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

宋翔

身份证号：42092****09275133

摘要：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。

关键词：氢能技术现状；储能发电领域；有效应用

氢能技术以氢气为核心，通过对氢、储氢和氢发电技术的控制，有效地实现了氢能量转换和循环利用，对于现代发电产业的发展具有深刻影响。本文在阐述氢能技术系统组成的基础上，就储能发电领域氢能技术的应用要点展开分析，并指出氢能技术应用问题和发展方向，期望能实现氢能技术与储能发电的有效结合，促进蓄能发电产业的清洁化、可持续化发展。

1 氢能技术系统组成

基于氢能技术工况应用实际可知，制氢系统、储氢系统、氢发电系统是氢能技术系统的三个基本组成单元。就制氢系统而言，其将富余的可再生能源电力作为基础材料，通过电解水生成氢；随后在高效储氢系统的作用下，将所制氢气封存起来。当可再生能源发电处于低谷时，系统发挥燃料电池的作用，即可再次产生电力病并回馈电网。现阶段，氢能技术系统在整个氢产业链中得到了广泛应用，除化工生产、燃气外，燃料电池汽车、储能发电领域也有氢能技术的使用。在储能发电领域中，通过电能链和氢产业链的结合，有效地实现了能量的流转，这不仅提升了氢气的附加价值，而且有效地提升了电网电能的整体质量。

2 氢储能技术应用在发电领域的优势

2.1 存储容量大

氢气作为一种储能介质，能量密度是燃油的3倍左右。与传统的电池储能技术相比，氢气储能可以实现更大规模的能量储存。目前可以对氢气进行压缩或液化满足储存需要，实现在相对较小的体积中储存大量的能量。在需要大规模能源储备的场景，如电力系统调峰、应对突发能源需求等具有重要意义。

2.2 长期储存和长距离运输

氢气储能不受容量衰减等限制，具有良好的稳定性，可以实现较长时间的储存，也能实现长距离运输。同时，氢气还可以通过管道、船舶等方式进行长距离运输，可以远距离输送氢气能源到需要的地点，满足不同地区的能源需求，尤其对于无法直接利用可再生能源的地区具有较大优势。

3 氢能技术现状分析

3.1 制氢产业技术

氢气的化学形式活泼，自然界当中不存在游离态的氢气，因此氢气是技术和设备支持之下的产出的一种二次能源，当前不同领域所使用的氢气都是通过一次能源转化而来的[1]。化石燃料制氢技术是最为常见的，包含相关的石油、天然气蒸汽重整制氢和水煤气发制氢等等。其中电解水法制氢是比较常见的，主要通过电能的应用，使得水分解制的氢气，这一过程的效率虽然不高，一般情况下职能达到75%~85%左右，但是其优势在于工艺过程简单且没有污染，但是电能消耗比较大，因此成本比较高，这也是此项技术后续优化的一个重点。

3.2 氢的储运技术

氢是自然界中最“轻”的元素，在常温常压下的密度非常之低，仅为空气的1/14，这使得氢能的储运遇到了比较大的挑战，其中常规的储运方式和策略难以达到理想的储运效率，而氢能的储运会影响到整个产业的可持续性发展。几十年以来，氢的储运技术一直以来都是发达国家的研究热点，目前来看，氢的储运技术已经发展至多样化的姿态，包含气态储运、低温液态储运和固体储运等等，不同的储运方式具有自身的优势和特点，不同的企业可以依据氢气用量与传输距离进行储运成本的评估，从而选择合适的储运方式，提升氢能资源的利用，同时在产业发展方面达到极高的经济效益，实现理想中的可持续发展。

4 储能发电领域氢能技术的应用要点

4.1 制氢技术要点

从电解水制氢过程来看，其不仅包含碱性电解法、固体高分子电解质电解，而且涉及高温固体氧化物电解方式的应用。就碱性电解法而言，其是经济效益较为突出的一种制氢技术，在工业领域具有较高的适用性。该工艺下，选择氢氧化钾水溶液，并将其作为电解质，该电解质的浓度多保持在25%~30%。电极多选择碱性金属材料，如铁、镍或者镍合金等。最后控制工作温度为70~80℃，可完成碱性电解，并产生一定的氢能。研究显示，碱性电解法的制氢效率维持在50%~60%，总效率低于30%，要注意的是，该工法下运行成本消耗的80%为电能消耗。固体高分子电解质电解（SPE）本质上是一种纯水电解氢工艺，该工艺的电解质为离子聚合物膜，在该电解质下，阳离子可得到有效传输，且电极被系统隔离。实际作业中，控制电解温度保持在80℃，这样可将电解的效率保持在75%。值得注意的是，该工法的应用成本较高，限制了其在工业中的应用，新时期，应注重该工法生产成本的进一步控制。高温固体氧化物电解法（SOEC）模式下，电解质多选择氧化锆陶瓷，这种氧化锆陶瓷极为特殊，其本身添加有一定的稀土金属氧化物。随后在800~950℃的高温状态下，水会被进一步分解为氧气和氢气。SOEC技术的电解效率、总体效率分别超过了95%、50%；但要注意的是，该技术还存在两个方面的缺陷，一是材料损耗较大；二是电堆易衰减。新时期，要拓展SOEC技术应用范围，还应注重这两个问题的系统处理。

4.2 储氢技术要点

储氢技术要点涉及多个关键方面，它不仅是实现氢能高效利用的基础，也是推动氢能产业持续发展的重要支撑。首先，从储氢材料的选择上来看，要考虑到材料的储氢容量、吸附/解吸速率以及循环稳定性等多个性能指标。优质的储氢材料应具备高储氢密度，以确保在有限的空间内储存更多的氢气；同时，快速的吸附和解吸速率也是实现氢能高效利用的关键因素。其次，储氢技术的安全性至关重要。由于氢气具有高易燃性和易爆性，因此在储氢过程中必须采取有效的安全措施，防止氢气泄漏或发生意外。这包括使用可靠的密封材料和结构，以及设计合理的安全防护系统，确保储氢设备在各种环境下的安全运行。此外，储氢技术的成本效益也是不可忽视的要点。降低储氢成本不仅有助于提高氢能的竞争力，还能推动氢能在更广泛的领域得到应用。因此，研究和开发具有高性价比的储氢技术，对于推动氢能产业的可持续发展具有重要意义。最后，储氢技术的规模化应用也是当前研究的重点方向。随着氢能产业的快速发展，对储氢技术的需求也在不断增加。因此，如何实现储氢技术的规模化生产和应用，以满足市场需求，是当前亟待解决的问题。储氢技术要点涵盖了储氢材料、安全性、成本效益以及规模化应用等多个方面。这些要点共同构成了储氢技术的核心框架，为氢能产业的持续发展提供了坚实的技术支撑。

5 结束语

在现代社会建设和发展过程中，强调的是可持续发展和绿色节能，其中氢能技术的应用具有较高的契合性，包含相关的环保无污染和无碳排放等等优势，因此后续需要注重氢能技术的发展和开发工作，同时加强氢能技术在储能发电领域中的应用，从而取得对应的效果和作用。

参考文献：

[1]熊庆人. 氢能技术发展现状及其标准化 [J]. 中国标准化, 2024, (05): 95-101.

[2]杨凯鹏. 氢能技术现状及其在储能发电领域的应用 [J]. 化工设计通讯, 2023, 49 (07): 157-159.

[3]吉力强,赵英朋,王凡,等. 氢能技术现状及其在储能发电领域的应用 [J]. 金属功能材料, 2019, 26 (06): 23-31. DOI:10.13228/j.boyuan.issn1005-8192.2019039.

作者：宋翔，湖北省电力装备有限公司，湖北省武汉市，430035