國際氫能展獲悉，氫能作為一種低碳新能源、新原料，是實(shí)現能源轉型的關(guān)鍵載體，是未來(lái)二次能源體系中電能的重要補充。氫儲能作為新型儲能方式，具有放電時(shí)間長(cháng)、容量規模大、經(jīng)濟性高、儲運靈活和對環(huán)境友好等優(yōu)勢，能有效補充其他儲能的不足，將在新型電力系統建設中發(fā)揮重要作用。目前國內外氫儲能處在示范應用階段，未來(lái)隨著(zhù)技術(shù)發(fā)展和規?；瘧?，氫儲能成本將大幅下降，對服務(wù)碳達峰碳中和有重要意義。

一、氫儲能為狹義“電氫電”與廣義“電氫”

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，主要包含電解槽、儲氫罐和燃料電池等裝置。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)。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。二、氫儲能應用價(jià)值極高，是新型電力系統的重要補充

黨的二十大報告明確提出，加快規劃建設新型能源體系，加大增儲上產(chǎn)力度。新型電力系統是新型能源體系的重要組成，其以新能源成為主體電源，關(guān)鍵在于統籌發(fā)展不同功能定位的儲能，引入大規模、跨區域的新興調峰手段，實(shí)現不同時(shí)間尺度上的功率與能量平衡，并與其他深度脫碳的能源品種進(jìn)行有機融合，實(shí)現碳中和的最終目標。隨著(zhù)儲能成為源網(wǎng)荷儲新型電力系統不可或缺的第四要素，氫儲能可以實(shí)現小時(shí)至季節的長(cháng)時(shí)間、跨季節儲存，運輸方式多元，不受輸配電網(wǎng)絡(luò )的限制，能夠在電源側、電網(wǎng)側、用戶(hù)側起到平抑風(fēng)光出力波動(dòng)、跟蹤計劃出力曲線(xiàn)、提供調峰輔助容量、參與電力需求響應、緩解輸配線(xiàn)路阻塞等輔助作用，將成為新型電力系統的重要補充。

氫儲能在電源側，減少棄電、平抑波動(dòng)。由于光伏、風(fēng)力等新能源出力具有天然的波動(dòng)性，棄光、棄風(fēng)問(wèn)題一直存在于電力系統中，利用氫儲能將無(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。同時(shí)，氫儲能系統在風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站出力尖峰時(shí)吸收功率，在其出力低谷時(shí)輸出功率。風(fēng)光總功率加上儲氫能的功率后的聯(lián)合功率曲線(xiàn)變得平滑，從而提升新能源并網(wǎng)友好性，支撐大規模新能源電力外送。氫儲能在電網(wǎng)側，提供調峰容量和緩解輸變線(xiàn)路阻塞。電網(wǎng)接收消納新能源的能力很大程度上取決于其調峰能力。

隨著(zhù)大規模新能源的滲透及產(chǎn)業(yè)用電結構的變化，電網(wǎng)峰谷差將不斷擴大，而氫儲能具有高密度、大容量和長(cháng)周期儲存特點(diǎn)，可以提供可觀(guān)的調峰輔助容量。此外，在我國部分地區，電力輸送能力的增長(cháng)跟不上電力需求增長(cháng)的步伐，在高峰電力需求時(shí)輸配電系統會(huì )發(fā)生擁擠阻塞，影響電力系統正常運行。因此，大容量的氫儲能可充當“虛擬輸電線(xiàn)路”，安裝在輸配電系統阻塞段的潮流下游，電能被存儲在沒(méi)有輸配電阻塞的區段，在電力需求高峰時(shí)氫儲能系統釋放電能，從而減少輸配電系統容量的要求，緩解輸配電系統阻塞的情況。氫儲能在用戶(hù)側，實(shí)現電價(jià)差額套利以及作為應急備用電源。我國目前絕大部分省市工業(yè)用戶(hù)均已實(shí)施峰谷電價(jià)制來(lái)鼓勵用戶(hù)分時(shí)計劃用電，利用氫儲能，用戶(hù)可以在電價(jià)較低的谷期利用氫儲能裝置存儲電能，在高峰時(shí)期使用燃料電池釋放電能，實(shí)現峰谷電價(jià)套利。

此外，柴油發(fā)電機、鉛酸蓄電池或鋰電池是目前應急備用電源系統的主流，存在噪音大、高污染排放或使用壽命較短、能量密度低、續航能力差等缺陷。而移動(dòng)式氫燃料電池擁有環(huán)保、靜音、長(cháng)續航等特點(diǎn)，是最理想的替代方案之一。目前國內已有實(shí)踐案例，如首臺單電堆功率超過(guò)120 kW氫燃料電池移動(dòng)應急電源參與抗擊廣東省的“山竹”臺風(fēng)。

三、氫儲能優(yōu)勢與不足明顯，行業(yè)處于示范應用階段

氫儲能儲存容量、放電時(shí)長(cháng)等性能指標優(yōu)勢明顯，但投資成本和轉化效率有一定差距。氫儲能的能量密度可達140MJ/kg，是鋰電池等電化學(xué)儲能的100多倍，可以以更小的體積存儲更多的能量，有效避免能量浪費的現象。在熱值上，氫氣熱值可達120MJ/kg，是煤炭、天然氣、石油等傳統化石能源的3-4倍。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。在轉化效率上，抽水蓄能、飛輪儲能、鋰電池、鈉硫電池以及各種電磁儲能的能量轉化效率均在70%以上。氫儲能“電—氫”轉化過(guò)程的堿性電解水、PEM電解水和固體氧化物(SO)電解水制氫效率分別為63%—70%、56%—60%和74%—81%，而“氫—電”轉化過(guò)程的燃料電池發(fā)電效率僅為50%—60%，能量損失高于其他常用的儲能技術(shù)，大規模應用還有待技術(shù)提升。在成本方面，相關(guān)關(guān)鍵核心材料也依賴(lài)進(jìn)口，RFC技術(shù)與國際先進(jìn)水平有一定差距，氫儲能系統成本約為13000元/kW，遠高于抽水蓄能(7000元/kW)與電化學(xué)儲能(2000元/kW)等其他儲能方式。(數據來(lái)源：氫儲能在我國新型電力系統中的應用價(jià)值、挑戰及展望[J].中國工程科學(xué)，2022，24(3):89-99.)

數據來(lái)源：香橙會(huì )氫能數據庫、Xiangyu Meng《China"s hydrogen development strategy in the context of double carbon targets》、公開(kāi)數據等

中關(guān)村產(chǎn)業(yè)研究院整理國內外氫儲能的發(fā)展還處在示范應用階段。國外已超過(guò)9座氫儲能設施在運營(yíng)，其中最大的一處在德國，電解槽裝機量為6000kW。我國氫儲能方面的研究起步較晚，目前我國已建成的氫儲能項目多數是kW級別的電解水制氫系統，氫燃料電池的功率也以kW和MW級別為主，制氫和發(fā)電規模較小，已有多個(gè)氫儲能投運，以東部地區為主，氫儲能項目逐步增多，發(fā)展風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的同時(shí)建立氫儲能電站，借助氫能實(shí)現電網(wǎng)電力的調峰和轉換。2019年8月，我國首個(gè)兆瓦級氫儲能項目在安徽六安落地，并于2022年正式投運，成功實(shí)現并網(wǎng)發(fā)電，利用1MW質(zhì)子交換膜電解制氫和余熱利用技術(shù)，實(shí)現電解制氫、儲氫、售氫、氫能發(fā)電等功能。

四、氫儲能大規模應用尚有距離，技術(shù)和成本為最大限制

氫儲能主要包括三個(gè)部分，制氫系統、儲氫系統、氫發(fā)電系統，這需要把氫能全產(chǎn)業(yè)鏈集成，實(shí)現電能鏈和氫產(chǎn)業(yè)鏈兩條路徑實(shí)現能量流轉。雖然氫儲能是未來(lái)大規模儲能的主流路徑，制氫系統成本和發(fā)電成本居高，主流汽車(chē)運輸方式成本高效率低，高壓儲氫瓶亟待迭代升級，碳纖維材料、碳纖維纏繞設備與高壓罐體等加工設備高度依賴(lài)進(jìn)口，長(cháng)距離氫氣運輸氫儲運的技術(shù)問(wèn)題也成為現階段制約產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的重要因素。隨著(zhù)佛山制氫加氫一體化站、中石化光氫油綜合能源站等探索，或通過(guò)光伏風(fēng)電基地旁邊調峰煤電廠(chǎng)用摻氫燃燒的方式發(fā)電等方式，氫能產(chǎn)業(yè)向綜合能源站發(fā)展，就近消納的發(fā)展模式，或許可以破解當前困境，實(shí)現降本提效。

中關(guān)村產(chǎn)業(yè)研究院整理氫能標準體系仍待建立，需要政府企業(yè)形成合力。新階段多地對氫能在交通領(lǐng)域的示范試點(diǎn)已經(jīng)取得一定成果，但氫能作為一種“能源產(chǎn)品”，尚未被實(shí)質(zhì)性納入能源產(chǎn)品管理體系，在發(fā)電、儲能、工業(yè)等領(lǐng)域的規?；瘧萌杂写齽?chuàng )新。氫儲能系統與風(fēng)電場(chǎng)的寬功率波動(dòng)適配性尚需提高。由于風(fēng)力、太陽(yáng)能的不確定性較強，功率輸出波動(dòng)范圍非常大，隨機變化導致堿性電解水裝置輸入功率頻繁變動(dòng)，造成石棉隔膜壓力和堿液濃度等的變化，影響電解水效率和電解裝置的壽命和運行安全性。同時(shí)，電解水制氫需要一個(gè)穩定的直流電源，以提供足夠的電力來(lái)驅動(dòng)電解反應，頻繁的電力波動(dòng)將對設備的運行壽命和氫氣純度質(zhì)量造成較大影響。因此，需要深入研究制氫裝備的功率波動(dòng)適應性，開(kāi)發(fā)大功率、低成本的高效率的工業(yè)化堿性電解水制氫技術(shù)，以及開(kāi)發(fā)可快速響應功率波動(dòng)的質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù)，以提高電解水制氫設備對間歇性電源功率波動(dòng)的適應性。

五、氫儲能未來(lái)展望

近兩年，我國氫儲能項目逐步增多，培育“風(fēng)光發(fā)電+氫儲能+抽水蓄能”一體化應用新模式，發(fā)展風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的同時(shí)建立氫儲能電站，在資源條件適宜的地區，借助氫能實(shí)現電網(wǎng)電力的調峰和轉換。在碳中和及儲能背景下隨著(zhù)燃料電池方面“八大件”(八大件指催化劑、擴散層、質(zhì)子交換膜、膜電極、雙極板、電堆、空氣壓縮機、氫循環(huán)泵)等關(guān)鍵零部件國產(chǎn)化加速，各項技術(shù)自主化程度逐漸提高，氫能產(chǎn)業(yè)鏈整體成本將不斷降低，上游耦合風(fēng)光制氫、下游多領(lǐng)域探索零碳應用，氫儲能將迎來(lái)藍海市場(chǎng)。

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