中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：目前，公眾普遍認(rèn)為“風(fēng)力 (太陽能) 發(fā)電→電解水制氫→氫氣存儲(chǔ)→燃料電池發(fā)電”是未來理想清潔能源產(chǎn)生與利用的重要路徑之一。其中，氫儲(chǔ)能便是通過儲(chǔ)存可再生能源發(fā)電電能或富余電能進(jìn)行電解水所產(chǎn)生的氫氣（綠氫）實(shí)現(xiàn)，并在需要時(shí)將所儲(chǔ)存的氫氣通過燃料電池實(shí)現(xiàn)化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)化，是長時(shí)儲(chǔ)能的重要手段，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)光清潔能源的跨日甚至跨季節(jié)調(diào)節(jié)。因此，氫儲(chǔ)能對可再生能源電能存儲(chǔ)、我國新能源發(fā)展布局以及“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)無疑具有重要意義。
眾所周知，可再生能源發(fā)電具有間歇性、波動(dòng)性的特點(diǎn)，無法直接并入電網(wǎng)。氫儲(chǔ)能可以有效將電解制氫、儲(chǔ)氫、氫利用三者進(jìn)行結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)可再生能源高效儲(chǔ)存以及利用，培育高效先進(jìn)的清潔能源發(fā)展利用模式，并且氫儲(chǔ)能的不斷發(fā)展與成熟可以有效解決當(dāng)前“棄風(fēng)棄光”的可再生能源利用問題，促進(jìn)可再生能源進(jìn)一步深度發(fā)展與應(yīng)用。因此，可以通過將其產(chǎn)生的電能以電解水制得氫氣的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，并通過燃料電池穩(wěn)定發(fā)電并入電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)可再生能源電能的高效利用。并且，氫儲(chǔ)能電站系統(tǒng)簡單、維修方便、啟動(dòng)迅速，可以有效實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)供電的補(bǔ)充。
目前，氫儲(chǔ)能在國外已進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段，而國內(nèi)則發(fā)展較慢，仍處于示范站建設(shè)階段。2022年1月，安徽六安建設(shè)的國內(nèi)首個(gè)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的MW級固體聚合物電解水制氫、儲(chǔ)氫以及燃料電池發(fā)電示范站實(shí)現(xiàn)全鏈條貫通且并網(wǎng)發(fā)電，可實(shí)現(xiàn)可再生能源的最大程度儲(chǔ)存與利用。到2030年，中國將要發(fā)展風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)將達(dá)12億kW以上，這將使得“十四五”“十五五”期間中國新能源年均新增7000萬kW以上，這種幅度的新能源增量無疑需要強(qiáng)有力儲(chǔ)能裝置（如氫儲(chǔ)能、液流電池等）進(jìn)行配套。
安徽六安兆瓦級氫能綜合利用示范站
氫氣液化溫度極低，約-253℃，并且易導(dǎo)致金屬發(fā)生氫脆以及氫氣泄漏。目前，燃料電池供氫系統(tǒng)主要有高壓儲(chǔ)氫、液化儲(chǔ)氫以及固態(tài)儲(chǔ)氫。
不同儲(chǔ)氫方式對比[1]
低溫液態(tài)儲(chǔ)氫主要通過降低溫度的方式將氣態(tài)氫轉(zhuǎn)化為液態(tài)氫，但由于能耗大、成本高限制了其大規(guī)模應(yīng)用；固態(tài)儲(chǔ)氫利用儲(chǔ)氫材料（如儲(chǔ)氫合金等）實(shí)現(xiàn)氫氣的可逆充放，由于高體積儲(chǔ)氫密度、低能耗以及高安全性的特點(diǎn)，在燃料電池車載系統(tǒng)以及未來儲(chǔ)氫具有廣泛前景，但目前主要在試驗(yàn)階段。而以高壓物理儲(chǔ)氫技術(shù)實(shí)現(xiàn)氫氣儲(chǔ)存，一般采用壓縮機(jī)獲得，將氫氣壓縮至高壓儲(chǔ)氫容器所需要的壓力后儲(chǔ)存，雖然存在著儲(chǔ)氫密度低、安全性有待改善的問題，但由于簡便易行、成本低以及沖放氫速度快等特點(diǎn)，是目前的最主要儲(chǔ)氫手段。
高壓物理儲(chǔ)氫通過加壓的方式實(shí)現(xiàn)氣態(tài)氫氣的儲(chǔ)存，其能耗較低溫液態(tài)儲(chǔ)氫小，成本也低，是目前大部分企業(yè)（如浙江巨化、北京科泰克等企業(yè)）在加氫站儲(chǔ)氫以及車載儲(chǔ)氫主要采取方法。目前，儲(chǔ)氫站氣瓶容積分別從45L-1500L不等，普遍采用最為成熟且成本低的固定式鋼制儲(chǔ)氫瓶和鋼制壓力容器。目前工業(yè)中普遍采用的是20MPa鋼制氫瓶，并且可與 45MPa鋼制氫瓶、98MPa鋼帶纏繞式壓力容器進(jìn)行組合應(yīng)用。隨著高壓儲(chǔ)氫容器的不斷發(fā)展，其壓力上限也在不斷提高，國際上加氫站通用的標(biāo)準(zhǔn)為70MPa的壓力上限，而在日本其安全上限已提高到88MPa，在中國最先進(jìn)的常熟加氫站最高可達(dá)98MPa。但由于其狀態(tài)仍為氣態(tài)，使得其儲(chǔ)氫密度僅為約40g/L，與DOE所發(fā)布的55g/L的儲(chǔ)氫目標(biāo)還有一段距離。
在2020年12月國務(wù)院頒發(fā)的《新時(shí)代的中國能源發(fā)展》白皮書中便指出要加快對氫氣存儲(chǔ)的發(fā)展，促進(jìn)氫能燃料電池技術(shù)鏈的完善。隨著光伏產(chǎn)業(yè)等新能源發(fā)電領(lǐng)域的迅速發(fā)展以及成本的不斷降低，氫儲(chǔ)能將成為未來清潔能源儲(chǔ)能的重要選項(xiàng)。目前，電解水制氫以及燃料電池發(fā)電總體成本較高，仍需要在關(guān)鍵材料與技術(shù)上不斷實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，不斷提高發(fā)電效率與協(xié)同控制，加快政策完善與儲(chǔ)氫系統(tǒng)建設(shè)[2]。但在未來十年，隨著儲(chǔ)氫技術(shù)的進(jìn)一步提高，氫儲(chǔ)能的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展與高效建設(shè)十分可期。
參考文獻(xiàn)
[1] 王恒.氫能發(fā)展模式應(yīng)用[J].農(nóng)村電氣化,2021,(05):65-69.
[2] 梁波,崔磊,劉亞青,桂遠(yuǎn)乾.水電氫能發(fā)展理念與關(guān)鍵技術(shù)研究[J].人民長江,2022,53(02):158-163.
