中國儲能網(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)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》（以下簡稱《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)。一時之間，綠氫制備產(chǎn)業(yè)風(fēng)起云涌。
然而除了要面對成本壓力，綠氫制備的另一個潛在問題也開始隨著規(guī)模的增大而浮出水面。隨著規(guī)模擴張，綠氫制備也開始面對自身獨特的波動性問題，而這一問題有可能會對電網(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，一個簡單的化學(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候，晶匣管整流電源本身的缺陷會造成電網(wǎng)的不穩(wěn)定，進而對電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊?！币晃回?fù)責(zé)電網(wǎng)運營的負(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，波動性、不穩(wěn)定性、不可預(yù)測的光伏并沒有因為對電網(wǎng)的影響而感受到太多異樣目光。但是隨著光伏裝機的增加，波動性給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來了挑戰(zhàn)，因此電網(wǎng)加強了對光伏電站各類涉網(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電網(wǎng)的壓力影響增加了一層?？稍偕茉吹牟▌有辕B加制氫負(fù)荷的不確定性，對電網(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、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。
面對已經(jīng)開始浮出水面的隱憂，我們又該如何應(yīng)對？
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景，在大規(guī)模新能源制氫中，IGBT整流電源的優(yōu)勢更加突出。
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。而正是這些特點，造就了IGBT電源相對于晶匣管電源的絕對優(yōu)勢。
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，對電網(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，能夠瞬時響應(yīng)光伏、風(fēng)電功率快速波動，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@帶來了兩個問題，一個是設(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)成為綠電制氫項目或參與電網(wǎng)市場化交易及輔助服務(wù)制氫項目的首選。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，整個系統(tǒng)也不會因為任何故障的出現(xiàn)而輕易停擺。經(jīng)過了長時間的檢驗后，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?，“另外還有一點很重要，電網(wǎng)還沒有對可再生能源制氫的波動性有反應(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)驗來看，當(dāng)可再生能源制氫造成的波動達(dá)到一定程度，勢必會倒逼要求“更穩(wěn)定”的制氫。對此有過豐富經(jīng)驗的新能源企業(yè)已經(jīng)開始思考這一問題，而一直深耕著中國光伏市場的陽光電源更是在涉足綠氫之后就開始做技術(shù)儲備。
“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目當(dāng)中?！标柟鈿淠苁袌鰻I銷負(fù)責(zé)人方偉說到，“陽光氫能也會持續(xù)創(chuàng)新，深入可再生能源電氫耦合技術(shù)研究?！?
