近年來(lái)，隨著化石燃料的日漸枯竭和溫室效應(yīng)日漸顯現(xiàn)，氫能作為一種清潔、高效且儲(chǔ)量豐富的二次能源，受到越來(lái)越多國(guó)家的重視。

同濟(jì)大學(xué)教授、上海氫能利用工程技術(shù)研究中心副主任張存滿(mǎn)指出，氫能的開(kāi)發(fā)涉及制取、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、利用等環(huán)節(jié)。依托燃料電池技術(shù)，目前氫能已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于交通、電力、熱力、燃?xì)獾壬鐣?huì)領(lǐng)域。但是，氫能系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中還存在一些技術(shù)上的制約。

可再生能源發(fā)展面臨四大挑戰(zhàn)

2014年11月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)》(下文稱(chēng)《行動(dòng)計(jì)劃》)，明確提出到2020年，我國(guó)非化石能源占一次能源消費(fèi)比重要達(dá)到15%。其中，常規(guī)水電裝機(jī)力爭(zhēng)達(dá)到3.5億千瓦左右，風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到2億千瓦，光伏裝機(jī)達(dá)到1億千瓦。

張存滿(mǎn)教授表示，水電在技術(shù)和運(yùn)行模式上均比較成熟，風(fēng)電近兩年的發(fā)展速度也較快，相較而言，光伏領(lǐng)域發(fā)展面臨較大壓力。目前，可再生能源的利用水平還不太高，而《行動(dòng)計(jì)劃》中也明確提出，要“加強(qiáng)電源與電網(wǎng)統(tǒng)籌規(guī)劃，科學(xué)安排調(diào)峰、調(diào)頻、儲(chǔ)能配套能力”。

以風(fēng)電為例，從2011年開(kāi)始，我國(guó)風(fēng)電的增長(zhǎng)速度和總裝機(jī)量已經(jīng)躍居世界第一，截至2014年底，全球風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模達(dá)到365GW，而我國(guó)并網(wǎng)的風(fēng)電達(dá)到96GW，所占份額較大。但是與此同時(shí)，風(fēng)電的棄電率也一直高居不下，近幾年來(lái)風(fēng)電棄電率均超過(guò)了10%。

張存滿(mǎn)教授認(rèn)為，可再生能源在發(fā)展過(guò)程中還存在諸多挑戰(zhàn)：

第一，我國(guó)由于資源分布不均造成的矛盾較為突出，發(fā)電中心和用電負(fù)荷中心脫節(jié)嚴(yán)重。目前我國(guó)的風(fēng)電主要集中在西北、華北、東北三個(gè)地區(qū)，占全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量的80%。但是，我國(guó)電力負(fù)荷則主要集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、耗能更多的華東、華南地區(qū)。因此，要大力發(fā)展風(fēng)電，長(zhǎng)距離電力輸送不可避免。

第二，由于風(fēng)電具有一定的間歇性、隨機(jī)性，因此缺少儲(chǔ)能調(diào)節(jié)的風(fēng)電會(huì)對(duì)電網(wǎng)安全造成不利影響，尤其是當(dāng)風(fēng)電在當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)中的輸送比例超過(guò)10%時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的安全性影響會(huì)加大。

第三，電網(wǎng)建設(shè)是長(zhǎng)期的、復(fù)雜的、全局性的，因此與可再生資源的發(fā)電速度相比，電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃發(fā)展速度相對(duì)較慢，在跨區(qū)域調(diào)度時(shí)就容易出現(xiàn)矛盾，且短期內(nèi)難以調(diào)和。

第四，可再生能源的發(fā)展直接與傳統(tǒng)火電形成了競(jìng)爭(zhēng)。由于電網(wǎng)中增加了具有波動(dòng)性的可再生能源電力，調(diào)峰谷的壓力都集中在傳統(tǒng)的火電、水電上，造成電網(wǎng)運(yùn)行效率下降。

氫儲(chǔ)能技術(shù)破解輸電難題

據(jù)了解，德國(guó)在發(fā)展可再生能源的過(guò)程中，也曾經(jīng)遇到了發(fā)電、用電中心脫節(jié)的難題——德國(guó)風(fēng)電廠主要集中在北部，而用電中心集中在南部。為了緩解這一矛盾，德國(guó)最終將電力轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃?，然后再進(jìn)入到能源環(huán)節(jié)，以氫儲(chǔ)能的方式來(lái)替代直接輸電。

張存滿(mǎn)教授認(rèn)為，氫儲(chǔ)能技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，制取、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、終端使用等環(huán)節(jié)都必不可少。不論使用哪種可再生能源發(fā)電，從技術(shù)上講都會(huì)優(yōu)先選擇直接并網(wǎng)。但是，技術(shù)上一旦出現(xiàn)難以輸送的情況，還是希望能將多余電力存儲(chǔ)起來(lái)。與傳統(tǒng)的電池儲(chǔ)能不同，氫儲(chǔ)能通過(guò)電解水制氫的方式，將能源以氣態(tài)燃料的方式存儲(chǔ)起來(lái)，可以用在化工、氫電池汽車(chē)、加氣站等更多的場(chǎng)合。使用這種方式，一方面有利于就地應(yīng)用，另一方面，借助天然氣管網(wǎng)技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。

張成滿(mǎn)教授坦言，目前氫儲(chǔ)能系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中還存在一些技術(shù)上的制約因素。

首先，寬功率波動(dòng)適應(yīng)性的高效電解制氫技術(shù)還有待發(fā)展。無(wú)論是制氫效率、安全性，還是整個(gè)系統(tǒng)的集成技術(shù)，目前都還需要進(jìn)一步調(diào)整;第二，作為一個(gè)產(chǎn)業(yè)，氫儲(chǔ)能目前還需要實(shí)現(xiàn)低成本、大型化;第三，需要提高氫儲(chǔ)能系統(tǒng)與風(fēng)電場(chǎng)的適配性及集成技術(shù);第四，協(xié)調(diào)氫儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)的綜合調(diào)峰控制;第五，需要進(jìn)一步發(fā)展大規(guī)模、低成本的氫氣輸運(yùn)技術(shù);第六，氫儲(chǔ)能應(yīng)用終端推廣技術(shù);第七，需要綜合考慮整個(gè)制氫技術(shù)的成本與應(yīng)用經(jīng)濟(jì)學(xué)的協(xié)調(diào)性。

氫儲(chǔ)能發(fā)展現(xiàn)狀及可行性分析

目前，氫儲(chǔ)能已被多個(gè)國(guó)家和地區(qū)列為了國(guó)家能源體系的重要組成部分。

在歐洲，現(xiàn)在已由德國(guó)牽頭將氫能列入歐盟能源體系，尤其是在2013年后，德國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)運(yùn)行了十多個(gè)氫儲(chǔ)能示范項(xiàng)目;美國(guó)近年來(lái)在大力推動(dòng)發(fā)展燃料電池;日本更是氫能源開(kāi)發(fā)利用的擁躉，并為此投入了大量時(shí)間和資金;韓國(guó)從2000年開(kāi)始，也在這一領(lǐng)域開(kāi)始發(fā)力。

值得一提的是，日本和德國(guó)在氫燃料電池汽車(chē)領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)化階段。本田、豐田、寶馬等企業(yè)已經(jīng)推出了多款燃料電池汽車(chē)，未來(lái)發(fā)展形勢(shì)也很好。

從國(guó)內(nèi)情況看，我國(guó)電解水制氫技術(shù)的基礎(chǔ)較好，包括零部件控制、集成等方面的相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈也在逐步形成。張存滿(mǎn)教授表示，氫儲(chǔ)能技術(shù)壁壘較高，我國(guó)目前還需要解決核心技術(shù)難題，才能加速發(fā)展。

此外，張存滿(mǎn)教授認(rèn)為，在氫儲(chǔ)能項(xiàng)目中最為敏感的就是電價(jià)因素。由于我國(guó)現(xiàn)行的電價(jià)相對(duì)較低，而氫氣價(jià)格則相對(duì)較高。即便是使用電解水制氫的方式，也具備一定的盈利空間。此外，我國(guó)對(duì)風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電還有一定的補(bǔ)貼，因此現(xiàn)階段發(fā)展氫儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)效益比較可觀，具備一定的經(jīng)濟(jì)性。