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目前全球能源處于轉(zhuǎn)型過程，氫能作為二次能源，擁有來源多樣、方便存儲(chǔ)和運(yùn)輸、應(yīng)用廣泛等優(yōu)勢，因此氫能可以推動(dòng)現(xiàn)有能源系統(tǒng)向更新型、更優(yōu)化的方向發(fā)展，可再生能源和二次新能源，如氫能/電能的相互結(jié)合利用將會(huì)成為未來能源發(fā)展的趨勢。

氫氣作為清潔低碳的新能源，能夠幫助難以脫碳行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳減排的目標(biāo)；氫能以較低的成本豐富了可再生能源的存儲(chǔ)方式，可以幫助可再生能源調(diào)節(jié)能量波動(dòng)，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)多元化并保障能源供應(yīng)安全。

有效利用氫能是目前解決能源短缺及污染嚴(yán)重問題的有效手段，可再生能源制氫技術(shù)是氫能得到應(yīng)用和發(fā)展的基石。利用可再生能源替代化石燃料的制氫，將是清潔、高效制氫的未來發(fā)展趨勢。

從可再生能源中獲得氫能，一方面解決了可再生能源的能量密度低、穩(wěn)定性差等不可靠因素，另一方面解決了并網(wǎng)的不安全性及傳統(tǒng)蓄電池儲(chǔ)能不能長期儲(chǔ)存的缺點(diǎn)，對于減少可再生能源的不必要浪費(fèi)及就地消納具有重要意義。

可再生能源制氫技術(shù)是將可再生能源通過風(fēng)機(jī)、太陽能電池、水泵等發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)換成電能，電能通過電解水制氫設(shè)備轉(zhuǎn)換成氫氣，將氫氣輸送至氫氣應(yīng)用終端或經(jīng)燃料電池并入電網(wǎng)中，完成從可再生能源到氫能的轉(zhuǎn)換。

根據(jù)電能來源的不同，可將可再生能源制氫技術(shù)分為并網(wǎng)型制氫和離網(wǎng)型制氫兩種。并網(wǎng)型制氫是將發(fā)電機(jī)組接入電網(wǎng)，從電網(wǎng)取電的制氫方式，比如從風(fēng)光耦合系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)取電，進(jìn)行電解水制氫，主要應(yīng)用于大規(guī)模風(fēng)光耦合系統(tǒng)的消納和儲(chǔ)能。離網(wǎng)型制氫是將發(fā)電機(jī)組所產(chǎn)生的電能，不經(jīng)過電網(wǎng)直接提供給電解水制氫設(shè)備進(jìn)行制氫，主要應(yīng)用于分布式制氫或局部燃料電池發(fā)電供能。

基于風(fēng)電場、光伏站、水電站等現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，結(jié)合制氫技術(shù)的優(yōu)勢，建立可再生能源多能互補(bǔ)制氫系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示，整個(gè)制氫系統(tǒng)包括可再生能源發(fā)電機(jī)組、電解水制氫系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、輸運(yùn)系統(tǒng)、燃料電池、電網(wǎng)等。

圖1 制氫系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

可再生能源制氫技術(shù)主要包含電-氫轉(zhuǎn)換和氫氣儲(chǔ)運(yùn)兩大關(guān)鍵技術(shù)。圖2為電-氫轉(zhuǎn)換示意圖，左側(cè)電解水裝置消耗電能產(chǎn)生氫氣，實(shí)現(xiàn)電能向氫能的轉(zhuǎn)換，右側(cè)燃料電池或熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組利用氫氣產(chǎn)生電能，實(shí)現(xiàn)氫能向電能的轉(zhuǎn)換。

制氫技術(shù)的制約因素在于降低成本、提高能效、大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)搭建等方面；儲(chǔ)氫技術(shù)目前主要有氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫等，儲(chǔ)氫技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對比見表1。運(yùn)氫技術(shù)主要有長管拖車運(yùn)輸、液氫槽車運(yùn)輸、管道運(yùn)輸?shù)龋\(yùn)氫技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對比見表2。儲(chǔ)運(yùn)方式都存在較明顯的優(yōu)缺點(diǎn)，因此儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)也是制約氫能大規(guī)模發(fā)展的因素。

圖2 電-氫轉(zhuǎn)換示意圖

表1 儲(chǔ)氫技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對比

表2 運(yùn)氫技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對比

本文摘編自2021年第3期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“可再生能源多能互補(bǔ)制-儲(chǔ)-運(yùn)氫關(guān)鍵技術(shù)綜述”，作者為李爭、張蕊 等。