以清潔能源為主導、以電為中心的格局，能源轉化和利用將麵向高效化

、低碳化發展。氫能是一種柔性的“綠色”能源載體，可以一次性獲得並可以長期儲存，可以通過氫能燃料電池的技術整合成為電、熱

、氣qi網wang一yi體ti化hua的de結jie合he點dian，是shi大da規gui模mo消xiao納na新xin能neng源yuan
，實shi現xian電dian網wang和he氣qi網wang互hu聯lian互hu通tong的de重zhong要yao手shou段duan，被bei認ren為wei是shi同tong時shi解jie決jue能neng源yuan資zi源yuan危wei機ji和he環huan境jing危wei機ji的de最zui佳jia途tu徑jing。與yu之zhi相xiang關guan的de氫qing儲chu能neng技ji術shu將jiang成cheng為wei國guo內nei外wai大da型xing能neng源yuan公gong司si重zhong點dian發fa展zhan的de戰zhan略lve性xing儲chu備bei技ji術shu
，逐zhu步bu實shi現xian規gui模mo化hua應ying用yong。預yu計ji在zai2020年全球氫總儲量達到1億m3
，功率總量達100MW，2030年全球氫總儲量達到400億m3
，功率總量達10萬MW，2050年時全球氫能實現真正普及。

jiyuqingchunengjishudefazhan，dianwangbenshendejiaosekeyikaoqingnengdejiedianzuoyongshixiancongdiannenggongyingshangdaoquanqiunengyuangongyingshangdezhuanbianyutisheng

，zhuyaoguanlinengyuanjiekou。