國際氫能展獲悉，氫儲能是利用電力和氫能的互變性而發(fā)展起來(lái)的。氫儲能既可以?xún)﹄?，又可以?xún)浼捌溲苌?如氨、甲醇)。狹義的氫儲能是基于“電氫電”(Power-to-Power，P2P)的轉換過(guò)程，利用低谷期富余的新能源電能進(jìn)行電解水制氫，儲存起來(lái)或供下游產(chǎn)業(yè)使用;在用電高峰期時(shí)，儲存起來(lái)的氫能可利用燃料電池進(jìn)行發(fā)電并入公共電網(wǎng)。

(圖：氫儲能狹義“電氫電”示意圖)

廣義的氫儲能強調“電氫”單向轉換，以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)等形式存儲氫氣(Power-to-Gas，P2G)，或者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。

(圖：氫儲能廣義“電氫”示意圖)

電-氫-電技術(shù)作為一種新興的能源轉換和儲存方式，正在全球范圍內引起廣泛關(guān)注。我們主要介紹這一技術(shù)路線(xiàn)，其包括三個(gè)主要環(huán)節：電解水制氫、氫氣儲運以及燃料電池發(fā)電。每個(gè)環(huán)節都涉及復雜的技術(shù)和效率考量，對整個(gè)系統的性能起著(zhù)決定性作用。

電解水制氫

電解水制氫是整個(gè)流程的起點(diǎn)，也是能耗最大的環(huán)節之一。目前，進(jìn)入商業(yè)化應用主要有兩種電解技術(shù)：堿性電解和質(zhì)子交換膜(PEM)電解。

堿性電解水技術(shù)相對成熟，效率范圍在65%到80%之間。其電解槽的電耗為48.4到60.5 kWh/kg氫。這種技術(shù)成本較低，但效率相對較低，且對水質(zhì)要求較高。

質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)效率更高，在70%到85%之間。其電解槽電耗為46.2到56.1 kWh/kg氫。PEM技術(shù)具有更高的電流密度、更快的響應速度和更好的兼容性，特別適合與可再生能源配套使用。然而，其成本較高，且對催化劑和膜材料的要求更嚴格。

研究人員正在努力提高電解效率，開(kāi)發(fā)新型催化劑和膜材料，以降低成本并提高性能。未來(lái)，高溫電解和固體氧化物電解等新興技術(shù)可能會(huì )帶來(lái)更高的效率。

氫氣儲運

氫氣儲存是電-氫-電技術(shù)鏈中的關(guān)鍵環(huán)節，直接影響系統的整體效率和經(jīng)濟性。

高壓氣態(tài)儲氫是目前最常用的方法，能耗相對較低，約為1到3 kWh/kg。這種方法適用于中小規模的儲存需求，但對容器材料和安全性要求較高。

低溫液態(tài)儲氫能夠大幅提高儲存密度，但能耗顯著(zhù)增加，達到12到15 kWh/kg。液氫主要用于長(cháng)距離運輸和大規模儲存，但需要復雜的絕熱系統和嚴格的溫控。

值得注意的是，如果使用高壓PEM電解設備，產(chǎn)生的氫氣可以直接存儲和使用，幾乎可以忽略壓縮過(guò)程的能耗，這為提高系統整體效率提供了可能。

在運輸方面，能耗主要取決于距離和運輸方式。對于局部電網(wǎng)平衡或小規模應用，如果制氫和發(fā)電設施位于同一區域，運輸環(huán)節的能耗可以忽略不計。然而，對于大規模、長(cháng)距離的氫能利用，如跨國氫能貿易，運輸成本和能耗將成為重要考慮因素。

研究人員正在探索新型儲氫材料和技術(shù)，如金屬氫化物、有機液體氫載體等，以提高儲存密度、降低成本和能耗。

(圖：氫儲能狹義“電氫電”示意圖)

燃料電池發(fā)電

燃料電池是電-氫-電技術(shù)鏈的最后一環(huán)，將氫氣中的化學(xué)能轉化為電能。目前，燃料電池系統的整體效率在40%到60%之間。這意味著(zhù)1kg氫氣可以產(chǎn)生13.3到19.9 kWh的電力。

燃料電池技術(shù)正在快速發(fā)展，不同類(lèi)型的燃料電池適用于不同的應用場(chǎng)景。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)因其低溫運行、快速啟動(dòng)等特點(diǎn)，在交通和便攜式應用中占據主導地位。固體氧化物燃料電池(SOFC)則因其高效率和良好的熱電聯(lián)產(chǎn)性能，在固定式發(fā)電領(lǐng)域展現出巨大潛力。

研究人員正致力于提高燃料電池的效率、降低成本、延長(cháng)壽命，并探索新型催化劑和膜材料。

(圖3 燃料電池發(fā)電系統示意)

系統效率分析

綜合考慮各個(gè)環(huán)節的效率，電-氫-電技術(shù)的總體效率在21.2%到43%之間。這個(gè)范圍反映了不同技術(shù)組合和運行條件下的性能差異。

值得注意的是，制氫效率通常以高熱值(HHV)計算，而燃料電池效率則以低熱值(LHV)計算。這種差異使得直接將各環(huán)節效率相乘可能導致誤差。

在最理想的情況下，即采用高效的PEM電解制氫、直接高壓儲存、并使用高效燃料電池系統發(fā)電，電-氫-電技術(shù)的總效率可以達到43%。雖然這一效率低于某些傳統儲能技術(shù)(如抽水蓄能)，但考慮到氫能的靈活性、可擴展性和長(cháng)期儲存能力，它在未來(lái)能源系統中仍具有重要地位。

展望未來(lái)

盡管電-氫-電技術(shù)目前面臨效率和成本方面的挑戰，但它在可再生能源集成、季節性?xún)δ芎吞贾泻湍繕藢?shí)現等方面具有獨特優(yōu)勢。隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步和規?；瘧?，預計其效率將進(jìn)一步提高，成本將顯著(zhù)下降。

此外，氫能在工業(yè)、交通和建筑等多個(gè)領(lǐng)域的應用潛力，使得電-氫-電技術(shù)成為構建綜合能源系統的重要組成部分。未來(lái)，隨著(zhù)可再生能源占比提高，電網(wǎng)靈活性需求增加，電-氫-電技術(shù)有望在能源轉型中發(fā)揮更加重要的作用。

氫儲能 燃料電池 PEM電解制氫 

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