氫儲能技術(shù)被認(rèn)為是可再生能源發(fā)電規(guī)模化發(fā)展的重要支撐

　　氫儲能，是近兩年受德國等歐洲國家氫能綜合利用后提出的新概念。“十二五”以前沒有立項(xiàng)，支持項(xiàng)目也是以制氫、發(fā)電、儲氫等過程單獨(dú)資助的，但“十三五”期間該概念已經(jīng)列入國家電網(wǎng)公司規(guī)劃。氫儲能技術(shù)被認(rèn)為是智能電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電規(guī)?；l(fā)展的重要支撐，并日趨成為多個(gè)國家能源科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)支持的焦點(diǎn)。

　　大力發(fā)展氫儲能技術(shù)，重點(diǎn)突破電氫兩種能量載體之間的高效轉(zhuǎn)化、低成本大規(guī)模存儲和綜合高效利用等關(guān)鍵技術(shù)，解決新能源波動(dòng)性制氫、電網(wǎng)與管網(wǎng)絡(luò)互連互通和協(xié)調(diào)控制等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源網(wǎng)絡(luò)化大規(guī)模存儲，實(shí)現(xiàn)高效率、低成本的儲能技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用。構(gòu)建配置能力強(qiáng)、安全可靠性高、綠色低碳的全球能源互聯(lián)網(wǎng)提供技術(shù)支撐。

　　解決“棄風(fēng)”、“棄光”問題的新思路

　　隨著我國可再生能源發(fā)電比例的快速增大（據(jù)國家發(fā)展改革委能源研究所最新預(yù)測：2030年中國電力結(jié)構(gòu)中可再生能源發(fā)電比例將從2015年的24%擴(kuò)大到53%），同時(shí)也存在發(fā)電和負(fù)荷中心在地理上的布局不均（風(fēng)能陸上資源的80%-90%在“三北”地區(qū),太陽能資源好的地方也在西部和北部,而用能中心位于中、東部），考慮到日益緊迫的環(huán)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(chǎn)生、存儲和消納上，2014年初，李克強(qiáng)總理考察了德國氫能混合發(fā)電項(xiàng)目，特別指示國內(nèi)相關(guān)部門組織實(shí)施氫能利用示范項(xiàng)目。國家能源局已指示河北、吉林省加快可再生能源制氫示范工作，將氫儲能列為解決“棄風(fēng)”、“棄光”問題的新思路。2015年初的兩個(gè)月內(nèi)，國家能源局再次連續(xù)下發(fā)與風(fēng)電的消納有關(guān)通知（《國家能源局關(guān)于做好2015年度風(fēng)電并網(wǎng)消納有關(guān)工作的通知》、《國家能源局關(guān)于在京開展可再生能源清潔供熱示范有關(guān)要求的通知》、《國家能源局綜合司關(guān)于進(jìn)一步做好可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃編制工作的指導(dǎo)意見》），可再生能源消納工作迫在眉睫。

　　為此，國家電網(wǎng)公司也已開展氫儲能關(guān)鍵技術(shù)及其在新能源接入中的應(yīng)用前期研究，積極建設(shè)氫儲能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究平臺，突破波動(dòng)性新能源電解制氫技術(shù)的適應(yīng)性問題，具備氫儲能系統(tǒng)效率測試能力，為日后大規(guī)?？稍偕茉粗茪涞年P(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

　　氫儲能可看作是一種化學(xué)儲能的延伸，其基本原理就是將水電解得到氫氣和氧氣。以風(fēng)電制氫儲能技術(shù)為例，其核心思想是當(dāng)風(fēng)電充足但無法上網(wǎng)、需要棄風(fēng)時(shí),利用風(fēng)電將水電解制成氫氣(和氧氣),將氫氣儲存起來；當(dāng)需要電能時(shí),將儲存的氫氣通過不同方式（內(nèi)燃機(jī)、燃料電池或其他方式）轉(zhuǎn)換為電能輸送上網(wǎng)。

　　通常所指的氫儲能系統(tǒng)是電-氫-電的循環(huán)，且不同于常規(guī)的鋰電池、鉛酸電池。其前端的電解水環(huán)節(jié)，多以功率（kW）計(jì)算容量，代表著氫儲能系統(tǒng)的“充電”功率；后端的燃料電池環(huán)節(jié)，也以功率（kW）計(jì)算容量，代表著氫儲能系統(tǒng)的“放電”功率；中間的儲氫環(huán)節(jié)，多以氫氣的體積（標(biāo)準(zhǔn)立方米Nm3）計(jì)算容量，如換算成電能容量，1Nm3氫氣大約可產(chǎn)生1.25kWh電能，儲氫環(huán)節(jié)的容量大小決定了氫儲能系統(tǒng)可持續(xù)“充電”或“放電”的時(shí)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(shù)用于儲能領(lǐng)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(guī)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(shù)方式，具有廣闊的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景，需從資源開發(fā)的角度，加大開發(fā)和利用。

　　歐、美、日都制定了氫能發(fā)展戰(zhàn)略和詳細(xì)的計(jì)劃

　　目前歐、美、日等都制定了氫能發(fā)展戰(zhàn)略和詳細(xì)的計(jì)劃，并在迅速而有步驟地推進(jìn)，已經(jīng)取得了積極成果。歐盟目前的可再生能源發(fā)電發(fā)展較快，歐盟計(jì)劃在2020年、2030年、2040年、2050年可再生能源發(fā)電占總電力的比例分別達(dá)到35%、50%、65%、80%，并在2060年最終完全實(shí)現(xiàn)不依賴化石能源的可持續(xù)發(fā)展。而實(shí)現(xiàn)不依賴化石能源的可持續(xù)發(fā)展這一目標(biāo)的其中重要一環(huán)就是實(shí)現(xiàn)Power-to-Gas（P2G）技術(shù)路線，即把可再生能源以氫氣或甲烷等方式大規(guī)模儲存起來并加以應(yīng)用。根據(jù)德國制定的《氫能與燃料電池計(jì)劃》中的“氫的生產(chǎn)和配送”部分分析，德國目前的發(fā)展進(jìn)度已經(jīng)大大提前，原定2020年開始的計(jì)劃現(xiàn)在就已經(jīng)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(dǎo)和具體支持下積極實(shí)施P2G項(xiàng)目，以期最終實(shí)現(xiàn)利用風(fēng)能等可再生能源的大規(guī)模制氫，這將是今后大規(guī)模利用風(fēng)能最有前景的技術(shù)路線之一。下一步德國計(jì)劃開展更大規(guī)模的20-50MW風(fēng)力發(fā)電制氫的P2G示范項(xiàng)目，為未來的氫能源經(jīng)濟(jì)培育基礎(chǔ)。

　　日本可能是世界上最接近氫社會(huì)的國家。這并不單單是因?yàn)?a href="http://msthinker.com/news/article-848.html" target="_blank">燃料電池汽車（FCV）的產(chǎn)業(yè)化，而是因?yàn)槿澜缛剂想姵剡M(jìn)入千家萬戶的國家只有日本。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(fā)電。發(fā)電時(shí)產(chǎn)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(jī)由松下和東芝制造，通過東京瓦斯、大阪燃?xì)?、吉坤日礦日石能源等公司銷售。東日本大地震發(fā)生后，受到電力短缺的推動(dòng)，以首都圈為中心，其銷量一路攀升。截至2015年1月底，松下在日本全國已累計(jì)出貨約5.2萬臺ENE-FARM。

　　目前國內(nèi)僅有四所35MPa加氫站

　　在氫儲能系統(tǒng)示范應(yīng)用方面，我國剛剛開展相關(guān)建設(shè)，在氫儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的氫燃料電池和加氫站方面有示范工程建設(shè)，主要用于示范新能源汽車和分布式電源。如目前國內(nèi)僅有四所35MPa加氫站，分別位于北京、上海、河南鄭州和廣東，而70MPa加氫站正在大連建設(shè)當(dāng)中。

　　現(xiàn)階段風(fēng)電耦合項(xiàng)目發(fā)展主要有三項(xiàng)：

　　一是中國節(jié)能環(huán)保集團(tuán)公司于2014年4月啟動(dòng)了國家863項(xiàng)目“風(fēng)電直接制氫及燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)研究與示范”，該項(xiàng)目在中節(jié)能風(fēng)電公司張北分公司建設(shè)風(fēng)電場，制氫功率為100kW，燃料電池發(fā)電為30kW；

　　二是中德合作的示范項(xiàng)目，由河北建投新能源有限公司投資，聯(lián)合德國McPhy、Encon等公司，在河北沽源投建10MW電解水制氫系統(tǒng)，配合200MW風(fēng)電場制氫，該項(xiàng)目已于2015年4月開工建設(shè)，項(xiàng)目建成后，可形成年制氫1752萬標(biāo)準(zhǔn)立方米的生產(chǎn)能力，成為我國目前最大的風(fēng)電制氫示范項(xiàng)目；

　　三是金風(fēng)科技在吉林獲批的風(fēng)電裝機(jī)100MW，氫儲能容量10MW的項(xiàng)目。

　　國家電網(wǎng)公司也開展了相關(guān)項(xiàng)目的立項(xiàng)和研究，如國網(wǎng)上海市電力公司于2009年承擔(dān)了“風(fēng)光電結(jié)合海水制氫技術(shù)前期研究”項(xiàng)目，對風(fēng)電、光電制氫提出了多種應(yīng)用方案，并以東海風(fēng)電場為例，開展了風(fēng)、光電制氫的綜合效益評價(jià)；國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院也于2014年10月啟動(dòng)了“氫儲能關(guān)鍵技術(shù)及其在新能源接入中的應(yīng)用研究”，初步具備氫儲能系統(tǒng)試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

　　解決能源資源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的最佳途徑

　　隨著可再生能源的飛速發(fā)展，開拓消納市場已趨緊迫，如不斷增長的裝機(jī)容量已給風(fēng)電消納帶來持續(xù)壓力，從中電聯(lián)獲悉，截至2015年2月底，并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量首次突破1億千瓦，達(dá)到10004萬千瓦，繼續(xù)穩(wěn)居我國第三大發(fā)電類型和世界風(fēng)電裝機(jī)首位。全國31個(gè)省份均有并網(wǎng)風(fēng)電場，其中內(nèi)蒙古、甘肅并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量分別達(dá)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(wǎng)遼寧省電力公司、國網(wǎng)甘肅省電力公司而言，有待采用高效的SPE電解路線，瞄準(zhǔn)規(guī)?；茪浞较?，積極開拓風(fēng)電消納市場，將富余的風(fēng)電、光伏等波動(dòng)性新能源通過高效電解制氫的方式轉(zhuǎn)換成氫氣存儲起來，直接通過燃料電池發(fā)電為負(fù)荷供電，或?qū)錃廨斔椭粮浇幕て髽I(yè)，進(jìn)入氫產(chǎn)業(yè)鏈，或生成合成燃料，均可有效解決波動(dòng)性新能源的消納問題。

　　偏遠(yuǎn)地區(qū)或海島的自然資源，如風(fēng)能、太陽能等一般較為豐富，但電力供應(yīng)不足。通過高效清潔的SPE電解制氫技術(shù)制取高純氫氣，并存儲起來；在可再生能源發(fā)電不足時(shí)，通過氫燃料電池發(fā)電為負(fù)載供電，形成一套微電網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)的獨(dú)立供電。

　　全球能源互聯(lián)網(wǎng)將形成以清潔能源為主導(dǎo)、以電為中心的格局，能源轉(zhuǎn)化和利用將面向高效化、低碳化發(fā)展。氫能是一種柔性的“綠色”能源載體，可以一次性獲得并可以長期儲存，可以通過氫能燃料電池的技術(shù)整合成為電、熱、氣網(wǎng)一體化的結(jié)合點(diǎn)，是大規(guī)模消納新能源，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)和氣網(wǎng)互聯(lián)互通的重要手段，被認(rèn)為是同時(shí)解決能源資源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的最佳途徑。與之相關(guān)的氫儲能技術(shù)將成為國內(nèi)外大型能源公司重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性儲備技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。預(yù)計(jì)在2020年全球氫總儲量達(dá)到1億m3，功率總量達(dá)100MW，2030年全球氫總儲量達(dá)到400億m3，功率總量達(dá)10萬MW，2050年時(shí)全球氫能實(shí)現(xiàn)真正普及。

　　基于氫儲能技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)本身的角色可依靠氫能的節(jié)點(diǎn)作用實(shí)現(xiàn)從電能供應(yīng)商到全球能源供應(yīng)商的轉(zhuǎn)變與提升，主要管理能源接口。（【無所不能 文|肖宇】）