兰松
中国能源建设集团陕西省电力设计院 陕西省西安 710054
摘要：我国能源分布不平衡，目前新能源弃电问题有了较大幅度的缓解，但离可再生能源健康持续发展还有一定距离。氢能作为一种新型的清洁能源，是新能源研究中的热点。将可再生能源制氢技术应用于传统加氢站，形成大规模的可再生能源制氢加氢站从理论上是完全可行的，是推动氢能从灰氢走向绿氢的有效途径，并使整个氢能产业链形成良性循环。
关键词：新能源 发电 制氢 应用
引言
近年来，我国新能源的装机数量和发电量增幅明显，对我国能源结构的调整起到了明显的改善作用，在世界范围内，我国已成为太阳能发电增幅最大、风力发电格局最大的国家。但我国能源分布不平衡，目前新能源弃电问题有了较大幅度的缓解，但离可再生能源健康持续发展还有一定距离，如何破解弃风（光）限电难题正成为研究人员研究重点之一。
氢能作为一种新型的清洁能源,是新能源研究中的热点.将新能源发电制氢与常规能源的装置相结合,可以有效地实现新能源的大规模发电,具有非常实际的应用价值。
1新能源制氢系统研究
1．1新能源制氢概述
新能源制氢技术是一种将新能源发电产生的电能通过简单的处理直接应用到电解水制氢的一种新型环保制氢技术。新能源制氢系统被认为是一种清洁“高效的能源利用模式”。制氢系统的基本思路是将新能源所发电量超出电网接纳能力的部分采用非并网风电模式直接用于电解水制氢。
1.2基本原理
新能源制氢系统主要由新能源发电系统、电解水装置、储氢装置、燃料电池、电网等组成。通过控制系统调节风电上网与电量比例，最大限度地吸纳弃电量，缓解规模化新能源“上网难”问题，利用新能源发电的多余电量来电解水制氢，通过压力储氢、固态储氢等技术来提高氢的存储密度。
在新能源并网部分，发电系统经由升压变压器向电网供电；在弃电制氢部分，电能被滤波后经过AD-DC整流变换单元，将交流电转换为直流电，再经过直流支撑电路接入DC-DC电路，将直流电进行降压或升压处理，使直流电变换为可以制氢的电能，进而制氢。新能源并网侧与制氢侧应进行合理的功率分配，在新能源满足电网需求的前提下，剩余的风能进行制氢，做到能源的最大利用。
1.2风电制氢的主要技术特征
新能源发电不仅要将电能输送至电网，同时也要将弃电部分为氢电解池供电。制氢电解池将新能源转换为电能并电解制氢的过程需保证能源转换的高效性，同时，制氢功率的波动会对制氢装置寿命和氢气纯度产生很大影响，这对电解池提出了较高的要求。通过优化电解池的电极、催化剂等材料，降低电解成本；提高制氢效率；通过优化隔离膜等，提高性能，通过调节工艺参数的方式，提高电解池抗功率波动性，保证系统安全运行。
新能源制氢集成控制系统包括制氢、储氢以及燃料电池等控制系统，通过制氢控制系统实现制氢功率的灵活分配，通过控制制氢电压保证制氢系统运行在高效的范围，并且通过一系列的控制保证制氢、储氢、用氢系统的安全运行，都是新能源制氢的重要术特征。
3国内外制氢现状
早年间受制于氢气的运输、利用等下游产业链条不完善，关于可再生能源与制氢耦合的研究开展较晚，如今随着“2030年实现碳达峰”、“2060年实现碳中和”等一系列国家战略布局，目前可再生能源与制氢耦合已经成为了研究热点。国内外已陆续开展了风力发电、光伏发电、海上风电等可再生能源制氢的理论研究。国际上，各发达国家陆续开展了相关研究和战略布局，欧洲研究和创新计划启动了名为INGRID的氢储能项目，美国能源部国家可再生能源实验中心制定了Wind2H2计划。国内比较典型的研究包括：国网上海市公司开展的“风光电结合海水制氢技术前期研究”项目，中国节能环保集团公司开展的国家863“风电直接制氢及燃料电池发电系统技术研究与示范”项目等。但总体上讲，我国风电、光电制氢技术研究起步较晚，且大多局限于理论研究，建设的少数示范项目也有各自的局限性，大规模风光电场耦合制氢系统的工程设计经验不足。
总体看，以德国为代表的欧洲在风电制氢技术方面的发展相对较快，在制氢、储氢、用氢领域均有示范性工程。目前氢气在能源方面主要应用在氢燃料发电、氢燃料电池。氢能应用在新能源汽车的进程因需要庞大的基础设施（如加氢站、输氢网络等）发展相对缓慢。而我国在氢能利用方面的研究还相对较少。氢能作为可再生清洁能源越来越受到重视，是可再生能源发展的一个重要的战略方向。
4氢能综合利用前景
从我国现状来看，新能源发电成本约0.4至0.6元千瓦时，用于电解水制氢成本依然偏高。如果利用当前可再生能源弃电制氢，弃电按0.1元千瓦时计算，制氢成本可下降至10元公斤，这和煤制氢、天然气制氢的价格相当。
氢燃料电池汽车是氢能利用的主要形式，是世界能源转型和动力转型的重大战略方向。氢燃料电池汽车具有环保性能佳、转换效率高、加注时间短、续航里程长等优势，是未来汽车产业高质量发展的重要方向，也是应对全球能源短缺和环境污染的重要战略举措。目前，全球燃料电池汽车已进入技术与市场示范阶段，预计在2020年将全面进入商业化阶段。美国、日本、德国等发达国家将燃料电池汽车纳入国家或地区战略发展体系进行规划，设立专项进行研发与示范推广，并制定各项政策抢占先机。
加氢站的系统研究是氢能发展的基础。氢能要推广利用，需要打通氢能产业链，降低整个产业链成本，加氢站作为其中的重要一环，必不可少。目前，发展氢燃料电池汽车是未来新能源汽车的重要方向，但是加氢站等基础设施建设步伐滞后，加氢站的建设需要超前规划，才能更好的推动氢燃料电池汽车的发展。但是，加氢站的氢源仍然需要通过长管拖车长距离运输，制氢、输氢导致最终加氢站售氢价格高。此外，目前氢能产业以灰氢为主，主要由煤炭、天然气、焦炉煤气、氯碱尾气制取，如何达到绿氢，并降低最终加氢站售氢成本是当前必须要解决的首要问题。
5结论
本文对于新能源制氢技术的发展进行了分析和总结，氢能作为一种清洁高效能源在当前具有很大的应用潜力，在倡导绿色发展的时代，氢能作为一种清洁能源有望得到巨大发展。因此，将可再生能源制氢技术应用于传统加氢站，形成大规模的可再生能源制氢加氢站从理论上是完全可行的，是推动氢能从灰氢走向绿氢的有效途径，并使整个氢能产业链形成良性循环。
参考文献
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