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劃重點(diǎn)氫儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)介紹，在可再生能源高占比的電力系統(tǒng)中，棄風(fēng)棄光問題隨著風(fēng)電、光伏裝機(jī)總?cè)萘康牟粩嘣黾佣找嫱怀?。由于風(fēng)電、光伏出力的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確程度有限，其出力隨機(jī)性會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成一定沖擊。氫儲(chǔ)能系統(tǒng)可利用新能源出力富余的電能進(jìn)行制氫，儲(chǔ)存起來或供下游產(chǎn)業(yè)使用；當(dāng)電力系統(tǒng)負(fù)荷增大時(shí)，儲(chǔ)存起來的氫能可利用燃料電池進(jìn)行發(fā)電回饋電網(wǎng)，且此過程清潔高效、生產(chǎn)靈活。

當(dāng)前氫儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包含制氫、儲(chǔ)運(yùn)氫和燃料電池技術(shù)3個(gè)方面：

1、制氫
利用可再生能源發(fā)電制氫是氫能制備的重要途徑，制氫成本約為1.1~2.2元/m3，對(duì)比煤制氫0.69~1.18元/m3和天然氣制氫0.8~1.7元/m3，優(yōu)勢(shì)并不明顯，但因其為“綠氫”，綜合價(jià)值較高。
目前電解水制氫主要分為堿水電解、固體氧化物電解和PEM（ProtonExchangeMembrane，簡稱PEM）純水電解技術(shù)3種。其中，堿水電解制氫發(fā)展成熟、商業(yè)化程度高、成本較低，是可再生能源制氫項(xiàng)目的首選方式。河北沽源風(fēng)電制氫項(xiàng)目（200MW風(fēng)電、10MW制氫）的建成、吉林舍力風(fēng)光制氫儲(chǔ)能示范項(xiàng)目（50MW風(fēng)電、1MW制氫和1MW/（MW·h）儲(chǔ)能）的核準(zhǔn)批復(fù)均對(duì)提高可再生能源消納、促進(jìn)氫儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)展起到引領(lǐng)促進(jìn)作用。未來隨著可再生能源規(guī)?；b機(jī)及電解水能源轉(zhuǎn)換效率的提高，“綠氫”制造成本會(huì)呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢(shì)。
2、儲(chǔ)運(yùn)氫
儲(chǔ)運(yùn)氫技術(shù)作為氫氣從生產(chǎn)到利用過程中的橋梁，至關(guān)重要?？赏ㄟ^氫化物的生成與分解儲(chǔ)氫，或者基于物理吸附過程儲(chǔ)氫。儲(chǔ)氫方式比較如表2所示。

氫能源具有質(zhì)量能量密度大但體積能量密度小的特點(diǎn)，制約其儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵在于兼顧安全、經(jīng)濟(jì)的前提下，提高氫氣的能量密度。綜合表 2 及當(dāng)前行業(yè)情況分析，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)成熟、成本較低、應(yīng)用最多，但并非最佳方案。有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫憑借其安全性、便利性及高密度的特點(diǎn)，具有較大發(fā)展?jié)摿Γ钱?dāng)前研究的重要方向。此外，基于我國現(xiàn)有的天然氣管道進(jìn)行氫氣的傳輸是否可行，也是值得探討的課題。
3、燃料電池
燃料電池通過電化學(xué)反應(yīng)將氫氣的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，清潔無污染，能量轉(zhuǎn)化效率高，是氫能源的最佳利用方式，在全球范圍內(nèi)具有廣闊的應(yīng)用前景。2009—2018 年全球燃料電池出貨量統(tǒng)計(jì)如圖 2 所示，由圖可見出貨量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)增勢(shì)明顯。燃料電池類型主要包括堿性電解質(zhì)、質(zhì)子交換膜、磷酸、熔融碳酸鹽和固體氧化物燃料電池，區(qū)別在于電解質(zhì)和工作環(huán)境溫度不同，適合的應(yīng)用場(chǎng)景也有差異。

各類型燃料電池相比較，質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電效率為 40%~50%，啟動(dòng)快，比功率高，結(jié)構(gòu)簡單，處于商業(yè)化前沿，在可再生能源領(lǐng)域的氫儲(chǔ)能系統(tǒng)中應(yīng)用較多。固體氧化物燃料電池發(fā)電效率為55%~65%，余熱利用價(jià)值高，熱電聯(lián)供效率高，但運(yùn)行溫度高，啟動(dòng)速度較慢，適用于熱電聯(lián)供模式。近年來我國氫能燃料電池技術(shù)整體上取得了長足發(fā)展，但存在主要部件依賴進(jìn)口、電堆和系統(tǒng)可靠性需提高、標(biāo)準(zhǔn)體系需健全完善等問題，仍是制約氫儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

氫儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力行業(yè)中的應(yīng)用：
風(fēng)電、光伏等可再生能源已成為我國新增電力的主力，新增裝機(jī)容量及累計(jì)裝機(jī)容量均排名世界第一，清潔能源替代作用日益顯現(xiàn)。氫儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中與能源供給側(cè)配合、與分布式能源發(fā)電和電網(wǎng)發(fā)展相結(jié)合，可減少新能源出力不穩(wěn)定等問題，其應(yīng)用價(jià)值愈加突出。
1、可再生能源高占比電力系統(tǒng)應(yīng)用模式
如截至 2019 年底，張家口市可再生能源發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá) 1500 萬 kW，占區(qū)域內(nèi)全部發(fā)電裝機(jī)容量的 70% 以上，預(yù)計(jì) 2030 年實(shí)現(xiàn)零碳排放，形成以可再生能源為主的能源供應(yīng)體系。在此種可再生能源高占比的電力系統(tǒng)中，風(fēng)電、光伏的出力不確定性對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成一定影響，將氫儲(chǔ)能系統(tǒng)作為消納高比例可再生能源的重要載體是可行的。
風(fēng)電、光伏出力受限時(shí)，利用富余的可再生能源進(jìn)行制氫，并作為備用能源儲(chǔ)存下來；在負(fù)荷高峰期發(fā)電并網(wǎng)，提高新能源的消納能力，減少棄風(fēng)、棄光，增強(qiáng)電網(wǎng)可調(diào)度能力并確保電網(wǎng)安全。未來隨著規(guī)?；臍鋬?chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用，可利用儲(chǔ)氫實(shí)現(xiàn)跨季調(diào)峰等應(yīng)用。
此外，利用大規(guī)模不可控的可再生能源來制氫是完全清潔無污染的，是真正意義的“綠氫”，同時(shí)可為煤化工和石油化工提供潔凈的原料氫，減少二氧化碳的排放，對(duì)于我國實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)是有利的。
2、區(qū)域綜合能源系統(tǒng)應(yīng)用模式
氫儲(chǔ)能系統(tǒng)具有可長期存儲(chǔ)、能量密度高等優(yōu)勢(shì)，將其作為一種電能存儲(chǔ)方案進(jìn)行推廣利用，進(jìn)而解決區(qū)域電源和負(fù)荷的匹配問題，可一定程度上延緩較為偏遠(yuǎn)地區(qū)微電網(wǎng)的電力設(shè)備投資。例如英國的柯克沃爾小鎮(zhèn)氫能生態(tài)社區(qū)，因其位置相對(duì)偏遠(yuǎn)，小鎮(zhèn)利用棄風(fēng)和潮汐發(fā)電進(jìn)行制氫，再通過燃料電池為汽車、船舶提供動(dòng)力，并實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供。
3、熱電聯(lián)供應(yīng)用模式
利用氫燃料電池為建筑、社區(qū)等供熱，并作為備用電源，與電力、熱力等能源品種實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互補(bǔ)，提高能源利用效率。雖然與應(yīng)用較多的供熱鍋爐相比，此模式優(yōu)勢(shì)不夠明顯，但能夠?qū)⒐岱绞綇臒犭姀S集中供熱向分布式供熱轉(zhuǎn)變，可以解決熱力管網(wǎng)、電網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高額投資問題，是一種值得研究的發(fā)展思路。此外，在滿足供熱需求的同時(shí)，也可承擔(dān)部分負(fù)荷進(jìn)行供電。如日本自2009年開始推廣家用燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)，普通家庭 40%~60% 的能源消耗可由此系統(tǒng)供給，商業(yè)化應(yīng)用推廣較為成功。
4、能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式
能源互聯(lián)網(wǎng)是充分將互聯(lián)網(wǎng)思想和能源產(chǎn)、輸、儲(chǔ)、用各環(huán)節(jié)以及能源市場(chǎng)深度融合的發(fā)展新形態(tài)。氫能源低碳、環(huán)保，能促進(jìn)可再生能源利用，無額外環(huán)境負(fù)擔(dān)，可作為能源互聯(lián)媒介實(shí)現(xiàn)跨能源網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同優(yōu)化。
5、氫燃料電池汽車應(yīng)用模式
到 2030 年，我國燃料電池汽車保有量預(yù)計(jì)將達(dá)到 200萬輛。利用可再生能源發(fā)電制造“綠氫”，可將富余氫能源供給氫燃料電池汽車使用，既促進(jìn)了可再生能源與氫儲(chǔ)能系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展，又實(shí)現(xiàn)了汽車綠色環(huán)保零排放。通過氫能源交通的布局發(fā)展，推動(dòng)燃料電池關(guān)鍵材料、核心零部件國產(chǎn)化，促進(jìn)氫能源產(chǎn)業(yè)鏈快速發(fā)展。