1、風(fēng)電制氫的研究背景

1.1風(fēng)電直接并網(wǎng)的尷尬

大容量的不穩(wěn)定的風(fēng)電并入電網(wǎng)時(shí)會(huì)引起電網(wǎng)電壓的大幅度波動(dòng)，為了調(diào)控和抑制這種大量電能的波動(dòng)，還得建造比風(fēng)電場(chǎng)總?cè)萘看?-3倍的“調(diào)壓控制電站”(當(dāng)然是常規(guī)能源的電站了)以解決風(fēng)力發(fā)電輸出電能不穩(wěn)定問(wèn)題，而這些調(diào)控電站需要更多的常規(guī)能源來(lái)支持，仔細(xì)的算一算，原先想通過(guò)利用風(fēng)能節(jié)省大量的常規(guī)能源，結(jié)果反而加大了常規(guī)能源的使用，走到初衷的反面。

1.2棄風(fēng)限電的現(xiàn)狀

2010年至2015年，我國(guó)棄風(fēng)電量累計(jì)達(dá)到997億千瓦時(shí)，直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)530億元。僅過(guò)去一年棄風(fēng)電量就達(dá)到339億千瓦時(shí)，直接經(jīng)濟(jì)損失超180億元，幾乎抵消全年風(fēng)電新增裝機(jī)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

1.3市場(chǎng)對(duì)氫能的需求

目前為止，氫氣應(yīng)用在多晶硅等需要高純度氫氣的行業(yè)是第一選擇。比如，多晶硅，光纖，食品等。

現(xiàn)在工業(yè)每年用氫量為5500億立方米，氫氣與其它物質(zhì)一起用來(lái)制造氨水和化肥，同時(shí)也應(yīng)用到汽油精煉工藝、玻璃磨光、黃金焊接、氣象氣球探測(cè)及食品工業(yè)中。液態(tài)氫還可以作為火箭燃料。

1.4制氫技術(shù)

電解水制氫技術(shù)是目前應(yīng)用較廣且比較成熟的方法之一，國(guó)內(nèi)電解水制氫的能效在72%~82%。

1.5儲(chǔ)氫技術(shù)的發(fā)

目前其研究主要集中在高壓儲(chǔ)氧罐、輕金屬材料、復(fù)雜氫化物材料、有機(jī)液態(tài)材料等氫儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)。

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)可持續(xù)能源實(shí)驗(yàn)室主任、國(guó)家“千人計(jì)劃”特聘教授程寒松博士說(shuō)："我們的技術(shù)可以做到在常溫常壓下儲(chǔ)氫，而且產(chǎn)品形態(tài)也已成熟，可以批量生產(chǎn)。”

2、國(guó)內(nèi)風(fēng)電制氫的項(xiàng)目

2.1 2009年啟動(dòng)的“風(fēng)光電結(jié)合海水制氫技術(shù)前期研究”項(xiàng)目，國(guó)網(wǎng)上海市電力公司負(fù)責(zé)該項(xiàng)目。項(xiàng)目對(duì)風(fēng)電、先電制氫提出了多種應(yīng)用方案，幵以東海風(fēng)電場(chǎng)為例，開(kāi)展了風(fēng)、光電制氫的綜合效益評(píng)價(jià)。

2.2 2014年4月，由中國(guó)節(jié)能環(huán)保集團(tuán)公司負(fù)責(zé)的國(guó)家863“風(fēng)電直接制氫及燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目。該項(xiàng)目在中節(jié)能風(fēng)電公司張北分公司建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)，制氫功率為100kW，燃料電池發(fā)電為30kW。

2.3 2014年10月啟動(dòng)，由國(guó)網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院負(fù)責(zé)的“氫儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)及其在新能源接入中的應(yīng)用研究”項(xiàng)目。氫儲(chǔ)能實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)包括30kw光伏模擬、2Nm3/h堿性電解水制氫16Nm3合金儲(chǔ)氫以及10kw質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池實(shí)驗(yàn)?zāi)K。

2.4 2015年4月啟動(dòng)，由河北建投新能源有限公司投資，與德國(guó)McPhy、Encon等公司聯(lián)合開(kāi)展的中德合作示范項(xiàng)目。該項(xiàng)目在河北沽源投建10MW電解水制氫系統(tǒng)，配合200MW風(fēng)電場(chǎng)制氫，項(xiàng)目建成后，可形成年制氫1752萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立斱米的生產(chǎn)能力，成為我國(guó)目前最大的風(fēng)電制氫示范項(xiàng)目。

2.5 金風(fēng)科技在吉林獲批的風(fēng)電裝機(jī)100MW，包括氫儲(chǔ)能容量10MW的項(xiàng)目。

3、風(fēng)電制氫產(chǎn)業(yè)化的瓶頸和解決思路

3.1成本高

從每生產(chǎn)1立方米氫氣的成本來(lái)看，煤制氫成本不足1元，而每生產(chǎn)1立方米氫氣需要消耗電5.1-5.2千瓦時(shí)，即便按棄風(fēng)發(fā)電價(jià)格每千瓦時(shí)0.25元計(jì)算，風(fēng)電制氫僅電的成本就為1.25元，沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

解決思路：希望在電力市場(chǎng)改革后，電價(jià)能有所降低，如果電價(jià)能低至0.15元一度，電解制氫的成本還是可以的。

3.2運(yùn)輸難

大規(guī)模運(yùn)輸氫氣是不經(jīng)濟(jì)的。現(xiàn)在常用的氫氣運(yùn)輸方式有三種：1.是管道運(yùn)輸，多為現(xiàn)場(chǎng)制氣，氫氣產(chǎn)出后直接投入工業(yè)應(yīng)用裝置。2.為長(zhǎng)管拖車。但一輛車僅能運(yùn)輸4000立方米，約0.36噸，運(yùn)輸效率非常低。3.鋼瓶運(yùn)輸，但一個(gè)40L的鋼瓶只能運(yùn)輸6方氫氣。

解決思路：將制氫地點(diǎn)取在對(duì)氫氣用戶處。

3.3風(fēng)電難以直接用來(lái)制氫

需求氫氣的石化企業(yè)大都在沿海，而風(fēng)電機(jī)組都建設(shè)在內(nèi)陸，風(fēng)電還需借助火電的電網(wǎng)運(yùn)輸

解決思路：考慮到離線制氫(僅在有風(fēng)且限電的時(shí)候用風(fēng)機(jī)發(fā)出的電直接制氫)對(duì)設(shè)備的利用率低，所以考慮用電網(wǎng)的電來(lái)制氫，并且制氫所用的電量均由風(fēng)電來(lái)補(bǔ)償，這樣也就相當(dāng)于消納了風(fēng)電。但是，考慮到輸電線路的容量問(wèn)題，風(fēng)電廠和氫氣用戶還是不宜離得太遠(yuǎn)，否則風(fēng)電無(wú)法輸送。此外，風(fēng)電的過(guò)網(wǎng)費(fèi)需要國(guó)家政策上給予優(yōu)惠。

3.4市場(chǎng)對(duì)氫氣的消納能力有待提高

HCNG、燃料電池汽車技術(shù)距大規(guī)模商業(yè)化還有一定差距。包括電堆的壽命、系統(tǒng)集成能力等。而且燃料電池汽車屬于中長(zhǎng)期市場(chǎng)，用戶需要培育，投資回報(bào)期較長(zhǎng)。

解決思路：國(guó)家對(duì)氫能的消納政策要明確。人們要轉(zhuǎn)變觀念，對(duì)氫能的認(rèn)識(shí)不能只停留在其易燃易爆儲(chǔ)存不易上面，而要意識(shí)到氫能的重要性，盡快熟悉、利用氫能。

4、風(fēng)電制氫的前景展望

4.1國(guó)家政策指導(dǎo)

4.2氫燃料電池汽車的發(fā)展優(yōu)勢(shì)

燃料電池汽車的主要優(yōu)勢(shì)是可以在十分鐘之內(nèi)加滿氫氣，能續(xù)航300英里。特斯拉的ModelS續(xù)航200英里需要通過(guò)超級(jí)充電設(shè)備充電20分鐘，而且電池快充會(huì)縮短電池壽命。

4.3我國(guó)電解水制氫較國(guó)外有經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)