氢储能_支撑起智能电网和可再生能源发电规模化_肖宇

氢储能，是近两年受德国等欧洲国家氢能综合利用后提出的新概念。“十二五”以前没有立项，支持项目也是以制氢、发电、储氢等过程单独资助的，但“十三五”期间该概念已经列入国家电网公司规划。氢储能技术被认为是智能电网和可再生能源发电规模化发展的重要支撑，并日趋成为多个国家能源科技创新和产业支持的焦点。

大力发展氢储能技术，重点突破电氢两种能量载体之间的高效转化、低成本大规模存储和综合高效利用等关键技术，解决新能源波动性制氢、电网与管网络互连互通和协调控制等关键技术，实现能源网络化大规模存储，实现高效率、低成本的储能技术规模化应用。为构建配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源互联网提供技术支撑。

随着我国可再生能源发电比例的快速增大（据国家发展改革委能源研究所最新预测：2030年中国电力结构中可再生能源发电比例将从2015年的24%扩大到53%），同时也存在发电和负荷中心在地理上的布局不均（风能陆上资源的80%-90%在“三北”地区,太阳能资源好的地方也在西部和北部,而用能中心位于中、东部），考虑到日益紧迫的环保压力和化石能源束缚，这些都迫使我国将目光聚焦到可再生能源的产生、存储和消纳上，2014年初，李克强总理考察了德国氢能混合发电项目，特别指示国内相关部门组织实施氢能利用示范项目。国家能源局已指示河北、吉林省加快可再生能源制氢示范工作，将氢储能列为解决“弃风”、“弃光”问题的新思路。2015年初的两个月内，国家能源局再次连续下发与风电的消纳有关通知（《国家能源局关于做好2015年度风电并网消纳有关工作的通知》、《国家能源局关于在京开展可再生能源清洁供热示范有关要求的通知》、《国家能源局综合司关于进一步做好可再生

氢储能：支撑起智能电网

和可再生能源发电规模化肖宇

氢能是一种柔性的“绿色”能源载体，可以一次性获得并可以长期储存，可以通过氢能燃料电池的技术整合成为电、热、气网一体化的结合点，是大规模消纳新能源，实现电网和气网互联互通的重要手段，被认为是同时解决能源资源危机和环境危机的最佳途径。

解决“弃风”、“弃光”

问题的新思路

中国战略新兴产业

能源发展“十三五”规划编制工作的指导意见》），可再生能源消纳工作迫在眉睫。

为此，国家电网公司也已开展氢储能关键技术及其在新能源接入中的应用前期研究，积极建设氢储能系统实验研究平台，突破波动性新能源电解制氢技术的适应性问题，具备氢储能系统效率测试能力，为日后大规模可再生能源制氢的关键技术研究及应用提供理论基础。

氢储能可看作是一种化学储能的延伸，其基本原理就是将水电解得到氢气和氧气。以风电制氢储能技术为例，其核心思想是当风电充足但无法上网、需要弃风时, 利用风电将水电解制成氢气(和氧气), 将氢气储存起来；当需要电能时, 将储存的氢气通过不同方

式（内燃机、燃料电池或其他方式）转换为电能输送上网。

通常所指的氢储能系统是电-氢-电的循环，且不同于常规的锂电池、铅酸电池。其前端的电解水环节，多以功率（kW）计算容量，代表着氢储能系统的“充电”功率；后端的燃料电池环节，也以功率（kW）计算容量，代表着氢储能系统的“放电”功率；中间的储氢环节，多以氢气的体积（标准立方米Nm 3）计算容量，如换算成电能容量，1Nm 3氢气大约可产生1.25kWh 电能，储氢环节的容量大小决定了氢储能系统可持续“充电”或“放电”的时长，所以如果想增加电能的储存容量，加大储氢罐的体积或压力即可。如果将氢储能技术用于储能领域（如图1），

图1氢储能在可持续供电时长及储能容量方面与其他储能技术的对比

储能容量

氢气&合成气

100001000

100

10

1

0.1

0.01

0.001

1KWh

1MWh

1GWh

1GWh 10GWh 100GWh

10GWh 100GWh 10MWh 100MWh 10KWh

100KWh 可

持续供电时长每小时

理论上能够存储多少氢气/合成气/合成油就能储存多大规模的能量，是仅有的能够储存百GWh 以上且可维持几周供电的能量储备技术方式，具有广阔的发展潜力和应用前景，需从资源开发的角度，加大开发和利用。

目前欧、美、日等都制定了氢能发展战略和详细的计划，并在迅速而有步骤地推进，已经取得了积极成果。欧盟目前的可再生能源发电发展较快，欧盟计划在2020年、2030年、2040年、2050年可再生能源发电占总电力的比例分别达到35%、50%、65%、80%，并在2060年最终完全实现不依赖化石能源的可持续发展。而实现不依赖化石能源的可

持续发展这一目标的其中重要一环就是实现Power-to-Gas（P2G）技术路线，即把可再生能源以氢气或甲烷等方式大规模储存起来并加以应用。根据德国制定的《氢能与燃料电池计划》中的“氢的生产和配送”部分分析，德国目前的发展进度已经大大提前，原定2020年开始的计划现在就已经初露端倪。

德国一些大型能源电力公司，如EON 和ENERTRAG 等都在政府的宏观指导和具体支持下积极实施P2G 项目，以期最终实现利用风能等可再生能源的大规模制氢，这将是今后大规模利用风能最有前景的技术路线之一。下一步德国计划开展更大规模的20-50MW 风力发电制氢的P2G 示范项目，为未来的氢能源经济培育基础。

日本可能是世界上最接近氢社会的国家。这并不单单是因为燃料电池汽车（FCV）的产业化，而是因为全世界燃料电池进入千家万户的国家只有日本。2009年，家用燃料电池“ENE-FARM”的上市在全球开了先河。这种电池利用煤气和煤油提取氢气，注入燃料电池中发电。发电时产生的废热用来烧水、泡澡和地暖使用，能源效率超过9成。ENE-FARM 的主机由松下和东芝制造，通过东京瓦斯、大阪燃气、吉坤日矿日石能源等公司销售。东日本大地震发生后，受到电力短缺的推动，以首都圈为中心，其销量一路攀升。截至2015年1月底，松下在日本全国已累计出货约5.2万台ENE-FARM。

在氢储能系统示范应用方面，我国刚刚开展相关建设，在氢储能系统关键技术环节的氢燃料电池和加氢站方面有示范工程建设，主要用于示范新能源汽车和分布式电源。如目前国内仅有四所35MPa 加氢站，分别位于北京、上海、河南郑州和广东，而70MPa 加氢站正在大连建设当中。

现阶段风电耦合项目发展主要有三项：一是中国节能环保集团公司于2014年4月启

松下生产的ENE-FARM 家庭用氢燃料电池。

欧、美、日都制定了氢能发展战略

和详细的计划

目前国内仅有四所35MPa 加氢站