（国家电投集团科学技术研究院北京102009）
摘要：随着可再生能源的大规模开发利用，其间歇性、不稳定性、不可调控性等技术特点导致“弃风弃光”现象严重。通过可再生能源制氢储能，把氢气这种高效、清洁能源进行转化和利用，实现二者的有机结合，已成为有效解决“弃风弃光”现象的一条重要途径。
关键词：可再生能源制氢；储能；氢能；综合利用
0引言
近年来，为了保障国家能源安全、保护生态环境及应对气候变化等问题，我国大力发展风电、太阳能发电等可再生能源。但由于可再生能源的间歇性、不稳定性、不可调控性、需要远距离输送等特点和可再生能源装机容量迅速扩大等问题，导致风电、太阳能发电大规模并网难，“弃风弃光”现象严重。据国家能源局发布的《2016年风电并网运行情况》显示，2016年全国平均“弃风”率达到17%，而甘肃、新疆、吉林等地“弃风”率高达43%、38%和30%。严重的“弃风弃光”制约了可再生能源行业的健康发展。
氢能是氢的化学能，是氢气和氧气反应所产生的能量。氢能燃烧热值高、燃烧产物是水，是世界上最干净的能源。因此，将风电、太阳能发电等可再生能源产生的电能转化为氢能进行储存，再把氢能这种高效、清洁的能源进行转化和利用，实现二者的有机结合，将成为促进可再生能源消纳的一条有效途径。
1制氢储能在可再生能源领域中的应用
1.1储能技术分类
随着可再生能源大规模开发利用以及智能电网的快速发展，能源转型的步伐越来越快，储能技术的突破和创新将成为可再生能源能否顺利发展的关键。
根据工作原理的不同，目前储能技术主要分为三类：物理储能、化学储能和电磁储能。物理储能不改变储能介质的性质，如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等；化学储能是在充（放）电的过程中伴随着储能介质的化学反应，如铅酸蓄电池、锂离子电池、液流电池等；电磁储能主要有超级电容器储能和超导储能[1]。
1.2可再生能源制氢储能
可再生能源制氢储能技术是指在可再生能源发电系统中，利用富余的、非高峰的电力大规模制氢，将电能直接转化为氢能进行存储，这可以有效解决当前模式下的可再生能源发电并网问题[2]。同时可以将储存的氢能通过不同方式（内燃机、燃料电池或其它方式）再转换成电能。或者根据实际需要，还可以将氢气进一步转化合成甲烷、甲醇等，也可将氢气应用到其他工业、民用领域，最大限度地利用风能、太阳能资源。
1.3氢能优点
氢能是一种高能量能源，除核燃料外，氢的发热值是目前所有燃料中最高的。氢能最大的优点是洁净,氢本身无毒无味，燃烧产物是干净的水。
氢能作为能源载体应用在电力、供热、燃料等多领域。可以将产生的氢能作为清洁和高能能源供应到燃气网络直接利用，还可以形成电力与氢能二种能源的互补体系，这将成为可再生能源高效利用的新模式。氢燃料电池是通过电化学反应直接将化学能转换为电能进行储能的电池，具有高效率、无污染、无噪声等优点。氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。
2国外制氢储能和氢能产业发展现状
氢能，是公认的清洁能源，其开发利用受到世界各国高度关注。美国、德国、日本、韩国等均积极布局氢能产业发展战略和计划，并已取得了积极成果。
美国在2001年11月召开了国家氢能发展展望研讨会,勾画了氢经济蓝图。2006年，美国能源部能源效率和可再生能源处制定《氢能源计划》，重点是实现氢能源经济的技术挑战，包括降低氢能源生产的成本、运输、存储、产品的转换以及最终利用等问题。在2008年到2011年间，美国能源部DOE就在氢能和燃料电池计划中投入了大约9亿美元，主要用于制氢、储氢、燃料电池、制造、技术实证、规范标准和教育等[3]。2011年9月，美国能源部颁布的“燃料电池项目计划”规划在2014年至2020年逐步实现燃料电池移动电源、固定电站，以及车载燃料电池发动机的产业化。
有数据显示，德国2016年可再生能源发电量占比已经超过了32%，伴随着可再生能源发电剩余电量的增长，德国最终以氢储能的方式来替代直接输电。德国在2013年就已经建成了第一个商业化的风电制氢多能互补项目——h2-herten。德国一些大型能源电力公司，如EON和ENERTRAG等都在政府的指导和支持下积极实现利用风能等可再生能源的大规模制氢。下一步德国计划开展更大规模的20-50MW风力发电制氢示范项目，为未来的氢能源经济培育基础。
推广氢能源利用是日本的重要国策，一直以来，日本都以构建氢能社会作为发展目标。2015年4月20日，东京附近的神奈川县川崎市启动独立型能源供应系统“H2One”的实证实验，该系统利用太阳能发电制氢，再利用氢燃料电池发电。2015年4月6日，东芝公司在东京都府中市举行了“氢研究开发中心”的挂牌仪式，致力于开发可再生能源制氢等引领氢社会的技术。日本政府和企业高度重视氢能源利用，力图通过抓住可再生能源制氢的巨大市场潜力掌握国际氢能源领域的制高点。
近几年来，韩国在氢燃料领域迅速崛起。2014年，韩国最大的独立发电商POSCO负责运营的世界最大氢燃料电厂落户韩国。2017年6月，韩国斗山集团已经完成了韩国最大的氢能燃料电池发电站的建设。根据NavigantResearch公司的研究，韩国已经超过日本和美国，成为燃料电池发电最大的市场。
3我国制氢储能和氢能产业发展现状
近年来，国家逐步提高了对可再生能源电解水技术和氢能综合利用的重视。2014年初，李克强总理考察了德国氢能混合发电项目，特别指示国内相关部门组织实施氢能利用示范项目。能源局已指示河北、吉林省加快可再生能源制氢示范工作，将氢储能列为解决“弃风”、“弃光”问题的新思路。
2016年9月，我国首座利用风光互补发电制氢的70MPa加氢站（同济-新源加氢站）在大连建成，实现了关键设备的自主创新。联合国开发计划署(UNDP)与科技部共同执行了全球环境基金(GEF)的“中国燃料电池公共汽车商业化示范项目”。从2016年又与江苏省如皋市开展氢能在工业园区、交通、社区、家庭、碳金融等多领域的示范应用，力争打造首个中国氢能经济示范城市。
2016年6月，国家发改委、能源局联合发布的《能源技术革命重点创新行动路线图》明确了重点在大规模制氢、分布式制氢、氢的储运材料与技术的战略方向，重点突破太阳能光解制氢和热分解制氢等关键技术发展以液态化合物和氨等为储氢介质的长距离、大规模氢的储运技术，设计研发高活性、高稳定性和低成本的加氢/脱氢催化剂等具体创新行动。
4结论
可再生能源制氢储能及氢能的综合开发利用，受到世界各国的高度关注。目前制氢储能重点是要突破电和氢两种能量之间的高效转化以及氢能的存储、运输和综合利用等各环节关键技术，只有高效、安全、低成本的储能技术才能实现制氢储能的大规模产业化发展。
我国能源发展已进入转型发展的新阶段,多元、低碳、清洁、高效、安全是必然的发展趋势，可再生能源正逐步成为新增电力的重要来源。而将先进的可再生能源制氢储能技术和氢能综合利用技术的有机结合，可有效实现可再生能源的大规模储存、转化和利用，可大大提高可再生能源的整体利用水平。同时氢能作为绿色能源载体，可大规模替代化石能源，进一步提高可再生能源的消费比重，对实现节能减排、环境保护、解决能源危机等都有着极其重要的意义。我们相信，随着科技的进步和发展，可再生能源制氢储能产业将得到大规模快速发展，人类将进入氢能时代。
参考文献
[1]高小淇.可再生能源电站采用制氢储能解决限电问题的技术分析.2013电力行业信息化年会论文集,2013:408-410.
[2]霍现旭,王靖,蒋菱,等.氢储能系统关键技术及应用综述.储能科学与技术,2016,5（2）:197-203.
[3]张聪．世界氢能技术研究和应用新进展．石油石化节能，2014(8)：56-59．