風(fēng)光發(fā)電制氫及儲氫研發(fā)應(yīng)用分析報告

風(fēng)光發(fā)電制氫及儲氫研發(fā)應(yīng)用進(jìn)展2023年09月20日一、

背景簡介二、

風(fēng)光發(fā)電制氫三、儲氫技術(shù)研發(fā)應(yīng)用四、

展望背景簡介——關(guān)于氫能p

近年，我國每年1000億度的余風(fēng)光電，還有800萬噸的副產(chǎn)氫，如何存儲？如何利用氫能？p

2020年10月國務(wù)院辦公廳印發(fā)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》中提出“提高氫燃料制儲運(yùn)經(jīng)濟(jì)性。因地制宜開展工業(yè)副產(chǎn)氫及可再生能源制氫技術(shù)應(yīng)用，加快推進(jìn)先進(jìn)適用儲氫材料產(chǎn)業(yè)化?！?

當(dāng)前我國氫能需求2500萬噸，綠氫卻只占1%。到2050年氫能在中國終端能源體系中占比超過10%，風(fēng)光制氫，大有前途。背景簡介——關(guān)于氫能背景簡介——關(guān)于氫能圖:我國氫氣主要占比圖:當(dāng)前中國氫氣生產(chǎn)和消費(fèi)主要工藝背景簡介——關(guān)于氫能圖:我國氫能需求行業(yè)預(yù)測圖:中國中長期氫氣需求預(yù)測背景簡介——制氫技術(shù)表1:典型制氫方法對比表2:制氫成本比較背景簡介——風(fēng)光發(fā)電制氫氫能：?

密度高；?

儲存周期長；?

高效儲能。風(fēng)、光能：u

調(diào)節(jié)、儲存轉(zhuǎn)化能量u

緩解多余風(fēng)光發(fā)電問題?

分布廣，儲量大；?

波動性，隨機(jī)性；?

時間與空間上互補(bǔ)。風(fēng)光發(fā)電制氫、儲氫核心技術(shù)儲氫風(fēng)光發(fā)電電解水壓縮氫氣儲存液體氫存儲并網(wǎng)技術(shù)雙饋型風(fēng)電機(jī)組風(fēng)光儲一體分布式發(fā)電智能電網(wǎng)PEM

電解水技術(shù)直接電解海水制氫高溫電解水技術(shù)（SOEC）固態(tài)氫氣儲存（儲氫材料）風(fēng)光發(fā)電制氫風(fēng)電制氫技術(shù)?

2014年，國家863項(xiàng)目——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

，制氫功率可達(dá)為100kW，燃料電池發(fā)電為30kW；?

2014年，氫儲能關(guān)鍵技術(shù)及其在新能源接入中的應(yīng)用研究；?

源風(fēng)電制氫項(xiàng)目，具有年制氫1752萬m3的生產(chǎn)能力。圖吉林省西部千萬千瓦風(fēng)電基地起步區(qū)與核心區(qū)——通榆風(fēng)力發(fā)電廠外景風(fēng)光發(fā)電制氫?

2017年，提出需結(jié)合系統(tǒng)建設(shè)地點(diǎn)氣候環(huán)境，考慮風(fēng)機(jī)、光伏面板參數(shù)特性合理分配容量才可以最大化風(fēng)光資源利用率；?

2018年，提出一種風(fēng)光互補(bǔ)聯(lián)合制氫系統(tǒng)的環(huán)境效益評價方法，認(rèn)為風(fēng)光互補(bǔ)聯(lián)合制氫系統(tǒng)在不同地區(qū)的利用對光照和風(fēng)力資源曲線的重視度不同；?

2019年，提出可再生能源制氫儲能技術(shù)可最大程度避免能源浪費(fèi)，風(fēng)光互補(bǔ)制氫系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)研究對我國能源清潔化轉(zhuǎn)型及脫碳減排進(jìn)程具有極大促進(jìn)作用。圖“風(fēng)光火儲”耦合發(fā)電的基地型規(guī)?；C合能源項(xiàng)目風(fēng)光發(fā)電制氫?

2021年,凱豪達(dá)氫自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一期制氫項(xiàng)目光伏制氫與燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)裝置，對天然氣摻氫的應(yīng)用場景具有示范作用。風(fēng)光發(fā)電制氫2023年3月，國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目固態(tài)氫能發(fā)電并網(wǎng)率先在廣州和昆明同時實(shí)現(xiàn)，這也是我國首次將光伏發(fā)電制成固態(tài)氫能應(yīng)用于電力系統(tǒng)。u

解決了‘綠電’與‘綠氫’靈活轉(zhuǎn)換的難題，解決了在常溫條件固態(tài)形式存儲氫氣技術(shù)“瓶頸”；u

七個不同儲量的固態(tài)儲氫裝置，儲存90公斤氫氣，持續(xù)穩(wěn)定出力23小時可發(fā)電2300度。風(fēng)光發(fā)電制氫2023年5月，由新能集團(tuán)公司所屬鴻通電業(yè)發(fā)展公司承建的中石化新星石油公司庫車綠氫示范項(xiàng)目220千伏變電工程順利投產(chǎn)送電——綠氫示范項(xiàng)目運(yùn)行。?

裝機(jī)容量300MW、年均發(fā)電量6.18億kWh的光伏電站；?

年產(chǎn)能2萬噸的電解水制氫廠，儲氫規(guī)模約21萬

Nm3的儲氫球罐；?

輸氫能力2.8萬

Nm3/h的輸氫管線，綠氫供應(yīng)中國石化塔河煉化。風(fēng)光發(fā)電制氫?

2023年6月，河北鴻蒙張家口風(fēng)電光伏發(fā)電綜合利用（制氫）示范項(xiàng)目?

投資174億元打造，總?cè)萘窟_(dá)125萬kW。?

預(yù)計(jì)年產(chǎn)綠電超62億kWh，若全部用來制氫，可年產(chǎn)綠氫超9萬噸。風(fēng)光發(fā)電制氫?

2023年7月，吉林白城大安風(fēng)光制綠氫合成氨一體化示范項(xiàng)目；?

大安風(fēng)光制綠氫合成氨一體化示范項(xiàng)目總投資63.32億元，采用風(fēng)光發(fā)電，電解水制氫，空分制氮生產(chǎn)合成氨；?

風(fēng)光發(fā)電工程裝機(jī)量800MW(其中風(fēng)電700MW、光伏100MW)，配套建設(shè)40/80MWh儲能裝置，制氫32萬噸/年，合成氨建設(shè)規(guī)模18萬噸/年。風(fēng)光發(fā)電制氫?

2023年6月，內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗納日松光伏制氫產(chǎn)業(yè)示范項(xiàng)目年均發(fā)電量約為7.4億

kWh，其中20%將直接輸送至當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，剩余80%用于氫氣生產(chǎn)。風(fēng)光發(fā)電制氫2023年6月，由東方電氣集團(tuán)與深圳大學(xué)/四川大學(xué)謝和平院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合開展的全球首次海上風(fēng)電無淡化海水原位直接電解制氫技術(shù)海上中試在福建興化灣海上風(fēng)電場獲得成功。意義體現(xiàn)在：?

首次實(shí)現(xiàn)了中國學(xué)者提出的全新原理技術(shù)在真實(shí)環(huán)境下的可行性和穩(wěn)定性；?

首次實(shí)現(xiàn)了海上風(fēng)電可再生能源和海水直接制氫的一體化技術(shù)體系；?

首次驗(yàn)證了海上風(fēng)電無淡化直接制氫抗海洋環(huán)境干擾的可行性；?

首次實(shí)現(xiàn)了成果到工程試驗(yàn)的中國速度。2023年國內(nèi)風(fēng)光氫儲氨醇一體化億利節(jié)能與國家電投聯(lián)合開發(fā)綠電-綠氫-綠氨——32億中能建風(fēng)光氫儲及氫能綜合利用一體化示范——76億元1238三一重能烏拉特中旗風(fēng)光氫儲氨一體化示范——43億中能建松原氫能產(chǎn)業(yè)園（綠色氫氨醇一體化），——296億元9中煤50萬噸/年離網(wǎng)型風(fēng)光制氫合成綠氨技術(shù)示范——245億元騰格里60萬千瓦風(fēng)光制氫一體化示范——41億元101112遠(yuǎn)景能源赤峰市能源物聯(lián)網(wǎng)零碳?xì)浒币惑w化示范——44億元中電建赤峰風(fēng)光制氫一體化示范——35億元中石油烏蘭察布興和縣風(fēng)光發(fā)電制氫合成氨一體化，——41億元中核科右前旗風(fēng)儲制氫制氨一體化示范——45億56中能建烏拉特中旗風(fēng)光制氫制氨綜合示范——23億元國能阿拉善高新區(qū)百萬千瓦風(fēng)光氫氨+基礎(chǔ)設(shè)施一體化低碳園區(qū)示范——51億元13風(fēng)光發(fā)電制氫?

能源存儲和分布：?

天氣條件的影響：智能調(diào)度和優(yōu)化運(yùn)行系統(tǒng)。更合理的布局方式。挑戰(zhàn)?

系統(tǒng)效率問題：提高風(fēng)能和太陽能的轉(zhuǎn)化率、優(yōu)化逆變器工作效率?

保護(hù)環(huán)境和生態(tài)：合理選擇建設(shè)地點(diǎn)、采用環(huán)保材料和技術(shù)等?

未來我國風(fēng)力發(fā)電總裝機(jī)容量，到2030年達(dá)到約4000萬kW左右；?

成本也將逐漸降低，成為電力系統(tǒng)的重要組成部分，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展提供保障。前景風(fēng)、光、電氫技術(shù)展望加強(qiáng)電解制氫技術(shù)的開發(fā)開發(fā)可快速響應(yīng)功率波動的固體聚合物電解水制氫技術(shù)(SPE)及固態(tài)氧化物電解水制氫技術(shù)（SOEC）。開展氫儲能系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)高壓及固態(tài)儲氫系統(tǒng)，使之與電網(wǎng)調(diào)峰和運(yùn)行模式相匹配，是該技術(shù)能夠走向市場的關(guān)鍵技術(shù)之一。注重大規(guī)模風(fēng)電制氫運(yùn)行模式以及經(jīng)濟(jì)性應(yīng)對綜合效益進(jìn)行研究和評價，包括社會效益、環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益等。需要在經(jīng)濟(jì)性分析的基礎(chǔ)上，建立一套多能源轉(zhuǎn)換利用的綜合效益評價指標(biāo)體系和方法。水電解制氫站用電負(fù)荷的增加有利于電能的消納，風(fēng)電場可直接向制氫站供電，統(tǒng)籌調(diào)度風(fēng)電與太陽能等新能源發(fā)電資源，確保水電解制氫供電的穩(wěn)定性。解決風(fēng)電與電網(wǎng)輸配電的政策問題關(guān)于儲氫技術(shù)u特點(diǎn)和應(yīng)用國家“十四·五”目標(biāo)體積儲氫密度60kgH2/m3質(zhì)量儲氫密度6wt.%液態(tài)儲氫2000次循環(huán)

保持率90%70

MPa高壓氣態(tài)儲氫質(zhì)量儲氫密度（wt%H2)氫氣儲運(yùn)技術(shù)p

2020年6月《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》：我國氫能制儲、加氫基礎(chǔ)設(shè)施、燃料電池及應(yīng)用三個環(huán)節(jié)企業(yè)占比分別為48.5%、9.7%、41.8%；p

相比制氫和燃料電池產(chǎn)業(yè)之下，氫能儲運(yùn)和加注產(chǎn)業(yè)化整體滯后；p

截止2021年，我國建成685座加氫站，平均建設(shè)成本1500萬元/座；中國加氫站建設(shè)2025超2000座，2030年數(shù)量將超過5000座；儲運(yùn)氫規(guī)模超千億；p

2022年，“氫動吉林”，加快培育氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。10年內(nèi)“力爭氫能產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值數(shù)百億元規(guī)?！薄錃鈨\(yùn)技術(shù)體積儲載氫量

氫密度壓力（MP）質(zhì)量儲

成本

經(jīng)濟(jì)氫密度

（元

距離（wt%）

/kg）

（km）輸運(yùn)工具儲運(yùn)方式氣態(tài)儲運(yùn)特點(diǎn)我國發(fā)展程度

圖片示例（kg/車）（kg/m3）單車載量約2.02

≤200

350kg，時間

發(fā)展成熟。各需4~8h長管拖車300-4002014.53.21.1-投資大，存在氫脆等難點(diǎn)管道

1-4-0.3

≥500建設(shè)進(jìn)度緩慢液氫單車載量約≥200

3000kg，裝卸時間1~2h12.2僅應(yīng)用于航天及軍工領(lǐng)域液態(tài)儲運(yùn)

槽罐

0.6300064145-車300-400鎂基等輕質(zhì)儲

大多處于研發(fā)氫材料固體儲運(yùn)

貨車4501.24≤150試驗(yàn)階段有機(jī)液體

槽罐存在溫度高、

研發(fā)投產(chǎn)相關(guān)效率低等問題

產(chǎn)能裝置常壓

200040-5015

≥200儲運(yùn)車氫氣儲運(yùn)技術(shù)儲氫方式高壓儲氫液態(tài)儲氫固態(tài)儲氫有機(jī)液體儲氫?

技術(shù)成熟（≤70MPa）

?

體積儲氫密度高?

體積儲氫密度高?

能效高?

質(zhì)量儲氫密度高?

能效高?

應(yīng)用方便?

運(yùn)輸快捷?

質(zhì)量儲氫密度高?

加氫站成本高?

市區(qū)推廣難?

自揮發(fā)，難長期存儲

?

安全性好?

安全性好?

絕熱系統(tǒng)復(fù)雜?

成本高?

加氫站成本低?

質(zhì)量儲氫密度低?

含雜質(zhì)氣體?

現(xiàn)存儲氫技術(shù)都有顯著的優(yōu)/缺點(diǎn)，適合在特定場景應(yīng)用金屬氫化物儲氫放氫容量（wt.%）合金類型金屬氫化物放氫壓力（bar）

放氫溫度（K）AB5AB3LaNi5H6CaNi3H4.4TiFeH1.8TiMnFeMg2NiH4TiVFeH6MgH21.420.552982983033235552985731.81.92.03.64.07.6ABAB24A2B1固溶體輕金屬0.10.1問題：或容量偏低、或固態(tài)儲氫材料儲氫量（m3）材料制造單位名稱類型儲氫材料備注布魯克海文國家研究室（美國）TiFe

400kg1.56%直徑300mm，氫壓3.5MPa。直徑660mm氫壓3.4MPa.內(nèi)部冷熱型70TiFe

Mn

1700kg1.36%0.90.1曼內(nèi)斯曼公司.戴姆勒奔馳公司（德

冷熱型國）內(nèi)部隔離外部Ti

Zr

V

Fe

Cr

Mn

氫壓5.0MPa，溫度100℃0.98

0.02

0.430.090.0520001900018010t1.78%7×?114.3

mm1.5新日本川崎制鐵（日本）1955×?381mm，溫度85℃，氫壓3MPa內(nèi)部冷熱型Ti0.95FeMm0.08，

1.5%H深圳市佳華利道新技術(shù)開發(fā)有限公司（有色院）內(nèi)部冷熱型多管用TiMn1.5

1300kg1.7%H；系統(tǒng)（1.2%）H并聯(lián)鋼管構(gòu)成（帶冷熱水）大巴車應(yīng)用16kgH2,370km上海氫楓能源技術(shù)

內(nèi)部冷熱型>10000

Mg合金

6%20

ABx-RE，2%鋼管結(jié)構(gòu)，

試驗(yàn)中有限公司多管用長春應(yīng)化所多管復(fù)合鋁、鋼管結(jié)構(gòu)；開發(fā)試驗(yàn)中固態(tài)儲氫裝置及應(yīng)用北京有研科技集團(tuán)2020-2022年?在懷柔基地建立起30kW風(fēng)電電解水制氫/500Nm3固態(tài)儲氫/3kW燃料電池發(fā)電集成系統(tǒng)；?初步解決了風(fēng)電直接電解水制氫控制以及制氫-儲氫-燃料電池發(fā)電耦合技術(shù)；?氫/熱耦合技術(shù)提高了系統(tǒng)的能量效率。固態(tài)儲氫裝置及應(yīng)用江蘇集萃安泰創(chuàng)明先進(jìn)能源材料研究院有限公司u2017年10月在常州國家高新區(qū)正式注冊成立；u2018年3月與省、市共建成為江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院。?

2023年4月13月，氫楓能源聯(lián)合上海交通大學(xué)氫科學(xué)中心重磅發(fā)布世界領(lǐng)先的第一代噸級鎂基固態(tài)儲運(yùn)氫車（MH-100T）。?

40尺大小可以儲存1噸氫氣，是常規(guī)（氣態(tài)儲氫）3-4倍的存儲量，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。車輛在常溫常壓下儲運(yùn)，工作壓力≤1.2MPa，放氫純度99.999%，循環(huán)次數(shù)＞3000次。我國三峽氫舟1號?

“三峽氫舟1號”七一二所作為牽頭單位已于2022年5月開建，并已完成燃料電池系統(tǒng)、高壓儲氫瓶組等所有核心部件的中國船級社(CCS)產(chǎn)品認(rèn)證，計(jì)劃2022年11月下水，2023年上半年交付使用。?

“三峽氫舟1號”配套的氫燃料加注方案采用固定式岸基制氫加氫站為主，撬裝式加氫站為輔的方式。?

制氫規(guī)模200Nm3/h(PEM電解水制氫)，加氫規(guī)模500kg/d。固態(tài)儲氫裝置及應(yīng)用公司固態(tài)儲氫發(fā)展動態(tài)佳華利道2021年4月，佳華利道新技術(shù)開發(fā)有限公司推出一臺4.5t固態(tài)儲氫燃料電池冷藏車。該車輛采用的低壓合金儲氫系統(tǒng)和加氫系統(tǒng)。2022年4月，新氫動力發(fā)布兩款無人駕駛氫能車型，其中一款為搭載周態(tài)金屬儲氫燃料電池叉車。新氫動力科新機(jī)電、安泰創(chuàng)明2022年4月，科新機(jī)電與安泰創(chuàng)明合作開發(fā)常溫常壓加氫站儲氫裝置(系統(tǒng))、高溫高壓大型氫儲、運(yùn)裝置，加氫站儲氫系統(tǒng)、中長距離氫儲運(yùn)車等。2022年4月，氫儲(上海)能源科技在河南新鄉(xiāng)高新區(qū)鎂合金高密度儲