氫能被譽(yù)為終極清潔能源。

具備高效無(wú)污染、儲量豐富、儲運靈活等優(yōu)點(diǎn)，應用場(chǎng)景多樣，市場(chǎng)空間廣闊，被冠以十萬(wàn)億賽道的頭銜。

不過(guò)，作為新興產(chǎn)業(yè)，同樣存在著(zhù)諸多問(wèn)題。

比如，制氫成本過(guò)高，儲運方式不經(jīng)濟，下游氫能源車(chē)無(wú)法規?；茝V，有著(zhù)較多需要攻關(guān)的技術(shù)難點(diǎn)。

在政策大力扶持、資本的助推下，科研機構、企業(yè)不斷精進(jìn)，陸續打破各項技術(shù)瓶頸。氫能產(chǎn)業(yè)完成從0到1的蝶變過(guò)程，即將迎來(lái)高速發(fā)展時(shí)期。

近日，國家重點(diǎn)研發(fā)計劃中的固態(tài)儲氫開(kāi)發(fā)項目率先在廣州和昆明實(shí)現并網(wǎng)發(fā)電。這是我國首次利用光伏發(fā)電制成固態(tài)氫能并成功應用于電力系統，對于推進(jìn)可再生能源大規模制氫、加快建成新型電力系統具有里程碑意義。

能源站通過(guò)氫能的制取、存儲、發(fā)電、加氫一體化，實(shí)現“綠電”與“綠氫”之間的靈活轉換，很好地解決了新能源發(fā)電的隨機性、季節性波動(dòng)強的難題。

在示范項目中，以固態(tài)儲氫技術(shù)為基石，氫能向外界展示了在儲能方面的應用。

01.氫儲能長(cháng)時(shí)間、大容量、跨區域的優(yōu)勢

眾所周知，儲能應用場(chǎng)景豐富，技術(shù)路線(xiàn)眾多。

基本可以分為機械儲能、電磁儲能、電化學(xué)儲能、光熱儲能四大類(lèi)。

而按照能源形式可以分為電儲能、熱儲能和氫儲能。機械儲能、電化學(xué)儲能和電磁儲能屬于電儲能。

不同儲能技術(shù)均有其優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的應用場(chǎng)景。

對于氫能而言，主要適用于長(cháng)時(shí)間、大容量、跨區域、多種類(lèi)的儲能場(chǎng)景。

首先，在新能源消納方面。氫儲能在放電時(shí)間（小時(shí)至季度）和容量規模（百吉瓦級別）上的優(yōu)勢比其他儲能明顯。

氫儲能基本沒(méi)有剛性的儲存容量限制，可根據需要滿(mǎn)足數天、數月乃至更長(cháng)時(shí)間的儲能需求，從而平滑可再生能源季節性的波動(dòng)。

其次，氫能在空間上的轉移也更為靈活。氫氣的運輸不受輸配電網(wǎng)絡(luò )的限制，可實(shí)現能量跨區域、長(cháng)距離、不定向地轉移?？刹捎瞄L(cháng)管拖車(chē)、管道輸氫、天然氣摻氫、液氨等儲運方式，更為靈活。

再次，氫能的應用范圍也更為廣泛?？筛鶕煌I(lǐng)域的需求轉換為電能、熱能、化學(xué)能等。

最后，在地理限制與生態(tài)保護上。相較于抽水蓄能和壓縮空氣等大規模儲能技術(shù)，氫儲能不需要特定的地理條件且不會(huì )破環(huán)生態(tài)環(huán)境。

對于現階段主流的電化學(xué)儲能而言，氫儲能互補性強于競爭性。

相較于以鋰電池為代表的電化學(xué)儲能，氫儲能在能量密度、儲能時(shí)長(cháng)上具有較大優(yōu)勢，在能量轉換效率、響應速度等方面則相對較差。

電化學(xué)儲能主要針對日內、高頻的波動(dòng)，氫儲能則主要用于季節性或跨地區的能量轉移。

氫儲能與電化學(xué)儲能并不是非此即彼的競爭關(guān)系，而是互為補充，共同支撐未來(lái)電力系統的平穩運行。

02.氫儲能的效率缺陷

同樣地，氫儲能也存在著(zhù)諸多缺點(diǎn)。

首先，氫儲能系統效率較低。

現階段，抽水蓄能、鋰電池等多種儲能的能量轉化效率均在70%以上，而氫儲能需要完成“電?氫?電”兩次能量轉換，整體效率不到40%，與其他儲能的效率差距明顯。

其次，成本高昂。

制氫成本是一方面，系統成本是另一方面。

氫儲能是否具備經(jīng)濟性，是其規?；茝V應用的先決條件。

而經(jīng)濟性取決于充（制氫）放（發(fā)電）電價(jià)差。

假設綠電-制氫-發(fā)電場(chǎng)景：機構研究結果表明，可再生能源電價(jià)占綠氫制氫成本的60%-70%。

以0.15元/kWh可再生能源發(fā)電電價(jià)和50kWh/kg制氫電耗計算，可再生能源制氫的成本約為10.7-12.5元/kg。按照單位千克氫氣發(fā)電18kWh和0.6元/kWh售電價(jià)格計算，售電收入為10.8元/kg，最多與制氫成本勉強持平，全鏈條算下來(lái)必然虧損。

當前抽水蓄能和壓縮空氣儲能投資功率成本約為7000元/kW，電化學(xué)儲能成本約為2000元/kW，而氫儲能系統成本約為13000元/kW，遠高于其他儲能方式。其中，燃料電池發(fā)電系統造價(jià)約9000元/kW，占到總投資的近70%。

最后，受技術(shù)、經(jīng)濟、政策和標準等因素的制約，氫能在新型電力系統中的應用仍面臨諸多挑戰。

那么，氫儲能未來(lái)發(fā)展方向在哪？

03.廣義氫儲能打開(kāi)市場(chǎng)空間

首先，是靈活運用，不單單只局限于服務(wù)發(fā)電端。

從廣義上講，氫儲能是“電?氫”單向轉換，以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)等形式存儲起來(lái)，既可以服務(wù)于電力，應用于新型電力系統“源網(wǎng)荷”的各個(gè)環(huán)節。又可以為交通、建筑和工業(yè)等終端部門(mén)提供高純度氫氣。

在狹義氫儲能的“氫?電”轉化環(huán)節，充分利用氫燃料電池的熱電聯(lián)產(chǎn)特性，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，實(shí)現不同品位能量的梯級利用，提高能量的轉化效率。

氫儲能既可以?xún)﹄?，又可以?xún)浼捌溲苌铮ㄈ绨?、甲醇），轉化為甲醇和氨氣等化學(xué)衍生物（Power-to-X，P2X）進(jìn)行更安全地儲存。

棄光、棄風(fēng)問(wèn)題一直存在于電力系統中。隨著(zhù)我國“雙碳”目標下新能源裝機和發(fā)電量的快速增長(cháng)，未來(lái)新能源消納仍有較大隱憂(yōu)。

全國新能源消納監測預警中心發(fā)布2022全國新能源并網(wǎng)消納情況，具體來(lái)看，風(fēng)電利用率為96.8%，光伏利用率為98.3%。

2022年我國風(fēng)電、光伏發(fā)電量達到1.19萬(wàn)億千瓦時(shí)。棄光、棄風(fēng)的電力高達上百億千瓦時(shí)。

因此，利用廣義氫儲能將無(wú)法并網(wǎng)的電能就地轉化為綠氫，不僅可以解決新能源消納問(wèn)題，并可為當地工業(yè)、交通和建筑等領(lǐng)域提供清潔廉價(jià)的氫能，延長(cháng)綠色產(chǎn)業(yè)鏈條。

從成本端來(lái)看，未來(lái)，隨著(zhù)新能源電力價(jià)格以及電解資本支出的下降，氫儲能中的電解系統成本將大幅下降。根據專(zhuān)業(yè)機構估算，當電價(jià)為0.5元/kW·h時(shí)，堿性電解和PEM電解的單位制氫成本分別為33.9元/kg和42.9元/kg，而當電價(jià)下降為0.1元/kW·h時(shí)，上述數值分別僅為9.2元/kg和20.5元/kg。

與此同時(shí)，隨著(zhù)規模效應和技術(shù)成熟，堿性和PEM電解槽投資成本將以每年9%和13%的學(xué)習曲線(xiàn)下降，氫燃料電池和儲氫罐成本也分別以11%~17%、10%~13%的速率下降。

氫儲能技術(shù)憑借著(zhù)能量維度、時(shí)間維度和空間維度上的突出優(yōu)勢，隨著(zhù)廣義儲能的應用以及成本的逐步下降，將在各領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

04.固態(tài)儲氫落地應用

在氫儲能產(chǎn)業(yè)鏈中，儲氫環(huán)節上連氫氣制造，下接氫氣應用。是不可或缺的重要一環(huán)。

我們常見(jiàn)的儲氫技術(shù)通常分為氣態(tài)儲運、液態(tài)儲運以及固態(tài)儲運三種方式。

通過(guò)技術(shù)領(lǐng)域的摸索，對這三種方式進(jìn)行簡(jiǎn)單比較，可以大致得到一些確定性的結論。

氣態(tài)儲運的成本較低、充放氫速度較快，目前最為成熟，應用也最廣。但儲氫密度與運輸半徑較為有限，所以適用于短途運輸。

相比之下，中長(cháng)距離大規模運輸，主要考慮管道和液氫運輸方式。液態(tài)儲運的儲氫密度較大，但設備投資與能耗成本較高。

固態(tài)氫儲能技術(shù)具有儲存時(shí)間長(cháng)、安全性高、釋放氫氣方便等優(yōu)點(diǎn)，也存在著(zhù)室溫下儲氫量過(guò)低,且吸附材料的制備昂貴,商業(yè)化程度較低的問(wèn)題。

根據固態(tài)材料儲氫機制的差異，主要可將儲氫材料分為物理吸附型儲氫材料和金屬氫化物基儲氫合金兩類(lèi)，其中，金屬氫化物儲氫是目前最有希望且發(fā)展較快的固態(tài)儲氫方式。

其原理是將氫氣與合金發(fā)生化學(xué)反應，氫原子進(jìn)入金屬的空隙中存儲，生成了一種叫“氫化物”的固態(tài)物質(zhì)，當需要對外供氫時(shí)，升高氫化物的環(huán)境溫度就可以釋放氫氣。

儲氫材料，主要來(lái)自我國儲量豐富的稀土元素和鈦資源。

在全世界范圍內，經(jīng)濟發(fā)達國家和地區正在積極推動(dòng)固態(tài)氫儲能技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。美國、日本、韓國等國家一直處于這項技術(shù)的前沿，歐洲國家也在積極發(fā)展該技術(shù)。

與國外相比，中國在固態(tài)氫能儲存技術(shù)方面的研究起步較晚，但是憑借著(zhù)近年來(lái)的不斷創(chuàng )新和加強的投入，已經(jīng)取得了實(shí)質(zhì)的進(jìn)展。隨著(zhù)我國氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，陸續打破各項技術(shù)瓶頸，使得固態(tài)儲氫技術(shù)得以進(jìn)入應用。

云南電氫智慧能源站試點(diǎn)項目中，同樣體積的三兆帕氫氣儲罐只能儲存10公斤的氫氣，而固態(tài)氫儲能技術(shù)則可以?xún)Υ?00立方米氫氣，儲氫密度提高20倍。

廣東示范項目中，所采用的核心技術(shù)和裝置全部國產(chǎn)化，固態(tài)儲氫裝置核心單元的體積儲氫密度指標達到國內領(lǐng)先水平。固態(tài)儲氫裝置替代傳統加氫站中的氫壓縮機、高壓儲罐和純化系統，可使單站建設成本節約200余萬(wàn)元。

隨著(zhù)固態(tài)儲氫等技術(shù)的深入探索，加氫站、燃料電池車(chē)、電氫智慧能源站、熱電聯(lián)供、調峰調頻、航空、軍工、冶金等領(lǐng)域的應用正在逐步落地。

氫能將在諸多領(lǐng)域得到更廣泛的應用，實(shí)現從1邁入到N。