面對“棄風棄光”問題，新能源企業(yè)除了要找地方政府討說法，自己也要為消納電能謀出路。上個月，一篇《氫儲能：解決“棄風棄光”問題新思路》刷屏朋友圈，文中提出了氫儲能在促進可再生能源利用和電力轉換的種種優(yōu)勢，讓投資人和新能源企業(yè)老總們心里小鹿亂撞。
氫儲能，是近兩年受德國等歐洲國家氫能綜合利用后提出的新概念。“十二五”以前沒有立項，支持項目也是以制氫、發(fā)電、儲氫等過程單獨資助的，但“十三五”期間該概念已經(jīng)列入國家電網(wǎng)公司規(guī)劃。氫儲能技術被認為是智能電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電規(guī)模化發(fā)展的重要支撐，并日趨成為多個國家能源科技創(chuàng)新和產業(yè)支持的焦點。
大力發(fā)展氫儲能技術，重點突破電氫兩種能量載體之間的高效轉化、低成本大規(guī)模存儲和綜合高效利用等關鍵技術，解決新能源波動性制氫、電網(wǎng)與管網(wǎng)絡互連互通和協(xié)調控制等關鍵技術，實現(xiàn)能源網(wǎng)絡化大規(guī)模存儲，實現(xiàn)高效率、低成本的儲能技術規(guī)模化應用。構建配置能力強、安全可靠性高、綠色低碳的全球能源互聯(lián)網(wǎng)提供技術支撐。
解決“棄風”、“棄光”問題的新思路
隨著我國可再生能源發(fā)電比例的快速增大（據(jù)國家發(fā)展改革委能源研究所最新預測：2030年中國電力結構中可再生能源發(fā)電比例將從2015年的24%擴大到53%），同時也存在發(fā)電和負荷中心在地理上的布局不均（風能陸上資源的80%-90%在“三北”地區(qū),太陽能資源好的地方也在西部和北部,而用能中心位于中、東部），考慮到日益緊迫的環(huán)保壓力和化石能源束縛，這些都迫使我國將目光聚焦到可再生能源的產生、存儲和消納上，2014年初，李克強總理考察了德國氫能混合發(fā)電項目，特別指示國內相關部門組織實施氫能利用示范項目。國家能源局已指示河北、吉林省加快可再生能源制氫示范工作，將氫儲能列為解決“棄風”、“棄光”問題的新思路。2015年初的兩個月內，國家能源局再次連續(xù)下發(fā)與風電的消納有關通知（《國家能源局關于做好2015年度風電并網(wǎng)消納有關工作的通知》、《國家能源局關于在京開展可再生能源清潔供熱示范有關要求的通知》、《國家能源局綜合司關于進一步做好可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃編制工作的指導意見》），可再生能源消納工作迫在眉睫。
為此，國家電網(wǎng)公司也已開展氫儲能關鍵技術及其在新能源接入中的應用前期研究，積極建設氫儲能系統(tǒng)實驗研究平臺，突破波動性新能源電解制氫技術的適應性問題，具備氫儲能系統(tǒng)效率測試能力，為日后大規(guī)模可再生能源制氫的關鍵技術研究及應用提供理論基礎。
氫儲能可看作是一種化學儲能的延伸，其基本原理就是將水電解得到氫氣和氧氣。以風電制氫儲能技術為例，其核心思想是當風電充足但無法上網(wǎng)、需要棄風時,利用風電將水電解制成氫氣(和氧氣),將氫氣儲存起來；當需要電能時,將儲存的氫氣通過不同方式（內燃機、燃料電池或其他方式）轉換為電能輸送上網(wǎng)。
通常所指的氫儲能系統(tǒng)是電-氫-電的循環(huán)，且不同于常規(guī)的鋰電池、鉛酸電池。其前端的電解水環(huán)節(jié)，多以功率（kW）計算容量，代表著氫儲能系統(tǒng)的“充電”功率；后端的燃料電池環(huán)節(jié)，也以功率（kW）計算容量，代表著氫儲能系統(tǒng)的“放電”功率；中間的儲氫環(huán)節(jié)，多以氫氣的體積（標準立方米Nm3）計算容量，如換算成電能容量，1Nm3氫氣大約可產生1.25kWh電能，儲氫環(huán)節(jié)的容量大小決定了氫儲能系統(tǒng)可持續(xù)“充電”或“放電”的時長，所以如果想增加電能的儲存容量，加大儲氫罐的體積或壓力即可。如果將氫儲能技術用于儲能領域（如圖1）
理論上能夠存儲多少氫氣/合成氣/合成油就能儲存多大規(guī)模的能量，是僅有的能夠儲存百GWh以上且可維持幾周供電的能量儲備技術方式，具有廣闊的發(fā)展?jié)摿蛻们熬埃鑿馁Y源開發(fā)的角度，加大開發(fā)和利用。
歐、美、日都制定了氫能發(fā)展戰(zhàn)略和詳細的計劃
目前歐、美、日等都制定了氫能發(fā)展戰(zhàn)略和詳細的計劃，并在迅速而有步驟地推進，已經(jīng)取得了積極成果。歐盟目前的可再生能源發(fā)電發(fā)展較快，歐盟計劃在2020年、2030年、2040年、2050年可再生能源發(fā)電占總電力的比例分別達到35%、50%、65%、80%，并在2060年最終完全實現(xiàn)不依賴化石能源的可持續(xù)發(fā)展。而實現(xiàn)不依賴化石能源的可持續(xù)發(fā)展這一目標的其中重要一環(huán)就是實現(xiàn)Power-to-Gas（P2G）技術路線，即把可再生能源以氫氣或甲烷等方式大規(guī)模儲存起來并加以應用。根據(jù)德國制定的《氫能與燃料電池計劃》中的“氫的生產和配送”部分分析，德國目前的發(fā)展進度已經(jīng)大大提前，原定2020年開始的計劃現(xiàn)在就已經(jīng)初露端倪。
德國一些大型能源電力公司，如EON和ENERTRAG等都在政府的宏觀指導和具體支持下積極實施P2G項目，以期最終實現(xiàn)利用風能等可再生能源的大規(guī)模制氫，這將是今后大規(guī)模利用風能最有前景的技術路線之一。下一步德國計劃開展更大規(guī)模的20-50MW風力發(fā)電制氫的P2G示范項目，為未來的氫能源經(jīng)濟培育基礎。
日本可能是世界上最接近氫社會的國家。這并不單單是因為燃料電池汽車（FCV）的產業(yè)化，而是因為全世界燃料電池進入千家萬戶的國家只有日本。2009年，家用燃料電池“ENE-FARM”的上市在全球開了先河。這種電池利用煤氣和煤油提取氫氣，注入燃料電池中發(fā)電。發(fā)電時產生的廢熱用來燒水、泡澡和地暖使用，能源效率超過9成。ENEFARM的主機由松下和東芝制造，通過東京瓦斯、大阪燃氣、吉坤日礦日石能源等公司銷售。東日本大地震發(fā)生后，受到電力短缺的推動，以首都圈為中心，其銷量一路攀升。截至2015年1月底，松下在日本全國已累計出貨約5.2萬臺ENE-FARM。
目前國內僅有四所35MPa加氫站
在氫儲能系統(tǒng)示范應用方面，我國剛剛開展相關建設，在氫儲能系統(tǒng)關鍵技術環(huán)節(jié)的氫燃料電池和加氫站方面有示范工程建設，主要用于示范新能源汽車和分布式電源。如目前國內僅有四所35MPa加氫站，分別位于北京、上海、河南鄭州和廣東，而70MPa加氫站正在大連建設當中。
現(xiàn)階段風電耦合項目發(fā)展主要有三項：
一是中國節(jié)能環(huán)保集團公司于2014年4月啟動了國家863項目“風電直接制氫及燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術研究與示范”，該項目在中節(jié)能風電公司張北分公司建設風電場，制氫功率為100kW，燃料電池發(fā)電為30kW；
二是中德合作的示范項目，由河北建投新能源有限公司投資，聯(lián)合德國McPhy、Encon等公司，在河北沽源投建10MW電解水制氫系統(tǒng)，配合200MW風電場制氫，該項目已于2015年4月開工建設，項目建成后，可形成年制氫1752萬標準立方米的生產能力，成為我國目前最大的風電制氫示范項目；
三是金風科技在吉林獲批的風電裝機100MW，氫儲能容量10MW的項目。
國家電網(wǎng)公司也開展了相關項目的立項和研究，如國網(wǎng)上海市電力公司于2009年承擔了“風光電結合海水制氫技術前期研究”項目，對風電、光電制氫提出了多種應用方案，并以東海風電場為例，開展了風、光電制氫的綜合效益評價；國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院也于2014年10月啟動了“氫儲能關鍵技術及其在新能源接入中的應用研究”，初步具備氫儲能系統(tǒng)試驗能力。
解決能源資源危機和環(huán)境危機的最佳途徑
隨著可再生能源的飛速發(fā)展，開拓消納市場已趨緊迫，如不斷增長的裝機容量已給風電消納帶來持續(xù)壓力，從中電聯(lián)獲悉，截至2015年2月底，并網(wǎng)風電裝機容量首次突破1億千瓦，達到10004萬千瓦，繼續(xù)穩(wěn)居我國第三大發(fā)電類型和世界風電裝機首位。全國31個省份均有并網(wǎng)風電場，其中內蒙古、甘肅并網(wǎng)風電裝機容量分別達到2125萬千瓦和1053萬千瓦，河北、新疆、山東和遼寧超過500萬千瓦。對國網(wǎng)遼寧省電力公司、國網(wǎng)甘肅省電力公司而言，有待采用高效的SPE電解路線，瞄準規(guī)模化制氫方向，積極開拓風電消納市場，將富余的風電、光伏等波動性新能源通過高效電解制氫的方式轉換成氫氣存儲起來，直接通過燃料電池發(fā)電為負荷供電，或將氫氣輸送至附近的化工企業(yè)，進入氫產業(yè)鏈，或生成合成燃料，均可有效解決波動性新能源的消納問題。
偏遠地區(qū)或海島的自然資源，如風能、太陽能等一般較為豐富，但電力供應不足。通過高效清潔的SPE電解制氫技術制取高純氫氣，并存儲起來；在可再生能源發(fā)電不足時，通過氫燃料電池發(fā)電為負載供電，形成一套微電網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)偏遠地區(qū)的獨立供電。
全球能源互聯(lián)網(wǎng)將形成以清潔能源為主導、以電為中心的格局，能源轉化和利用將面向高效化、低碳化發(fā)展。氫能是一種柔性的“綠色”能源載體，可以一次性獲得并可以長期儲存，可以通過氫能燃料電池的技術整合成為電、熱、氣網(wǎng)一體化的結合點，是大規(guī)模消納新能源，實現(xiàn)電網(wǎng)和氣網(wǎng)互聯(lián)互通的重要手段，被認為是同時解決能源資源危機和環(huán)境危機的最佳途徑。與之相關的氫儲能技術將成為國內外大型能源公司重點發(fā)展的戰(zhàn)略性儲備技術，逐步實現(xiàn)規(guī)模化應用。預計在2020年全球氫總儲量達到1億m3，功率總量達100MW，2030年全球氫總儲量達到400億m3，功率總量達10萬MW，2050年時全球氫能實現(xiàn)真正普及。
基于氫儲能技術的發(fā)展，電網(wǎng)本身的角色可依靠氫能的節(jié)點作用實現(xiàn)從電能供應商到全球能源供應商的轉變與提升，主要管理能源接口。
