氢能技术现状及其在储能发电领域的应用

氢能技术现状及其在储能发电领域的应用

王志强

中国能源建设集团山西电力建设有限公司   山西省太原市   030006

摘要：现阶段，全球范围内均面临着严峻的能源危机，如何做好现有能源的再利用工作，已经成为世界性难题。氢能源作为新能源，其不仅清洁性强、低碳环保，在发电生产方面的应用也极为广泛。在此基础上，本次研究中首先分析了氢能源技术现状，随后以储能发电领域为例，详细探讨了氢能源发电技术的具体应用，旨在借此进一步为我国氢能源利用水平提升带来参考。

关键词：氢能技术；储能；发电

引言：人类社会的每一次阶段性进步，皆离不开能源的应用。氢能源作为一种二次能源，其可由风能、太阳能等再生能源生成，也可由煤、天然气等不可再生能源生成，因此其凭借来源广泛这一优势，被投放至各行各业中。其中，氢能源最突出的贡献就是在发电行业中的应用，其所携带的“零”特征，没有碳排放、环境污染顾虑，且可储备、可运输优势，也进一步拓展了氢能源的应用价值。鉴于此，本次针对氢能技术现状及其在储能发电领域的应用这一内容进行深入分析具有重要现实意义。

一、氢能技术现状

（一）制氢

氢气是一类化学性质十分活泼的物质，在人类生活的自然界中，没有以游离态存在的氢气，此特性下使得氢气成为人类二次能源生产中的重要物质。现阶段，各行各业所使用的氢气，往往是由一次能源加工而来，其在制造方法上，主要如图1所示：

图1 制氢图

（二）储运氢

氢气的储运，通常以三种形式为主，分别是气、液、固。当氢处于不同的状态下时，其储运方式也有所差异，具体如下：

其一，氢的气态储运。此项储运工作中，需要选择一种储运容器达成储运目的，通常以高压气罐为主。储运期间，成本及能源消耗均比较低，还可调节气罐上的减压阀，随时调整氢气的释放量，且能在瞬间启停氢气释放过程[1]。目前，国内对于气态氢的储运方式，主要集中在三个方面，包括高压运输设备、车用储氢容器以及固定式高压储存设备。

其二，氢的液态储运。此项储运工作中，需要在低温环境下针对氢进行液化处理，运输时需要将其置于隔热容器内才可保障储运效果[2]。此外，由于液态化的氢温度要求比较低，必须控制在零下252℃，此时的氢密度可达0.07g/cm³，从体积大小的角度分析，液态化的氢比气态化的氢体积降低了845倍，可显著节省储运空间及储运成本。

其三，氢气的固态储运。此项储运工作中，需要先选择具有可逆吸收、释放特性的储氢材料，随后将氢在一定温度和压力条件下将氢存储其中，需要释放氢时，直接为材料加热减压即可。

（三）氢能技术应用

当前时期下，氢能技术的应用领域十分广泛，在航天、工业、交通、电力等诸多领域中的应用价值均很高，尤其是在电力、热力、煤炭、油气四大能源中间，呈互联互补特征，进一步优化了传统能源的结构[3]。下面就氢能技术在不同领域中的应用展开分析：

其一，将氢能源技术应用于电力领域之中，能够有效将电能存储性能不高的缺憾补足，从而确保电力产业能够进一步拓展原有的可再生能源发展空间。

其二，将氢能技术应用于交通领域中，能够显著分担长距离、高负荷交通对于燃油能源的投放力度，促进交通终端对于清洁能源的利用效率提升，同时也可降低环境污染度。

其三，氢能技术在工业领域中的应用。化工产业发展中，氢是甲醇、合成氨等产品生产的重要原材料，仅在我国，氨气产量中，结合氢气所生产的合成氨占比超出80%以上，充分提升了工业产业生产效益[4]。

其四，氢能技术在航工航天领域中的应用。伴随着现代航天技术的进步，液氢不仅是火箭发动机的液体推进剂，更是人类探索外太空时的主要能源保障之一，尤其是固态氢的研发，其凭借能量密度高的特性，已经投放于宇宙飞船的生产结构材料制造中，当飞船既有能源消耗殆尽后，非必要的固态氢材料零件会自动转为能源支持飞船运行，延长飞船在宇宙中的航行时间。

二、氢能发电技术在储能发电领域的应用

（一）氢能发电技术分析

氢能的各项应用功能中，最显著，价值也是最高的应用就是氢储能发电。从技术本质上来讲，氢储能发电的原理，是将氢气转化为一类支持能源存储的介质，在电力生产期间，如出现产能过剩时，就可利用冗余电力去制造氢气能源，并将此类能源存储起来[5]。而当产能不足时，则可将过剩时所储存的氢气，以燃料电池作为电力生产条件，继而为电力生产设备燃气涡轮发电机提供动力支持。相对于传统的火力发电来讲，氢能发电的优势体现在来源简单、存储周期长、能源转化率高等方面，同时，氢能发电，还可有效将传统发电生产中的并网不稳定、削峰填谷等问题一一解决掉，最终为电力系统的运行安全性和灵活性增长提供技术支持。

（二）氢能技术在储能发电领域的应用

氢储能发电技术在储能发电方面应用时，西方发达国家的技术水平相对更高，不仅技术运作流程成熟，同时在技术储备乃至设备制造等方面，均拥有较为完整的产业链。与此同时，在美国、英国等国家，其已经成功建立了多个契合氢能源介入本国使用的储能系统示范项目，并将氢能发电，作为本国未来百年的电网建设新能源的长远发展战略规划内容

[6]。当前时期下，国际上多个国家已经建立小型氢能发电站项目，甚至部分大型项目也在陆续投建。相对于国外来讲，我国在技术研发方面，电解水制氢技术水平较高，尤其是在集成及零部件的产业链把控方面，已经初步形成系统的流程，并开始逐步将氢能源发展列入国家重点项目之中。

与传统的电池储能手段相比，氢能技术在储能发电领域中应用时，可以借助电解水制氢技术，以气态燃料的形式将能源存储起来，随后通过运输，将氢能源输送至加气站、化工生产等多个场所中，从而扩大氢能源的应用范围。

三、氢能技术在储能发电领域发展的注意事项

在储能发电领域中，想要进一步将氢能源技术的应用价值提升，技术人员还应该重点做好如下工作内容：

其一，主动发展高效电解质氢技术，提升技术的宽功率波动适应能力；

其二，在氢能源储存技术的完善中，应该投放更多的精力在储能成本管控方面，促使氢能源的储存进一步扩大规模，降低国家能源应用成本。

其三，想要进一步优化氢能源储存质量，可以积极就风电场与氢储能系统之间进行衔接，优化其适配性的同时，革新两者之间的集成效果，为氢储能发电领域中的应用效益提升创造条件。

其四，重点围绕电网与氢储能系统之间的管控技术加以优化，实现两者之间综合调峰控制工作质量的优化目标。

结束语：

综上所述，由于氢能是一类环保无污染的新型能源，因此国家专项为氢能的储能及发电提供了技术保障。同时，氢能与电能作为未来全球能源利用的新型表现形式，对各个全球经济也会形成重要影响。此时，我国在进行氢能技术应用时，一方面需要从技术基础着手，不断更新和优化氢能地制造和储存、运输技术能力，以此保障国内氢能供求相平衡。另一方面，则应该充分做好氢能发电技术处理，以此掌握更多能源制造和应用技术，最终为中国未来新能源应用，实现可持续发展奠定基础。

参考文献：

[1] 谷梦瑶,李森. 氢能技术现状及其在储能发电领域的应用研究[J]. 中国航班,2022(3):145-147.

[2] 李京. 探讨氢储能系统关键技术及发展前景展望[J]. 中国科技投资,2022(2):113-115.

[3] 荆涛,陈庚,王子豪,等. 风光互补发电耦合氢储能系统研究综述[J]. 中国电力,2022,55(1):75-83.

[4] 马建力,李琦,陈祥荣,等. 电转气地质储能技术的经济性分析[J]. 工程科学与技术,2022,54(1):117-127.

[5] 王杭婧,孙国正,周颖. "双碳"目标下零碳氢储能市场推广研究——以安徽六安兆瓦级氢能源储能电站为例[J]. 商业经济,2022(3):110-112,118.

[6] 刘玮,万燕鸣,熊亚林,等. "双碳"目标下我国低碳清洁氢能进展与展望[J]. 储能科学与技术,2022,11(2):635-642.