能源儲存方案——風力/太陽能–混合發電/製氫係統方案

在最近幾年，對於可再生能源的開發利用急劇增長。根據美國能源信息管理局的報告（EIA）^[1]，在2013的上半年，可再生能源占美國總能源消耗的9.81%和總能源生產的11.82%
，相比十年前
，其比例約高出了60%。然ran而er，隨sui著zhe可ke再zai生sheng能neng源yuan的de增zeng長chang，其qi價jia值zhi的de爭zheng論lun從cong未wei停ting止zhi。人ren們men主zhu要yao關guan注zhu的de問wen題ti是shi可ke再zai生sheng能neng源yuan發fa電dian並bing網wang後hou是shi否fou能neng夠gou產chan生sheng足zu夠gou的de實shi際ji的de經jing濟ji價jia值zhi。由you於yu大da部bu分fen的de可ke再zai生sheng能neng源yuan，特te別bie是shi風feng能neng和he太tai陽yang能neng，坐zuo落luo在zai人ren口kou較jiao少shao的de地di區qu，遠yuan離li電dian網wang
，導dao致zhi將jiang電dian力li傳chuan給gei用yong戶hu需xu要yao巨ju大da的de費fei用yong。此ci外wai
，太tai陽yang能neng不bu連lian續xu性xing的de自zi然ran特te性xing和he其qi發fa電dian不bu易yi並bing網wang的de特te點dian導dao致zhi了le嚴yan重zhong的de電dian力li閑xian置zhi問wen題ti，這zhe進jin一yi步bu增zeng加jia了le可ke再zai生sheng能neng源yuan發fa電dian的de生sheng產chan成cheng本ben。但dan隨sui著zhe技ji術shu的de發fa展zhan和he電dian網wang的de擴kuo展zhan
，到dao2018年

，發電成本預期將達到風能為0.14美元/kwh
、太陽能為0.08美元/kwh，但這仍然比天然氣（0.06美元/kwh）的售價更昂貴^[1]。評論家甚至認為風力/太陽能發電將產生更多的二氧化碳排放量
，因為發電過程中需要更多的煤來維持電網的穩定性 。

一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)上(shang)他(ta)們(men)可(ke)能(neng)是(shi)對(dui)的(de)，但(dan)這(zhe)並(bing)不(bu)意(yi)味(wei)著(zhe)發(fa)展(zhan)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)是(shi)沒(mei)有(you)意(yi)義(yi)的(de)，因(yin)為(wei)在(zai)存(cun)儲(chu)能(neng)源(yuan)的(de)方(fang)案(an)得(de)到(dao)應(ying)用(yong)後(hou)，現(xian)存(cun)問(wen)題(ti)都(dou)可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)地(di)解(jie)決(jue)。隨(sui)著(zhe)能(neng)源(yuan)存(cun)儲(chu)係(xi)統(tong)的(de)幫(bang)助(zhu)，必(bi)要(yao)時(shi)
，過(guo)多(duo)的(de)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)
，可(ke)以(yi)在(zai)電(dian)力(li)需(xu)求(qiu)低(di)時(shi)保(bao)留(liu)下(xia)來(lai)用(yong)於(yu)用(yong)電(dian)需(xu)求(qiu)高(gao)的(de)時(shi)候(hou)。據(ju)估(gu)計(ji)

，可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)的(de)利(li)用(yong)率(lv)可(ke)以(yi)從(cong)30%提高到60%，預計將減少電力生產成本的一半。此外

，從能源存儲裝置中產生的再生電力是非常穩定、連續的，所以不需要更多的煤來維持電網的穩定性。唯一的問題是：目前存在有效的能源儲存的解決方案嗎？答案是肯定的！

dianchixitongyibeiguangfanyongyuchucunduoyudetaiyangneng。daomuqianweizhi
，youyuxiangguanjishudechengshuheqiandiliandejiage
，qiansuandianchixitongshizuijuchengbenxiaoyidedianchixitong。qiduihuanjingdefumianyingxiangyeshizuixiaode（由於鉛的回收率高----97%鉛可回收用於生產新的電池）。但dan由you於yu電dian極ji硫liu化hua引yin起qi的de相xiang對dui較jiao短duan的de使shi用yong周zhou期qi
，在zai某mou種zhong程cheng度du上shang限xian製zhi了le它ta的de應ying用yong。鋰li離li子zi電dian池chi近jin年nian來lai吸xi引yin了le大da量liang的de關guan注zhu
，因yin為wei它ta有you更geng長chang的de循xun環huan使shi用yong壽shou命ming並bing且qie重zhong量liang明ming顯xian減jian輕qing。此ci外wai，由you於yu鋰li離li子zi電dian池chi沒mei有you記ji憶yi
，所suo以yi它ta不bu需xu要yao定ding期qi完wan全quan放fang電dian，節jie省sheng了le大da量liang的de維wei修xiu費fei用yong。然ran而er，由you於yu鋰li元yuan素su在zai地di球qiu上shang的de儲chu備bei較jiao低di
，這zhe種zhong電dian池chi的de生sheng產chan成cheng本ben非fei常chang高gao。更geng重zhong要yao的de是shi
，根gen據ju來lai自zi斯si坦tan福fu大da學xue的de研yan究jiu人ren員yuan進jin行xing的de一yi項xiang研yan究jiu說shuo明ming大da部bu分fen的de電dian池chi解jie決jue方fang案an是shi不bu適shi合he風feng能neng儲chu存cun的de。“由於其低儲存生產投資比值（ESOI）為5-32”，項目負責人查爾斯Barnhart 說：“這意味著需要儲存風力發電的能源比實際存儲的能源成本更高。正如查爾斯所說“你不會花100美元來安全存放一塊10美元的手表”。因此
，有必要開發新的解決方案來提高風力發電的儲能效率。

作(zuo)為(wei)地(di)球(qiu)上(shang)最(zui)輕(qing)的(de)元(yuan)素(su)
，氫(qing)具(ju)有(you)最(zui)高(gao)的(de)能(neng)源(yuan)密(mi)度(du)，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)電(dian)將(jiang)水(shui)分(fen)解(jie)產(chan)生(sheng)。如(ru)果(guo)水(shui)電(dian)解(jie)槽(cao)與(yu)風(feng)力(li)發(fa)電(dian)或(huo)太(tai)陽(yang)能(neng)電(dian)池(chi)板(ban)集(ji)成(cheng)，氫(qing)氣(qi)作(zuo)為(wei)能(neng)量(liang)儲(chu)存(cun)的(de)媒(mei)介(jie)可(ke)由(you)多(duo)餘(yu)的(de)風(feng)力(li)
、太陽能發電產生。在電網高峰時段

，質子交換膜（PEM）燃料電池站發電來滿足電網要求。由於PEM燃料電池發電過程不涉及氫氧燃燒，因而不受卡諾循環的限製，能量轉換率高；發(fa)電(dian)時(shi)不(bu)產(chan)生(sheng)汙(wu)染(ran)，發(fa)電(dian)單(dan)元(yuan)模(mo)塊(kuai)化(hua)，可(ke)靠(kao)性(xing)高(gao)
，組(zu)裝(zhuang)和(he)維(wei)修(xiu)都(dou)很(hen)方(fang)便(bian)，工(gong)作(zuo)時(shi)也(ye)沒(mei)有(you)噪(zao)音(yin)。所(suo)以(yi)，質(zhi)子(zi)交(jiao)換(huan)膜(mo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)電(dian)源(yuan)是(shi)一(yi)種(zhong)清(qing)潔(jie)
、高效的綠色環保電源。

相比傳統的電池存儲係統
，該係統具有兩個顯著的優點：

圖1為風力/太陽能–混合發電/製氫係統方案

（1）循環壽命長。製氫設備通常設計為20年的使用壽命，質子交換膜燃料電池站通常可以可靠運行40,000小時。最近，Adzic^[2]在Brookhaven國家實驗室（BNL）在質子交換膜燃料電池穩定性上取得突破
，將進一步增加該係統的壽命。在Charles Barnhart^[3]的研究的基礎上，增加電池（PEM燃料電池可以被視為一種類型的電池）ESOI的最可行的方法是提高循環壽命。因此本係統有效地儲存風能

，是非常有前景的；

（2）產氫所需的原材料隻有純水（常見的水電解技術需要10%--30%的堿性水以增加水的電導率

，然而在聚合物電解質膜分離技術中隻需要純水）另外質子交換膜燃料電池的排放又是純淨的水。因此
，該係統是非常符合成本效益和環境友好的宗旨；

這種方法的問題是，傳統的發電機電解製氫過程中需要穩定的電流和電壓。由於風力/太陽能發電是間歇性的，連接到該電源的製氫設備很難正常工作
，除非安裝額外的變壓器
，但是這也提高了運行成本。但最近發明的Verde製氫設備克服這個障礙。這項專利技術使製氫設備在任何的電流和電壓下得以運行，尤其提高了在間歇性的風力/太陽能發電的下的產氫效率。此外，基於PLC芯片的自動控製係統

，Verde製氫設備也能強製性的保證在這個係統的各個組成部分之間的相互協作運行。

總zong之zhi，與yu風feng能neng或huo太tai陽yang能neng一yi體ti化hua的de能neng量liang存cun儲chu係xi統tong能neng顯xian著zhu提ti高gao可ke再zai生sheng能neng源yuan的de利li用yong效xiao率lv
，給gei並bing網wang發fa電dian帶dai來lai相xiang當dang積ji極ji的de經jing濟ji影ying響xiang。因yin此ci
，從cong提ti高gao其qi經jing濟ji性xing和he環huan境jing保bao護hu的de方fang麵mian來lai考kao慮lv

，穩wen步bu持chi續xu發fa展zhan可ke再zai生sheng能neng源yuan和he提ti高gao可ke持chi續xu能neng源yuan並bing網wang率lv是shi必bi要yao的de。

此項技術的完善與應用對於中國“三北”地區眾多風電/光伏發電企業來說是一個好消息，此項技術可有效的與風電/光伏這類不穩定的電源結合，利用棄風/棄電來進行電解水製氫
，通過能量的轉化來實現棄風/棄電的有效利用，從而提高風電/光伏發電企業的經濟效益和收益。

安思卓（南京）新能源有限公司是一家擁有世界領先製氫技術的高科技企業，公司專注於新能源產業的發展和技術創新
，為風力、taiyangnengdengxinnengyuanfadianqiyetigongxianjinkekaodezhiqingchunengshebeihejiejuefangan
，gongsizaizhiqinghechunengfangmianyongyouguojilingxianshuipingdezhuanlijishu，shebeikeyizaifengdian/光伏製氫環境下實現高效生產，為風電/光guang伏fu發fa電dian企qi業ye帶dai來lai有you效xiao的de節jie能neng增zeng效xiao方fang案an，同tong時shi

，公gong司si新xin能neng源yuan製zhi氫qing設she備bei與yu燃ran料liao電dian池chi結jie合he的de能neng量liang存cun儲chu係xi統tong能neng顯xian著zhu提ti高gao可ke再zai生sheng能neng源yuan的de利li用yong效xiao率lv
，給gei並bing網wang發fa電dian和he氫qing能neng的de應ying用yong推tui廣guang帶dai來lai相xiang當dang積ji極ji的de經jing濟ji影ying響xiang。

安思卓（南京）新能源有限公司是南京321計劃重點項目
，公司的部分合作項目也被納入國家863計劃（國家高技術研究發展計劃），這是由國家科技部主導的一項國家性計劃

，這些都充分體現了安思卓在製氫儲能領域的先進性與權威性。

參考文獻：

[1]. U.S. Energy Information Administration official datebase.

[2]. S. T. Bliznakov, M. B. Vukmirovic, L. Yang, E. A. Sutter, and R. R. Adzic, “Pt Monolayer on Electrodeposited Pd Nanostructures: Advanced Cathode Catalysts for PEM Fuel Cells,” Journal of the Electrochemical Society, 159(9) F501-F506 (2012)

[3]. * Barnhart, Charles J., et al. "The energetic implications of curtailing versus storing solar-and wind-generated electricity." Energy & Environmental Science (2013)

【摘自安思卓（南京）新能源有限公司 Nick Ni 宋江濤 蔣晨芸】