随着全球氢能源及燃料电池发展技术及市场的不断发展，安全、高效和低碳绿色氢能源时代即将到来。利用新能源电力制氢既能从根本上减排二氧化碳、进一步推动氢能源发展，也能促进大型发电公司解决新能源电能质量差及电网消纳问题，积极开拓氢能产业链布局，引领未来一流的清洁能源技术及产业，推进我国在新一轮能源革命中占领制高点。文本针对新能源发电制氢及氢储能技术方面展开探究。
关键词:新能源 发电 制氢 储能
中图分类号:TN7 文献标识码:A
引言
本文通过探究利用未来装机占比达82%的新能源电力制氢技术及储氢技术的现状及发展趋势，引导各清洁能源企业积极开拓下游氢能产业链布局，促进氢气成本进一步降低，从而推进中国氢能源及燃料电池产业发展，同时解决新能源电力先天性电能质量差及电网消纳等问题,具有非常实际的应用价值。
1、氢能发展的必然性
安全、高效、低碳是现代能源系统转型的主要目标。古代人类获取能量主要为木材提供，能量密度为0.13MJ/kg，通过不断的减碳加氢的能源利用，天然气、氢气能量密度最高可达140MJ/kg。基于全球氢能行业在氢气的制备、储存、运输、应用等技术的不断升级下，特别是燃料电池技术逐步进入商业模式创新与批产阶段，氢能利用的综合成本得到大幅下降，世界多数发达国家都将氢能作为战略能源发展，我国也在今年首次将氢能发展写进政府工作报告。为国家制定氢能源及燃料电池发展战略和实施路线提供顶层设计，支持联盟成员企业技术创新，推动全产业链的应用示范，创造参与氢能燃料电池装备制造应用技术，协助构建氢能社会并且做出规划，中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟应运而生。国家能源局近日发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》中表示：到2050年，氢能在中国能源体系中的占比约为10%，氢气需求量接近6000万吨，年经济产值将达12万亿元，全国加氢站达到10000座以上，交通运输、工业等领域将实现氢能普及应用，燃料电池车产量达到520万辆/年，固定式发电装置2万台套/年，燃料电池系统产能550万台套/年。
氢能发展与燃料电池的发展密不可分，在车用能源领域，未来汽车产业技术竞争的制高点就是氢能燃料电池。加氢站作为氢能制备和燃料电池汽车应用的上下游枢纽基础设施，加快建设有利于促进燃料电池技术的进一步研发与应用的普及。欧美日等发达国家已开发出多款氢燃料电池汽车，并配套建设加氢站。截止2016年底，全球有268座运营加氢站，主要集中在美国、德国和日本，日本在氢燃料电池领域取得超过1500件专利，本田的新燃料电池汽车销售补贴后售价仅为27.1万元人民币，续航里程达到650公里。我国自2011年以来相继发布了一系列政策，已开发出110千瓦燃料电池产品，但在燃料电池技术发展、氢能产业装备制造等氢能产业发展速度仍落后于发达国家。
2、氢能发展与新能源发电的耦合
氢能是人类的终极能源,氢气具有燃烧热值高、燃烧效率高、环保无毒等诸多优势。水在自然界中广泛分布，用水为原料生产大量的氢能是人类解决目前面临的能源危机和环境污染等一系列问题的最佳方案，但这一转化过程需要大量的能源。我国风光资源较为丰富、燃料电池分布式供电有良好的市场和产业基础。新能源电力存在随机性、波动性和间歇性等天然的电能质量问题，严重威胁着电网的安全稳定运行，也遇到了并网消纳的瓶颈。2017年，全国风电装机容量达1.64亿kW，光伏装机容量达1.3亿kW，而弃电量达到了近500亿kWh。在电气化加速情景下，2050年全终端能源需求可达38亿吨标煤，电力需求将达约14.4万亿千瓦时，电能在终端能源消费结构中占比达到46%，电源装机达到约58亿千瓦，其中清洁电源占比分别约为82%，光伏发电和风电装机分别达到20亿、13.7亿千瓦，分别为第一、第二大电源。因此，研究未来安全经济的储能技术开发与应用已势在必行，而氢能发展与新能源发电的耦合恰逢其时。
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3、氢储能系统中的关键技术
目前，制氢、储氢、运氢、加氢一套新的配套系统工程的整个产业链已经显现。影响氢气售价的主要因素是制氢及储运氢气在内的氢气成本部分，该部分占到氢气价格的70%以上，其中制氢原材料占到氢气成本的72%。低价电电解水制氢方法是目前氢能规模制备的主要方法，因此发电企业正开拓下游产业链布局，抢占市场先机,进而有效的提升企业的可持续发展。
制氢技术方面。电解水制氢技术对周围环境没有污染，其技术可以分为碱性电解、固体高分子电解质电解、高温固体氧化物电解方法，对于不同的化合物使用的温度不同,电解质的选用一般为氢氧化物，工作温度为70~80℃。固体高分子电解质电解法是通过固体电解质来将阳离子传输过去并且将电极进行隔离,电解过程中电极需要铂系金属,因此成本较高。高温固体氧化物电解法为水在电解质和高温蒸汽状态下电解为氢气和氧气的过程，工作温度在800~950℃，对制氢材料的损耗巨大,但其成本较低，在制氢技术中占据主要地位。
储氢技术方面。氢气单位能量体积巨大、容易泄露、液氢温度极低等特性影响储氢技术运用，目前储氢技术分别为:第一种是高压气态技术,为最常用的储氢方式，但20MPa高压钢瓶贮氢重量只占1.6%，微型球床的应用会有效解决该问题。第二种是低温液化技术,将氢气冷却到-253℃液化后贮存在真空绝热容器中，现有一种不需抽真空的间壁间充满导热系数极小的直径30~150μm中孔微珠的绝热容器已用于美国宇航局。第三种是金属固体技术，利用氢与氢化金属的可逆反应,在外界热量传递到金属氢化物时放出氢气，低温下将氢以固态结合形式储在金属氢化物中，目前最多使用的是铁钛系贮氢量达600L/kg。
4、提升制氢储能的合理利用
一是加强科技创新力度,提高产业核心竞争力。重点加强先进储能领域的关键核心技术建设，跟踪产业前沿技术未来发展方向。二是提升产业培育扶持强度。重点培育新能源汽车,先进储能等新能源产业,鼓励储能电池生产设备及辅助设备制造,加速装备制造产业化。三是加大政策支持。加强储能技术基础研究的投入,切实鼓励创新,掌握知识产权，从先进储能技术发展起始就重视环境因素,防治环境污染,充分发挥储能在节能减排方面的作用,把对新能源的鼓励政策延伸到储能环节。
结束语
随着全球氢能源及燃料电池发展技术及市场的不断发展，安全、高效和低碳绿色氢能源时代即将到来。利用电能质量较差且规模巨大的新能源电力制氢既能从根本上减排二氧化碳、进一步推动氢能源发展，也能促进大型新能源发电公司解决新能源电力消纳问题，积极开拓氢能制备、储存、运输、应用全产业链布局，占领未来一流的清洁能源的技术及市场制高点，推进我国在新一轮能源革命中取得胜利。
参考文献
[1]赵波,赵鹏程,胡娟,牛萌,肖宇,刘锋.用于波动性新能源大规模接入的氢储能技术研究综述[J].电器与能效管理技术,2018(16):1-7.
[2]张明霞,闫涛,来小康,陈继忠,牛萌,徐少华.电网新功能形态下储能技术的发展愿景和技术路径[J].电网技术,2018,42(05):1370-1377.
[3]肖宇. 应用氢储能技术：解决弃风弃光问题的新思路[N]. 国家电网报,2016-04-19(006).
[4]李建林,田立亭,来小康.能源互联网背景下的电力储能技术展望[J].电力系统自动化,2015,39(23):15-25.
论文作者:宋晓峰
论文发表刊物:《中国电业》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/5
标签：新能源论文; 氢气论文; 技术论文; 燃料电池论文; 能源论文; 储能论文; 制氢论文; 《中国电业》2019年第08期论文;