劃重點(diǎn)氫儲能系統關(guān)鍵技術(shù)介紹，在可再生能源高占比的電力系統中，棄風(fēng)棄光問(wèn)題隨著(zhù)風(fēng)電、光伏裝機總容量的不斷增加而日益突出。由于風(fēng)電、光伏出力的預測準確程度有限，其出力隨機性會(huì )對電網(wǎng)造成一定沖擊。氫儲能系統可利用新能源出力富余的電能進(jìn)行制氫，儲存起來(lái)或供下游產(chǎn)業(yè)使用；當電力系統負荷增大時(shí)，儲存起來(lái)的氫能可利用燃料電池進(jìn)行發(fā)電回饋電網(wǎng)，且此過(guò)程清潔高效、生產(chǎn)靈活。

當前氫儲能系統的關(guān)鍵技術(shù)主要包含制氫、儲運氫和燃料電池技術(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(jiǎn)稱(chēng)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目的首選方式。河北沽源風(fēng)電制氫項目（200MW風(fēng)電、10MW制氫）的建成、吉林舍力風(fēng)光制氫儲能示范項目（50MW風(fēng)電、1MW制氫和1MW/（MW·h）儲能）的核準批復均對提高可再生能源消納、促進(jìn)氫儲能系統發(fā)展起到引領(lǐng)促進(jìn)作用。未來(lái)隨著(zhù)可再生能源規?；b機及電解水能源轉換效率的提高，“綠氫”制造成本會(huì )呈現持續下降趨勢。
2、儲運氫
儲運氫技術(shù)作為氫氣從生產(chǎn)到利用過(guò)程中的橋梁，至關(guān)重要?？赏ㄟ^(guò)氫化物的生成與分解儲氫，或者基于物理吸附過(guò)程儲氫。儲氫方式比較如表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)，制約其儲運技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵在于兼顧安全、經(jīng)濟的前提下，提高氫氣的能量密度。綜合表 2 及當前行業(yè)情況分析，高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)成熟、成本較低、應用最多，但并非最佳方案。有機液態(tài)儲氫憑借其安全性、便利性及高密度的特點(diǎn)，具有較大發(fā)展潛力，是當前研究的重要方向。此外，基于我國現有的天然氣管道進(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(guò)電化學(xué)反應將氫氣的化學(xué)能直接轉化為電能，清潔無(wú)污染，能量轉化效率高，是氫能源的最佳利用方式，在全球范圍內具有廣闊的應用前景。2009—2018 年全球燃料電池出貨量統計如圖 2 所示，由圖可見(jiàn)出貨量統計數據增勢明顯。燃料電池類(lèi)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，區別在于電解質(zhì)和工作環(huán)境溫度不同，適合的應用場(chǎng)景也有差異。

各類(lèi)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，結構簡(jiǎn)單，處于商業(yè)化前沿，在可再生能源領(lǐng)域的氫儲能系統中應用較多。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，但運行溫度高，啟動(dòng)速度較慢，適用于熱電聯(lián)供模式。近年來(lái)我國氫能燃料電池技術(shù)整體上取得了長(cháng)足發(fā)展，但存在主要部件依賴(lài)進(jìn)口、電堆和系統可靠性需提高、標準體系需健全完善等問(wèn)題，仍是制約氫儲能系統發(fā)展的關(guān)鍵因素。

氫儲能系統在電力行業(yè)中的應用：
風(fēng)電、光伏等可再生能源已成為我國新增電力的主力，新增裝機容量及累計裝機容量均排名世界第一，清潔能源替代作用日益顯現。氫儲能系統在電力系統中與能源供給側配合、與分布式能源發(fā)電和電網(wǎng)發(fā)展相結合，可減少新能源出力不穩定等問(wèn)題，其應用價(jià)值愈加突出。
1、可再生能源高占比電力系統應用模式
如截至 2019 年底，張家口市可再生能源發(fā)電總裝機容量達 1500 萬(wàn) kW，占區域內全部發(fā)電裝機容量的 70% 以上，預計 2030 年實(shí)現零碳排放，形成以可再生能源為主的能源供應體系。在此種可再生能源高占比的電力系統中，風(fēng)電、光伏的出力不確定性對電網(wǎng)安全穩定運行造成一定影響，將氫儲能系統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，并作為備用能源儲存下來(lái)；在負荷高峰期發(fā)電并網(wǎng)，提高新能源的消納能力，減少棄風(fēng)、棄光，增強電網(wǎng)可調度能力并確保電網(wǎng)安全。未來(lái)隨著(zhù)規?；臍鋬δ芟到y的應用，可利用儲氫實(shí)現跨季調峰等應用。
此外，利用大規模不可控的可再生能源來(lái)制氫是完全清潔無(wú)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，對于我國實(shí)現碳中和的目標是有利的。
2、區域綜合能源系統應用模式
氫儲能系統具有可長(cháng)期存儲、能量密度高等優(yōu)勢，將其作為一種電能存儲方案進(jìn)行推廣利用，進(jìn)而解決區域電源和負荷的匹配問(wèn)題，可一定程度上延緩較為偏遠地區微電網(wǎng)的電力設備投資。例如英國的柯克沃爾小鎮氫能生態(tài)社區，因其位置相對偏遠，小鎮利用棄風(fēng)和潮汐發(fā)電進(jìn)行制氫，再通過(guò)燃料電池為汽車(chē)、船舶提供動(dòng)力，并實(shí)現熱電聯(lián)供。
3、熱電聯(lián)供應用模式
利用氫燃料電池為建筑、社區等供熱，并作為備用電源，與電力、熱力等能源品種實(shí)現互聯(lián)互補，提高能源利用效率。雖然與應用較多的供熱鍋爐相比，此模式優(yōu)勢不夠明顯，但能夠將供熱方式從熱電廠(chǎng)集中供熱向分布式供熱轉變，可以解決熱力管網(wǎng)、電網(wǎng)等基礎設施建設的高額投資問(wèn)題，是一種值得研究的發(fā)展思路。此外，在滿(mǎn)足供熱需求的同時(shí)，也可承擔部分負荷進(jìn)行供電。如日本自2009年開(kāi)始推廣家用燃料電池熱電聯(lián)供系統，普通家庭 40%~60% 的能源消耗可由此系統供給，商業(yè)化應用推廣較為成功。
4、能源互聯(lián)網(wǎng)應用模式
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、用各環(huán)節以及能源市場(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(wú)額外環(huán)境負擔，可作為能源互聯(lián)媒介實(shí)現跨能源網(wǎng)絡(luò )的協(xié)同優(yōu)化。
5、氫燃料電池汽車(chē)應用模式
到 2030 年，我國燃料電池汽車(chē)保有量預計將達到 200萬(wàn)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(chē)使用，既促進(jìn)了可再生能源與氫儲能系統協(xié)同發(fā)展，又實(shí)現了汽車(chē)綠色環(huán)保零排放。通過(guò)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。