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)時會引起電網(wǎng)電壓的大幅度波動，為了調(diào)控和抑制這種大量電能的波動，還得建造比風(fēng)電場總?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)定問題，而這些調(diào)控電站需要更多的常規(guī)能源來支持，仔細(xì)的算一算，原先想通過利用風(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，我國棄風(fēng)電量累計達(dá)到997億千瓦時，直接經(jīng)濟(jì)損失超過530億元。僅過去一年棄風(fēng)電量就達(dá)到339億千瓦時，直接經(jīng)濟(jì)損失超180億元，幾乎抵消全年風(fēng)電新增裝機的社會經(jīng)濟(jì)效益

1.3市場對氫能的需求

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)一起用來制造氨水和化肥，同時也應(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，國內(nèi)電解水制氫的能效在72%~82%。

1.5儲氫技術(shù)的發(fā)

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

中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)可持續(xù)能源實驗室主任、國家“千人計劃”特聘教授程寒松博士說："我們的技術(shù)可以做到在常溫常壓下儲氫，而且產(chǎn)品形態(tài)也已成熟，可以批量生產(chǎn)。”

2、國內(nèi)風(fēng)電制氫的項目

2.1 2009年啟動的“風(fēng)光電結(jié)合海水制氫技術(shù)前期研究”項目，國網(wǎng)上海市電力公司負(fù)責(zé)該項目。項目對風(fēng)電、先電制氫提出了多種應(yīng)用方案，幵以東海風(fēng)電場為例，開展了風(fēng)、光電制氫的綜合效益評價。

2.2 2014年4月，由中國節(jié)能環(huán)保集團(tuán)公司負(fù)責(zé)的國家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”項目。該項目在中節(jié)能風(fēng)電公司張北分公司建設(shè)風(fēng)電場，制氫功率為100kW，燃料電池發(fā)電為30kW。

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

2.4 2015年4月啟動，由河北建投新能源有限公司投資，與德國McPhy、Encon等公司聯(lián)合開展的中德合作示范項目。該項目在河北沽源投建10MW電解水制氫系統(tǒng)，配合200MW風(fēng)電場制氫，項目建成后，可形成年制氫1752萬標(biāo)準(zhǔn)立斱米的生產(chǎn)能力，成為我國目前最大的風(fēng)電制氫示范項目。

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

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，即便按棄風(fēng)發(fā)電價格每千瓦時0.25元計算，風(fēng)電制氫僅電的成本就為1.25元，沒有競爭優(yōu)勢。

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

3.2運輸難

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

解決思路：將制氫地點取在對氫氣用戶處。

3.3風(fēng)電難以直接用來制氫

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

解決思路：考慮到離線制氫(僅在有風(fēng)且限電的時候用風(fēng)機發(fā)出的電直接制氫)對設(shè)備的利用率低，所以考慮用電網(wǎng)的電來制氫，并且制氫所用的電量均由風(fēng)電來補償，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)電無法輸送。此外，風(fēng)電的過網(wǎng)費需要國家政策上給予優(yōu)惠。

3.4市場對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期市場，用戶需要培育，投資回報期較長。

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

4、風(fēng)電制氫的前景展望

4.1國家政策指導(dǎo)

4.2氫燃料電池汽車的發(fā)展優(yōu)勢

燃料電池汽車的主要優(yōu)勢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英里需要通過超級充電設(shè)備充電20分鐘，而且電池快充會縮短電池壽命。

4.3我國電解水制氫較國外有經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢