中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：從2021年開始，氫能逐漸成為碳中和領(lǐng)域最為火爆的風(fēng)口。而利用清潔的可再生能源發(fā)電制備的綠氫更是成為許多人心中的終極能源解決方案。
今年3月，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》）明確提出了可再生能源制氫量達(dá)到10-20萬噸/年的目標(biāo)。一時(shí)之間，綠氫制備產(chǎn)業(yè)風(fēng)起云涌。
然而除了要面對(duì)成本壓力，綠氫制備的另一個(gè)潛在問題也開始隨著規(guī)模的增大而浮出水面。隨著規(guī)模擴(kuò)張，綠氫制備也開始面對(duì)自身獨(dú)特的波動(dòng)性問題，而這一問題有可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生不利影響。
問題從何而來？我們又能如何在爆發(fā)前防患于未然？
有局限的舊方案
電解水是我們最為熟知的中學(xué)化學(xué)知識(shí)，一個(gè)簡(jiǎn)單的化學(xué)方程式（2H?O==（通電）==2H?↑+O?↑）就能夠清晰的表明。原理上說電解水制氫就是在直流電的作用下，通過電化學(xué)過程將水分子解離為氫氣與氧氣，分別在陰、陽兩極析出。而可再生能源制氫是將風(fēng)、光等具有波動(dòng)性、不穩(wěn)定的電流，轉(zhuǎn)換成具有穩(wěn)定性的、適用于電解槽制氫的穩(wěn)定電流。
電解水需要直流電，而電網(wǎng)則是交流電，制氫必須先將交流電轉(zhuǎn)換成交直流電，才能用于制氫。因此從流程上來說，在電網(wǎng)與制氫的電解槽之間，還需要一個(gè)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的裝置，這就是制氫的電源。
在2020年之前，電解水制氫的制備規(guī)模較小，大多數(shù)電解槽的單臺(tái)產(chǎn)量在500標(biāo)方及以下的規(guī)模。晶匣管整流電源方案因此得以廣泛應(yīng)用。但是隨著氫能產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，更大規(guī)模的電解槽設(shè)備開始出現(xiàn)并且逐漸開始成為新項(xiàng)目的首選，晶匣管整流電源方案開始展現(xiàn)出其自身的缺陷。“當(dāng)電解槽容量增加的時(shí)候，晶匣管整流電源本身的缺陷會(huì)造成電網(wǎng)的不穩(wěn)定，進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊?！币晃回?fù)責(zé)電網(wǎng)運(yùn)營的負(fù)責(zé)人說。
這一幕看起來不禁讓人覺得有些類似。在中國光伏電站剛剛起步的階段，波動(dòng)性、不穩(wěn)定性、不可預(yù)測(cè)的光伏并沒有因?yàn)閷?duì)電網(wǎng)的影響而感受到太多異樣目光。但是隨著光伏裝機(jī)的增加，波動(dòng)性給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了挑戰(zhàn)，因此電網(wǎng)加強(qiáng)了對(duì)光伏電站各類涉網(wǎng)技術(shù)參數(shù)的要求。高低壓（零電壓）穿越，有功和無功調(diào)度響應(yīng)，電網(wǎng)適應(yīng)性能力，功率因數(shù)技術(shù)要求，諧波、負(fù)序電流及防孤島保護(hù)技術(shù)要求……這些專業(yè)名詞已經(jīng)逐漸消失在了輿論視野之中，但它們都曾經(jīng)是讓光伏企業(yè)無比頭疼的并網(wǎng)要求。而現(xiàn)在，類似的現(xiàn)象可能會(huì)在綠氫制備的產(chǎn)業(yè)中重演。
除了電解槽容量增加、制氫規(guī)模變大，大規(guī)模使用可再生能源發(fā)電制備氫氣又讓制氫對(duì)電網(wǎng)的壓力影響增加了一層。可再生能源的波動(dòng)性疊加制氫負(fù)荷的不確定性，對(duì)電網(wǎng)的調(diào)度管理和可再生能源制氫系統(tǒng)的能量管理（EMS），甚至未來的綠氫認(rèn)證也帶來了新的挑戰(zhàn)。
目前來看，傳統(tǒng)的晶匣管電源會(huì)越來越難以適應(yīng)可再生能源大規(guī)模制氫的需求。電網(wǎng)友好性差、無法匹配新能源功率快速波動(dòng)、系統(tǒng)復(fù)雜導(dǎo)致轉(zhuǎn)換率低、一次投資成本高，都是晶匣管電源難以解決的痛點(diǎn)。
面對(duì)已經(jīng)開始浮出水面的隱憂，我們又該如何應(yīng)對(duì)？
新技術(shù)破局
晶匣管電源方案主要適用于小規(guī)模的可再生能源制氫場(chǎng)景，在大規(guī)模新能源制氫中，IGBT整流電源的優(yōu)勢(shì)更加突出。
IGBT是絕緣柵雙極型晶體管，是一種復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，具備高耐壓、導(dǎo)通壓降低、開關(guān)速度快的特點(diǎn)。而正是這些特點(diǎn)，造就了IGBT電源相對(duì)于晶匣管電源的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
陽光電源是目前國內(nèi)新能源企業(yè)涉足氫能的代表之一，并且成立了陽光氫能科技有限公司，專門研究可再生能源電解水制氫技術(shù)。目前陽光氫能布局有用堿水制氫和PEM兩種技術(shù)路線，還提供綠電制氫系統(tǒng)的解決方案。而IGBT全控型制氫整流電源正是其制氫電源解決方案中的王牌產(chǎn)品。
“從電網(wǎng)友好性上來看， IGBT電源采用PWM控制技術(shù)，使網(wǎng)側(cè)電流諧波含量<3%，功率因數(shù)>0.99。這能使系統(tǒng)在并網(wǎng)時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的影響大大降低。而且電源功率調(diào)節(jié)響應(yīng)速度小于100ms，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于晶匣管電源的10s以上，能夠瞬時(shí)響應(yīng)光伏、風(fēng)電功率快速波動(dòng)，更加適配可再生能源變功率制氫，確保100%綠電制氫?！标柟鈿淠芙鉀Q方案總監(jiān)金穩(wěn)說
而且在比較了晶匣管電源和IGBT電源的拓?fù)鋱D之后我們不難發(fā)現(xiàn)，晶匣管電源需要配套的設(shè)備更多，例如SVG/SVC、有載調(diào)壓開關(guān)等設(shè)備?！斑@帶來了兩個(gè)問題，一個(gè)是設(shè)備多、占地多，所以這一部分的成本更高一些。另外由于系統(tǒng)復(fù)雜的程度更高，能耗和轉(zhuǎn)換效率也會(huì)受到影響。”
12脈波晶匣管整流電源系統(tǒng)拓?fù)鋱D（5MW）
IGBT全控型整流電源系統(tǒng)拓?fù)鋱D（10MW）
在歐洲，由于IGBT電源具備優(yōu)異的電網(wǎng)交互性，已經(jīng)成為綠電制氫項(xiàng)目或參與電網(wǎng)市場(chǎng)化交易及輔助服務(wù)制氫項(xiàng)目的首選。歐洲的SMA、Ingeteam，日本的Nidec等電源廠家都推出了IGBT電源。而且隨著電源模塊化技術(shù)的發(fā)展，整個(gè)系統(tǒng)也不會(huì)因?yàn)槿魏喂收系某霈F(xiàn)而輕易停擺。經(jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間的檢驗(yàn)后，IGBT電源無疑具備更高的可靠性和耐用性。
不過在中國剛剛起步的綠氫產(chǎn)業(yè)中，晶匣管電源依然還是占據(jù)著主流的位置?！氨M管IGBT電源可以降低制氫電源系統(tǒng)成本，但是整流電源本身還是IGBT的更貴一些?！敝槿耸客嘎?，“另外還有一點(diǎn)很重要，電網(wǎng)還沒有對(duì)可再生能源制氫的波動(dòng)性有反應(yīng)或者給出高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。”
然而電網(wǎng)此刻的“安靜”并不代表未來。從新能源發(fā)電的經(jīng)驗(yàn)來看，當(dāng)可再生能源制氫造成的波動(dòng)達(dá)到一定程度，勢(shì)必會(huì)倒逼要求“更穩(wěn)定”的制氫。對(duì)此有過豐富經(jīng)驗(yàn)的新能源企業(yè)已經(jīng)開始思考這一問題，而一直深耕著中國光伏市場(chǎng)的陽光電源更是在涉足綠氫之后就開始做技術(shù)儲(chǔ)備。
“我們的IGBT制氫整流電源、ALK/PEM電解槽、智慧氫能管理系統(tǒng)等產(chǎn)品已經(jīng)陸續(xù)應(yīng)用到寧夏、內(nèi)蒙古等地的可再生能源制氫項(xiàng)目當(dāng)中?！标柟鈿淠苁袌?chǎng)營銷負(fù)責(zé)人方偉說到，“陽光氫能也會(huì)持續(xù)創(chuàng)新，深入可再生能源電氫耦合技術(shù)研究。”
