新能源发电制氢储能技术探究

摘 要：我国能源分布非常不平衡，其中新能源发电技术更是如此。且新能源发电是不可控电源，间歇性和反调节是它的主要特点，因此无法进行大规模发电。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储能装置相结合，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。

关键词：新能源 发电 制氢 储能

中图分类号：TN7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（c）-0025-02

Research on Hydrogen Energy Produced by New Energy Storage Technology

Lin Xuqing1 Zhang Siyu2 Sun Quan2 Zhang Hong2

（1. Tianjin Binhai Electric Power Co. Ltd.， Tianjin， 300000 China； 2.College of Electrical Engineering， Northeast Dianli University， Jilin， Jilin Province， 132012 China）

Abstract： Energy distribution in China is very uneven， especially new energy technologies. Besides new energy power generation is uncontrollable power， featuring intermittency and anti-regulation mainly， therefore can not be large scale. Hydrogen energy as a new clean energy has become a hot topic in the field of new energy. The combination of hydrogen energy produced by new energy and energy storage device can be effective in achieving large-scale generation of new energy and have practical values.

Key Words： New energy； Generation； Hydrogen production； Energy storage

目前人类面临的能源危机和环境污染等一系列问题的根源是由于对化石燃料的毁灭性开发导致的[1-3]。故而，科学界一直致力于如何使用可循环利用的、无污染的再生能源替换非再生能源。在开发新能源过程中要考虑人类的可持续发展，不能够给地球增加额外的负荷，新能源的使用还要满足低成本的要求。研究表明：太阳能、风能、核能、海洋能、氢能等都是可持续能源，并且它们都具有很大潜在价值。理论表明氢能是人类的终极能源，在自然界中分布十分广泛[4-6]。作为能源，氢气具有诸多优势：1）燃烧热值高。2）燃烧效率高。3）环保无毒。当前科学研究中普遍利用在半导体上实现光催化分解水产氢，在制氢过程中科学家们可以高效利用太阳能将水分解制得清洁的氢气，与此同时还可以解决能源和环境两大困扰人类的重大难题。选用硫化镉半导体材料作为催化剂，该种半导体材料具有较负的导带位置和较窄带隙，可以作为一种比较理想的可见光响应半导体，在制氢过程中十分实用。研究表明，可以通过提高硫化镉的光催化产氢活性和稳定性等方法来实现高效产氢。但是，在实现大规模制氢过程中就需要利用新能源发电制氢储能技术，才能够大规模的实现产业化生产[7]。

1 新能源发电中的若干问题

实地考察发现，我国的自然资源分布差异极大，尤其是针对新能源发电更甚。比如：风能可以大规模利用的区域是内蒙、甘肃、新疆等地区，光伏发电大规模集中在甘肃、新疆、青海等地。上述这些区域距离负荷中心远，需要通过大规模输电线路输电，然而在远距离输送电能时会出现大量电能的波动，此时就需要建设常规能源电站来解除在输送过程中电能不稳定的瓶颈。这些普通常规能源电站的建立需要常规能源作为支撑，所以利用风能节省常规能源虽然提高了新能源在能源使用中的比例，但却没有达到节能减排目的[8]。

针对此种情况，需要依靠大规模的储能装置来配套大规模的新能源发电。故而，必须大力开展抽水蓄能技术，该技术特点是技术成熟，投资较低。但此种技术有区域性限制，在我国的酒泉、内蒙、新疆等地区就无法规划建设大规模抽水蓄能电站。

在实际中发展其它储能形式如何？比如：当前的锂离子电池等，结果证明都不能进行大规模化学储能。同时，在使用锂离子电池储能过程中，会给环境造成污染的压力。其它的电池形式以及电堆都存在污染和化学储能不足的问题，无法作为大规模储能在实际中使用。科学家考虑了其它的储能手段，比如：化学储能、压缩空气储能、飞轮储能等，都会在不同程度上出现容量太小、效率太低，成本太高等各种问题而无法实现大规模使用。

2 探讨利用新能源发电制氢储能技术

使用风电技术存在远距离输送容量限制，不利于大规模的发电。经过研究论证，合理开发风电技术来大规模制氢，然后采用制氢储能方式，可以彻底解决问题。如果能够利用风电制氢装置生产大量的氢气，那么就可以实现超大规模的能量储存，有效的解决风电并网难题。在汽车、火车、轮船、飞机上都可以使用氢气能源，解决能源短缺问题。

在实际应用中，现有的氢储存技术还不够成熟，存依据酒泉风电基地目前投产的单个200MW风电场计算制氢的实际收益，其年利用小时数大约2200 h左右，若不考虑限负荷因素，年理论发电量可以达到4.8亿度，2012年上半年实际发电量平均为16 000万度，全年预计32 000万度，若使用风电制氢，把剩余无法送出1.6万度风电用来制氢，按电解水产生1立方米氢气耗电5度，辅助能耗10%，氢源经过提纯、加压和储运等工序大致消耗1度，总体按6.5度计算，就可以生产出2.46×107 m3的氢，按每瓶装入6 m3计算（现在市场的标准氢气瓶，压力是150 kg/m2，容积是40 L氢气钢瓶）：可生产410万瓶氢气（每瓶装入6m3氢气）；电解氢气每瓶价格为48元（2010年4月份价格）：48元×410万瓶=19 680万元。制氢时生产的氧气收入，另外还有氧气（每产生1立方米氢气同时产生0.45 m3氧气），即：2 460×0.45=1.107×107m3氧气，那么1.107×107m3氧气/6=185万瓶氧气，每瓶氧气卖16元（2010年4月价格），185万瓶×16元=2 960万元，上述风电制氢、制氧，一年两项相加总数是19 680+2960=22 640万元。则实际的效应是很高效的。