- 頭條中國可再生能源制氫產業及技術的發展現狀2021-07-17 作者：李爭 張蕊 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語近年來，我國氫能產業發展加快，產業戰略布局不斷強化。隨著政策的引導、技術的突破和產業構建的逐步完善，截至2019年底，在建和已建加氫站將近140座，其中半數已經建成并投入運營，但仍存在關鍵材料和上層核心技術尚未自主、基礎設施建設不足等諸多瓶頸。
近年來，可再生能源綜合系統的迅猛發展以及電動汽車產業的興起提高了市場對于氫能技術的預期，國家對于氫能產業的發展十分重視。
2016年，我國發布《能源技術革命重點創新行動路線圖》，提出“實現大規模，低成本制取、存儲、運輸、應用氫氣”。同年，印發《“十三五”國家科技創新規劃》，重點發展氫能等能夠引領產業變革的顛覆性技術。
2019年，“氫能”首次寫入國家政府報告，國家能源局發布了《綠色產業指導目錄》，積極鼓勵發展氫能，同時浙江、山西等地提出地方氫能發展政策，政府加大支持補貼力度。目前，中國已經形成七個氫能產業集群，并制定三大發展階段支撐氫能產業發展。
國內對制氫技術的高度重視及政策支持使我國的制氫產業發展態勢良好。
2016年，大連“十二五”863項目示范工程建成了我國首個風光互補發電制氫站，將制氫技術、超高壓存儲技術以及加注技術融合為一體。2018年，國家能源局在廣州開發了能源綜合利用示范區，實現超前布局氫能產業核心技術，發揮聚集效應，積極打造“中國氫谷”。
2019年，全球最大的風電制氫項目——沽源風電制氫綜合利用項目的工程進入收尾階段，全部完成之后，每年的產氫能力將會達到1752萬m3（標準），與燃料電池等資源整合，解決當地的棄風、棄光問題。國電大渡河流域水電開發公司積極打造“川西氫能天路”，充分利用當地的水電資源，建設完成一座加氫站和氫能公交示范運行。
山東省以濟南為核心，建設集氫能源科技園、氫能源產業園、氫能源會展商務區三位一體氫能源經濟圈。以兗礦集團為代表的龍頭企業擁有一流制氫技術，形成供應端產氫、儲氫和運氫的完整產業體系，推動氫能源分別以集中式供給和分布式供給兩種方式發展的示范應用。
我國風電制氫技術研發起步較晚，進展較為緩慢。目前尚無成熟的商業運行的風電制氫儲能和燃料電池發電系統，大規模可再生能源制氫示范工程設計經驗不足，在系統的關鍵性技術、效率提升和經濟性方面未能取得實質性的進展。
國內的制氫技術研究起步相對較晚，對可再生能源制氫技術的研究較少，主要從經濟性和控制策略角度對制氫技術進行分析與優化。
2014年，張佩蘭等對制氫技術的經濟性進行分析，分析了現有的幾種工業化制氫技術，發現制氫技術的經濟性與制氫裝置成本及位置、規模密切相關。金雪等從目前制氫的成本、壽命及效率考慮，針對西部地區可再生能源難以消納的問題，提出利用制氫技術解決棄風、棄光問題，分析了制氫、儲氫技術研究現狀及應用前景，給出了燃料電池氫儲能及氫混天然氣兩種發展思路。
經濟性問題是制約制氫技術發展的瓶頸之一，而制氫技術的不斷成熟將會成為解決電解水制氫成本問題的最佳選擇。在制氫技術經濟性能基礎上，對制氫技術本身也進行了創新研究。
蔡國偉等建立了基于直流母線結構的綜合能源制氫系統，運用光伏最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking, MPPT）算法對能源進行預測，針對混合系統的不同運行工況，設計了相應的控制策略，提高了制氫系統在整個系統中的穩定性。
王代等探討了可再生能源與電網之間的相互作用，通過控制制氫系統，不僅可以緩解可再生能源的間歇性，還可以整合多個能源部門，更好地將可再生能源整合到電力系統中。
2019年，李文磊等建立了分布式能源制氫的模型，分析了有儲能和無儲能系統及風速與光照強度變化對制氫效率的影響，有儲能系統的條件下，明顯提高了制氫效率，能夠平抑可再生能源造成的功率波動。依靠我國優越的自然資源條件，加上制氫技術的不斷發展，可再生能源制氫是長期必然趨勢。
通過研究發現，風光等可再生能源協同制氫是可行的。然而可再生能源受環境影響，導致輸出功率波動較大、間歇性強，很難大規模單獨應用，我國水資源儲備豐富，水庫蓄水可以抑制能源波動，同時對風光能源進行調節。
能源互補協同發電，可以提高能源利用率，推動工業及生活向更加低碳清潔的方向發展。電解水制氫過程同樣可以有效地緩解可再生能源引起的功率波動，將會貫穿于氫能發展的整個過程。
可再生能源互補系統電解水制氫的技術將會不斷成熟，制氫成本也將逐漸下降，制氫來源傾向于電解水制氫，氫氣主要來源趨勢預測圖如圖1所示。電解水制氫將逐步滿足商業需求，實現分布式制氫，不僅可以實現制氫過程集中化，供氫過程區域化，還可以設計建造小型的電解水制氫裝備，達成氫能源的智慧互聯。
圖1 氫氣主要來源趨勢預測圖
目前風電及太陽能發電制氫產業起步較早，技術已達到國際一流水平，在新能源制氫產業能夠先行一步，成為目前發展的主流。混合可再生能源互補系統使得能源的利用率得以提高，產生的氫氣作為一種清潔的新能源在眾多領域都有廣泛的應用。
總體來說，國內關于混合可再生能源制氫技術發展相對緩慢，制氫技術仍然面臨諸多問題，當前能夠產業化的太陽能發電制氫、風電制氫和生物質氣化制氫經濟性不甚理想，與化石能源制氫相比競爭力較差。我國可再生能源產業的健康發展，能源結構的不斷優化需要加快研發和應用制氫、儲氫、氫燃料電池技術。因此，可再生能源多能互補制氫技術的發展具有十分重要的意義。
本文摘編自2021年第3期《電工技術學報》，論文標題為“可再生能源多能互補制-儲-運氫關鍵技術綜述”，作者為李爭、張蕊 等。
