新能源发电制氢储能技术探究
氢能源储能原理及技术研究报告
氢能源储能原理及技术研究报告
一、氢能源储能原理
氢能源储能是通过将电能转化为化学能，将氢气储存，再将氢气转化为电能的方式来实现的。
氢能源储能的原理是利用电解水将水分解为氢气和氧气，将产生的氢气储存于氢气储存器中。
当需要输出电能时，通过燃料电池将氢气与氧气发生反应，释放出电能和水。
二、氢能源储能技术
1. 氢气储存技术
氢气储存技术是氢能源储存的关键技术之一。
目前主要包括气态氢气储存、液态氢气储存和固态氢气储存三种方式。
其中，液态氢气储存密度高、存储效率高，但存在传热、蒸发等问题；固态氢气储存密度更高，存储效率更高，但制备难度大、安全性较低。
气态氢气储存相对较为成熟，常用高压气瓶储存。
2. 燃料电池技术
燃料电池是将氢气与氧气在电化学反应中释放出电能和水的设备。
燃料电池技术分为直接甲醇燃料电池、正极反应为氧气还原的PEM 燃料电池和固体氧化物燃料电池等不同类型。
目前，正极反应为氧气还原的 PEM 燃料电池被广泛应用于氢能源储
能领域。
3. 电解水技术
电解水是将水分解成氢气和氧气的技术。
目前主要分为碱性电解水和 PEM 电解水两种方式。
碱性电解水技术能够在工业规模上制备氢气，并具有较高的效率和稳定性；PEM 电解水技术相对于碱性电解水技术更加节能环保，适用于小型化的氢气制备。
4. 智能化控制技术
智能化控制技术是氢能源储能中的关键技术之一，用于实现氢气、电能的自动化生产和控制。
智能化控制技术包括物联网、云计算与大数据分析、机器学习等多个领域，将大大提高氢能源储能系统的安全性、稳定性和可靠性。
氢储能技术发展与研究现状
氢储能技术发展与研究现状氢储能技术是指将氢气制备、储存和释放，以实现能源的高效利用和可持续发展的技术。
氢储能具有储存密度高、储存时间长、环境友好等优势，被广泛应用于交通运输、电力能源等领域。
下面将结合当前氢储能技术的发展和研究现状进行分析。
首先，氢储能技术的发展取得了显著的进展。
目前，氢燃料电池车成为人们瞩目的焦点，其续航里程和安全性已经得到了显著提高。
同时，为了提高氢燃料电池的效率和可靠性，研究人员还在探索新型催化剂、电解质膜等关键技术。
此外，氢储能技术在储氢材料、氢燃料途径等方面也有了新的突破。
例如，氢储能材料方面，研究人员正在开发新型的储氢合金、储氢材料和氢化物，以提高储氢能力和储氢速率。
在氢燃料途径方面，电解水制氢、太阳能制氢和生物制氢等技术也被广泛研究，以满足不同能源需求。
其次，氢储能技术的研究还面临一些挑战。
首先是储氢安全性问题。
氢气是可燃可爆的气体，储存和使用过程中存在安全隐患。
因此，如何保证氢气的安全储存和使用成为了研究的重点。
其次是储氢能力和储氢速率问题。
当前的储氢技术仍然无法满足实际应用中的需求，特别是在交通运输领域。
由于氢气的体积较大，储氢设备的体积和重量相对较大，限制了氢燃料电池车的商业化应用。
此外，目前的储氢材料和制氢技术的成本仍然较高，也成为了氢储能技术发展的限制因素。
最后，为了进一步推动氢储能技术的发展，需要采取一系列的措施。
首先，加大科研投入力度，加强氢储能关键技术的研究和开发。
其次，建立健全的政策支持体系，提供财政和税收优惠政策，鼓励企业和研究机构加大对氢储能技术的投入和研究。
再次，加强国际合作，开展技术交流和合作研究，借鉴国外的先进经验和成果。
此外，加强标准制定和监管，提高氢储能技术的安全性和可靠性，保障氢储能设备和系统的正常运行。
综上所述，氢储能技术是目前研究的热点之一，其发展和研究现状已经取得了良好的进展。
然而，仍然存在一些问题和挑战需要解决。
通过加大科研投入、完善政策支持、加强国际合作和加强标准管理等措施，可以进一步推动氢储能技术的发展，为实现能源的高效利用和可持续发展做出贡献。
新型电力系统下的氢储能研究
0 引言随着经济社会的飞速发展，人类对能源的需求量也在与日俱增。
传统的化石燃料如煤炭、石油等被过度开采使用，引发了一系列的能源危机、环境污染和温室气体排放。
其中，温室气体致使全球气候加速变暖，引发一系列极端天气事件的发生。
针对这些问题，中国政府向世界宣布：中国于2030年前力争实现二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。
2021年3月15日，习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上提出构建新型电力系统，构建新型电力系统正式成为实现“双碳”目标的重要抓手，我国的电力系统形态由三要素“源网荷”发展为“源网荷储”四要素。
国家能源局发布《新型电力系统发展蓝皮书》，要求深度融合长时间尺度新能源资源评估和功率预测、智慧调控、新型储能等技术应用，推动系统友好型“新能源+储能”电站建设（见图1）。
新型电力系统下的氢储能研究刘德民，刘志刚（东方电气集团东方电机有限公司，四川省德阳市 618000）摘 要：在“双碳”目标的指引下，新能源将逐步代替化石能源，而新能源主要为风电和太阳能发电，存在不稳定和间歇性，需要用储能的方式来提高新能源的稳定性。
同时，全球的能源利用一直朝着低碳的方向在发展，从生物质到煤炭、石油、天然气再到氢能，碳氢比一直在减少。
在新型电力系统下，氢储能对比传统电化学储能、热化学储能、热能储能、压缩空气储能、飞轮储能、抽水蓄能储能、超导储能等方面有着超高能量密度的独特优势。
截至目前，美国、德国、日本、中国等多个国家都发布了国家级氢能发展战略，氢储能可以说是终端实现绿色低碳转型的重要载体。
虽然优势明显，但氢储能产业发展形态和发展路径尚需进一步探索。
本文结合国内外储能现状、氢能产业发展情况以及氢能关键技术，探讨氢储能特征优势和关键技术，为氢能产业发展提供价值方向。
关键词：双碳；新型电力系统；储能；氢储能；氢产业中图分类号：TK91 文献标识码：A 学科代码：480.40 DOI：10.3969/j.issn.2096-093X.2024.02.007基金项目：四川省重大专项资金资助项目“变速抽水蓄能成套设备关键技术及核心装备研制”（2022ZDZX0041）。
氢能源在智能电网中的储能技术研究
氢能源在智能电网中的储能技术研究一、引言氢能源作为清洁能源之一，在智能电网中扮演着越来越重要的角色。
随着可再生能源的快速发展和智能电网的不断普及，氢能源作为一种高效的储能技术备受瞩目。
本文将对氢能源在智能电网中的储能技术进行深入研究，分析目前的现状、存在的问题，并提出对策建议，以期为相关领域的研究和发展提供参考。
二、现状分析1. 氢能源在智能电网中的应用随着智能电网的建设，可再生能源如风能、太阳能等的接入量不断增加，但这些能源的不稳定性和间歇性给电网带来了很大的挑战。
氢能源作为一种清洁、高效的储能技术，可以有效解决这一难题。
氢能源可以通过电解水、氢气储存及氢能电池等方式实现能源的转化和存储，为智能电网提供备用电力、平衡电能需求等功能，进而提高电网的稳定性和可靠性。
2. 智能电网中的氢能源储能技术现状目前，智能电网中的氢能源储能技术主要以氢能电池和氢气储存为主。
氢能电池通过将氢气与氧气反应产生电能，实现能源的存储和输出；而氢气储存则是将氢气储存在适当的容器中，利用时释放出来。
这些技术在实际应用中取得了一定的成果，但仍存在一些问题亟待解决。
三、存在问题1. 技术成本高目前，氢能源在智能电网中的储能技术尚处于发展阶段，技术成熟度不高，制造、安装、运行成本均较高。
这些成本将直接影响技术的推广和应用，限制了氢能源在智能电网中的进一步发展。
2. 安全性不足氢气具有易燃易爆的特性，一旦泄漏或发生事故，可能会给设备和人员带来严重的危险。
智能电网的安全性要求极高，如何有效保障氢能源储能技术的安全性尤为重要。
3. 储能效率低目前氢能源的储能效率较低，即使采用氢能电池等高效储能方式，仍然存在能量转化过程中的损耗，导致整体效率不高。
如何提高储能效率，降低能量损耗，是当前氢能源储能技术亟需解决的问题。
四、对策建议1. 加大科研投入，提升技术水平针对氢能源在智能电网中的储能技术存在的问题，建议和企业加大科研投入，加强科研力量，提升技术水平。
氢能源的生产与储存技术
氢能源的生产与储存技术随着环境污染日益严重和对传统能源的依赖程度不断加深，人们对新型能源的研发和应用越来越感兴趣。
氢能源作为一种清洁、高效的能源形式，逐渐引起了广泛关注。
本文将从氢能源的生产和储存两个方面来讨论相关技术。
一、氢能源的生产技术1. 电解水制氢技术电解水制氢技术是目前最常用的氢能源生产技术之一。
该技术通过电解水来分解水分子，产生氢气和氧气。
其中，水可以来自于海水、地下水或污水处理厂的废水等多种来源。
在该过程中，可通过不同的电解设备和催化剂来提高氢气的产量和纯度。
2. 化石燃料重整技术化石燃料重整技术是另外一种常见的氢能源生产技术。
该技术通过将化石燃料如天然气、煤炭等与蒸汽进行反应，产生一氧化碳和氢气。
随后，再通过水煤气变换反应、甲烷重整等步骤纯化氢气。
这种技术具有较高的效率，但同时也会产生二氧化碳等温室气体，需要进行有效的排放控制。
3. 生物质发酵制氢技术生物质发酵制氢技术是一种利用生物质原料（如农作物秸秆、粪便等）进行氢气生产的技术。
该技术通过微生物的发酵代谢过程，将生物质中的有机物质转化为氢气和二氧化碳等产物。
这种技术具有环保、可持续等优点，但同时也面临着原料供应稳定性和成本高的挑战。
二、氢能源的储存技术1. 炼化储氢技术炼化储氢技术是一种通过物理吸附或化学反应将氢气储存在材料中的技术。
其中，物理吸附使用具有高表面积的材料（如活性碳、金属有机骨架材料等）吸附氢气；化学反应采用氢化物形成和氢离子储存等方式固定氢气。
这种技术具有储氢密度高、稳定性好等优势，但同时也存在着充放氢速度慢和循环寿命短的限制。
2. 液化储氢技术液化储氢技术是将氢气在低温下液化并储存的技术。
该方法在氢能源应用中具有较长历史和广泛应用。
液化储氢技术将氢气通过压缩和冷却等步骤使其转化为液态，从而实现高密度储存。
但该技术需要消耗大量的能量来制冷，且在储存和输送过程中还要面临安全隐患。
3. 吸附储氢技术吸附储氢技术使用氢气吸附材料（如金属有机骨架、多孔性硅等）吸附氢气并以化学键形式储存。
我国新能源发电制氢储能技术研究
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氢储能工艺
氢储能工艺是一种将电能转化为氢能并储存起来的技术。
其基本原理是利用电力将水分解成氢和氧，将产生的氢气储存起来，以备后续使用。
氢储能工艺一般包括以下几个步骤：
1. 电解水：通过电解水的方式将水分解成氢气和氧气。
这一步骤需要电能作为驱动力，其中负极产生氢气，正极产生氧气。
2. 氢气储存：将产生的氢气进行储存，一般采用压缩氢气或液态氢气的方式。
压缩氢气可以将氢气压缩到高压容器中，液态氢气则需要将氢气冷却至低温并液化。
3. 氢能利用：将储存的氢气用于能源供应。
氢气可以通过燃烧和燃料电池两种方式转化为能量。
燃烧氢气会产生水和热能，而燃料电池则可以将氢气和氧气通过化学反应转化为电能和水。
氢储能工艺的优点包括能够高效储存电能、具有高能量密度、可再生等。
然而，目前氢储能工艺还存在一些挑战，如氢气的储存和输送成本较高、安全性问题等。
因此，氢储能工艺在实际应用中仍面临一些技术和经济上的限制。
氢储能技术发展与研究现状
氢储能技术发展与研究现状氢能是能源转型升级的重要载体，是实现碳达峰碳中和的重要解决方案。
氢气储运是连接氢气生产端和需求端的关键桥梁，低成本高效的氢气储运技术是实现氢气大规模应用的必要保障。
01.氢气储存技术根据氢气的存储状态可将氢气储存方式分为常温高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢和固态储氢等。
目前，常温高压气态储氢是当前我国最成熟的储氢技术，占绝对主导地位。
低温液态储氢尚处起步阶段，是未来大规模用氢的良好解决方案。
有机液态储氢处于技术研发阶段，是未来有发展潜力的氢气低价储运技术之一。
固态储氢尚处示范阶段，具有实用化前景的是金属氢化物基储氢合金。
常温高压气态储氢是指将氢气压缩在储氢容器中，通过增压来提高氢气的容量，满足日常使用。
这是一种应用广泛、灌装和使用操作简单的储氢方式，具有成本低、能耗低、充放速度快的特点。
缺点是储氢密度低，安全性较差，只能适用于小规模、短距离的运输场景。
低温液态储氢属于物理储存，是一种深冷氢气存储技术。
氢气经过压缩后，深冷到21K（约-253°C）以下，使之变为液氢，然后储存在专用的低温绝热液氢罐中，密度可达70.78kg/cm3，是标准情况下氢气密度的850倍左右，体积比容量大，适用于大规模、远距离的氢能储运。
缺点是对储氢容器的绝热要求很高，液化和运输过程中能耗大。
有机液态储氢属于化学储存，利用有机液体（环己烷、甲基环己烷等）与氢气进行可逆加氢和脱氢反应，能够实现常温常压下氢气储运。
这种储氢方式的优势在于储氢密度比较高、安全性高。
缺点是需要配备相应的加氢脱氢装置，流程繁琐，效率较低，增加储氢成本，影响氢气纯度。
固态储氢是以金属氢化物、化学氢化物或纳米材料等作为储氢载体，通过化学吸附和物理吸附的方式实现储氢，具有储氢密度高、储氢压力低、安全性好、放氢纯度高等优势。
缺点是成本高，放氢需要较高温度下进行。
02.氢气输送技术根据储氢状态氢气输送分为气态输送、液态输送和固态输送，气态和液态为目前的主流方式。
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新能源发电制氢储能技术探究作者：林旭清张思雨孙权张虹来源：《科技资讯》2015年第24期摘要：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）-0025-02Research on Hydrogen Energy Produced by New Energy Storage TechnologyLin 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。
在各种问题且成本偏高，不利于超大规模开发使用。
为了解决此类难题，国外科学家们把高密度的氢挤压进入极小水珠，这样就可以实现氢能源的合理存储。
在使用过程中，就可以像普通的液体一样来进行倾倒。
此种特殊的技术采用的是双层构型，外壳是高分子聚合物构成的氢化物载体，内部的核心是纳米结构的氢化物。
3 制氢储能技术的探究研究表明想要合理利用氢能源，技术关键是如何存储。
存储氢能源可以分为化学和物理两个方面。
比如：“吸附储氢”；“金属氢化物储氢”；“玻璃微球储氢”等诸多方式。
合理利用上述的存储手段就可以有效地解决储氢难题。
我国在氢能源利用方面已经取得了巨大的成就，氢燃料电池汽车利用就位居世界前矛。
同时，在实际的能源利用过程中，氢燃料电池与氢燃料内燃机在原理上也大相径庭。
在使用中可以有效地利用“氢内燃机方式”进行发电。
这样就能很容易的进行远距离输送，达到和其它天然气一样简单的配送手段。
在与其它形式的能源利用对比中，氢能源的显著特点就是“取之不尽用之不竭，是能够高效持续、循环利用的资源”。
4 采用其它手段提升制氢储能的合理利用4.1 加强科技创新力度，促进产业和谐发展在实际生产中，由政府和科研院所牵头合作，促进各个机构之间的和谐合作、协调发展。
重点加强先进储能领域的关键核心技术建设。
同时，需要加强重点跟踪产业前沿技术未来发展方向，加强先进储能行业的持续创新能力。
4.2 提升产业培育扶持强度政府帮助上下游企业协调沟通，推动技术创新成果产业化。
重点培育新能源汽车，先进储能等新能源产业，加速推动产业化进程，迅速壮大产业规模，促进新能源产业成为新型支柱产业。
充分发挥产业优势，大力推进先进储能产业发展，重点发展产品生产，迅速提升产业规模，巩固优势地位，实施品牌战略，提高市场占有率。
鼓励储能电池生产设备及辅助设备制造，加速装备制造产业化。
4.3 加大政策支持在新能源发电制氢储能技术研究中，规模储能技术从研发到产业化需要一个持久创新运营管理的发展周期，不是在短时间内就能完成的事情，需要政府的优惠政策。
政府应将先进储能技术及其产业化应用，列为十三五规划的技术发展方向之一，加强储能技术基础研究的投入，切实鼓励创新，掌握知识产权。
同时，从先进储能技术发展起始就重视环境因素，防治环境污染，充分发挥储能在节能减排方面的作用，把对新能源的鼓励政策延伸到储能环节。
5 结语该研究通过新能源发电中的若干个问题，引出了对新能源发电制氢储能的探讨与探究，并对如何提升制氢储能的合理利用提出了相应的解决手段。
通过对新能源发电制氢储能的探究可知，新能源制氢储能是解决新能源上网“瓶颈”问题的有效形式，其发电技术已引起国内外学者和专家的广泛关注。
虽然将其推向实用化还有许多问题尚待解决。
但是毋庸置疑，新能源发电制氢储能技术在国内外的发展潜力是相当巨大的。
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