近年來，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、高效且儲量豐富的二次能源，受到越來越多國家的重視。

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指出，氫能的開發(fā)涉及制取、儲存、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I(lǐng)域。但是，氫能系統(tǒng)在應(yīng)用過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，國務(wù)院印發(fā)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014-2020年）》（下文稱《行動計劃》），明確提出到2020年，我國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《行動計劃》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、儲能配套能力。

以風(fēng)電為例，從2011年開始，我國風(fēng)電的增長速度和總裝機(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，而我國并網(wǎng)的風(fēng)電達(dá)到96GW，所占份額較大。但是與此同時，風(fēng)電的棄電率也一直高居不下，近幾年來風(fēng)電棄電率均超過了10%。

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

第一，我國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。目前我國的風(fēng)電主要集中在西北、華北、東北三個地區(qū)，占全國風(fēng)電裝機(jī)容量的80%。但是，我國電力負(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，因此缺少儲能調(diào)節(jié)的風(fēng)電會對電網(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10%時，對電網(wǎng)的安全性影響會加大。

第三，電網(wǎng)建設(shè)是長期的、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)展速度相對較慢，在跨區(qū)域調(diào)度時就容易出現(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)火電形成了競爭。由于電網(wǎng)中增加了具有波動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。

氫儲能技術(shù)破解輸電難題

據(jù)了解，德國在發(fā)展可再生能源的過程中，也曾經(jīng)遇到了發(fā)電、用電中心脫節(jié)的難題——德國風(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，德國最終將電力轉(zhuǎn)變?yōu)闅錃猓缓笤龠M(jìn)入到能源環(huán)節(jié)，以氫儲能的方式來替代直接輸電。

張存滿教授認(rèn)為，氫儲能技術(shù)在實際應(yīng)用中，制取、存儲、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起來。與傳統(tǒng)的電池儲能不同，氫儲能通過電解水制氫的方式，將能源以氣態(tài)燃料的方式存儲起來，可以用在化工、氫電池汽車、加氣站等更多的場合。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)也可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。

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

首先，寬功率波動適應(yīng)性的高效電解制氫技術(shù)還有待發(fā)展。無論是制氫效率、安全性，還是整個系統(tǒng)的集成技術(shù)，目前都還需要進(jìn)一步調(diào)整；第二，作為一個產(chǎn)業(yè)，氫儲能目前還需要實現(xiàn)低成本、大型化；第三，需要提高氫儲能系統(tǒng)與風(fēng)電場的適配性及集成技術(shù)；第四，協(xié)調(diào)氫儲能系統(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，氫儲能應(yīng)用終端推廣技術(shù)；第七，需要綜合考慮整個制氫技術(shù)的成本與應(yīng)用經(jīng)濟(jì)學(xué)的協(xié)調(diào)性。

氫儲能發(fā)展現(xiàn)狀及可行性分析

目前，氫儲能已被多個國家和地區(qū)列為了國家能源體系的重要組成部分。

在歐洲，現(xiàn)在已由德國牽頭將氫能列入歐盟能源體系，尤其是在2013年后，德國已經(jīng)開發(fā)運(yùn)行了十多個氫儲能示范項目；美國近年來在大力推動發(fā)展燃料電池；日本更是氫能源開發(fā)利用的擁躉，并為此投入了大量時間和資金；韓國從2000年開始，也在這一領(lǐng)域開始發(fā)力。

值得一提的是，日本和德國在氫燃料電池汽車領(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，未來發(fā)展形勢也很好。

從國內(nèi)情況看，我國電解水制氫技術(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。張存滿教授表示，氫儲能技術(shù)壁壘較高，我國目前還需要解決核心技術(shù)難題，才能加速發(fā)展。

此外，張存滿教授認(rèn)為，在氫儲能項目中最為敏感的就是電價因素。由于我國現(xiàn)行的電價相對較低，而氫氣價格則相對較高。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，我國對風(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)展氫儲能的經(jīng)濟(jì)效益比較可觀，具備一定的經(jīng)濟(jì)性。