氢能在电力系统中的应用

随着全球能源系统的电气化，系统运营商面临的关键挑战将是实时跟上电力需求，以避免停电。但随着太阳能和风能的份额增加，匹配变得更具挑战性：在没有阳光或没有风的情况下，如何满足电力需求？

氢能源现在“流行”的两个主要原因：一是作为一种化学能源载体，它满足了可再生能源的存储和灵活性需求；此外，氢还可用于脱碳困难部门的去碳化，如重工业、卡车运输、航空或航运。

今年2月10日，国家能源局下发《关于征求21年可再生能源电力消纳责任权重》，文件将2030年非化石能源占比的目标具体落实到每一年的消纳权重，同时也将消纳责任权重纳入对各省市的考核。

这表明构建以新能源为主体的新型电力系统，不是一味的追求新增的新能源装机量，而是以电力消纳为衡量，对新能源电力消纳提出更高的要求。在技术、成本、政策等推动下，氢能作为电力介质和纽带成为可能，在高渗透率可再生能源电力系统中扮演着越来越重要的角色。

氢能发电可以用来解决电网削峰填谷、新能源稳定并网问题，还可以提高可再生能源所发电力并网的稳定性和电力系统安全性、灵活性，大幅降低碳排放。目前主要采用氢燃料电池发电技术与新能源耦合发电技术，使用燃料电池发电技术，可以减少对煤炭的使用，减少CO2的排放，且发电效率很高。

氢能既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为原料应用于燃料电池，还可以转换成同态氢用作结构材料例。20世纪70年代以来，美国和日本等发达国家加快了氢能发电技术的研究步伐。目前，通过氢能发电在部分发达国家已经陆续进入了建设试点的阶段。但对中国电力行业而言．目前仍以火力发电为主，氢能技术的应用较少。

氢能是氢及同位素氘、氚为主体的反应或氢的状态变化过程中所释放的能量，氢能可以转化为电能、机械能和热能。通过氢能发电机和燃料电池两种技术手段，均可以实现由氢能向电能的转化。

氢能发电机特指以氢气为原料的发电机，原理类似传统内燃机，经过吸气、压缩、爆炸、排气过程，带动电机产生电流输出。氢能发电机是一种环保型的发电设备，具有无噪音、零排放和移动性强的特点。

PEMFC燃料电池是当前在氢能应用领域的研发重点之一。其工作原理为氢气与氧气（或空气）发生电化学反应生成水并释放出电能，即电解水的逆反应。PEMFC燃料电池的结构与工作原理如下图，当阳极和阴极分别供给氢气和氧气(或空气)时，在催化剂的作用下，氢气在阳极上被氧化离解成电子和氢原子。氧气在阳极上被还原接受电子反应生成水。与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，向外部释放电能。

能源总是互通互融的，能源的变革是相互转化的结果。由于可为风电等可再生能源大规模开发提供消纳保障，氢能的重要性正日益受到地方政府和电网企业的关注。有专家曾表示：“应将氢能生产、运输、应用，同电力网的源网荷储协调统一考虑”。

而这一构想，也正在被逐渐提上日程并实践。今年5月，京能集团与大同市人民政府签订绿色能源项目开发协议。双方将秉持“生态优先、绿色发展、优势互补、合作共赢”原则，共建大同绿色能源基地，合作推进“源网荷储”一体化试点项目，合作建设配套电源点项目，规划建设大同绿氢综合一体化示范项目，打造绿色氢能“制、储、运、加、用”一体化的综合智慧能源服务系统。

此外，由于国家利好政策的不断出台，各地方政府也纷纷发力。《郑州市国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》中表示，支持抽蓄、风电、光伏、氢能等清洁能源发展，推动风光水火储一体化和源网荷储一体化，研究谋划抽水蓄能电站，加快中广核登电登封马岭山、大金店镇风电项目建设。

（本文根据网络信息整理，文中观点不代表氢能观察立场）