風電制氫及技術(shù)要求

風電制氫系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機組、電解水裝置、儲氫裝置、燃料電池、電網(wǎng)等組成。如圖1為風電制氫系統(tǒng)吸納風電棄風量示意圖，上半部分為棄風制氫部分，下半部分為風電并網(wǎng)部分。在風電并網(wǎng)部分，風電經(jīng)過低階濾波單元、AD-DC整流變換單元、逆變和高階的濾波單元，將風電的諧波濾去，產(chǎn)生達到并網(wǎng)需求的高質(zhì)量電能，經(jīng)由升壓變壓器為電網(wǎng)供電;在棄風制氫部分，風電被濾波后經(jīng)過AD-DC整流變換單元，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再經(jīng)過直流支撐電路接入DC-DC電路，將直流電進行降壓或升壓處理，使直流電變換為可以制氫的電能，進而制氫。在此過程中，北京柏艾斯的高精度電流傳感器可以精確的測量直流電的大小。風電并網(wǎng)側(cè)與制氫側(cè)應進行合理的功率分配，在風電滿足電網(wǎng)需求的前提下，剩余的風能進行制氫，做到能源的最大利用。

1.風電制氫技術(shù)類型

(1)離/并網(wǎng)型風電制氫

根據(jù)風電來源的不同，風電制氫技術(shù)分為并網(wǎng)型風電制氫和離網(wǎng)型風電制氫。

——并網(wǎng)型風電制氫，是指將風電機組接入電網(wǎng)，從電網(wǎng)取電的制氫方式，比如從風場的 35kV或220kV電網(wǎng)側(cè)取電，進行電解水制氫，主要應用于大規(guī)模風電場的棄風消納和儲能。由于與電網(wǎng)相連，單機容量較大。

——離網(wǎng)型風電制氫，是指將單臺或多臺風機所發(fā)的電能，不經(jīng)過電網(wǎng)直接提供給電解水制氫設(shè)備進行制氫，主要應用于分布式制氫或局部應用于燃料電池發(fā)電供能。由于獨立于電網(wǎng)運行，單機容量較小。

(2)堿性/質(zhì)子交換膜/固體氧化物電解水制氫

根據(jù)電解水制氫技術(shù)的不同，風電制氫技術(shù)分為：堿性(ALK)電解水制氫、質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫和固體氧化物(SOE)電解水制氫。

——堿性(ALK)電解水制氫，是以KOH、NaOH等堿液為電解質(zhì)，如采用石棉布等作為隔膜，在直流電的作用下，水電解生成氫氣和氧氣。

——質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫，是指應用質(zhì)子交換膜(PEM)替代隔膜，傳導質(zhì)子，并隔絕電極兩端氣體，在直流電的作用下，水電解生成氫氣和氧氣。

——固體氧化物(SOE)電解水制氫，采用固體氧化物作為電解質(zhì)材料，在700-1000℃的高溫下，對兩側(cè)施加直流電，陽極產(chǎn)生O2，陰極產(chǎn)生H2。 目前，目前ALK技術(shù)已實現(xiàn)工業(yè)化;PEM技術(shù)尚處于從研發(fā)走向工業(yè)化，商業(yè)化水平低;SOE技術(shù)正處于實驗室研發(fā)階段，各制氫技術(shù)有如下特點。

2.風電制氫技術(shù)要求 　　從技術(shù)角度來看，因為風電具有隨機性、不穩(wěn)定性、波動性較大的特點，風力發(fā)電機、電解水制氫設(shè)備、風電場能量控制系統(tǒng)都有著較高的要求。

(1)風力發(fā)電機 　　風力發(fā)電機不僅需要將電能通過變流裝置輸送到電網(wǎng)，同時也要將棄風發(fā)電為電解裝置供電。因此風力發(fā)電機需要很強的扛風波動能力，即高適應性。

(2)電解水制氫系統(tǒng) 　　由于風力發(fā)電系統(tǒng)的間歇性、隨機性的特點，電解水制氫系統(tǒng)需要具備在不穩(wěn)定電能下能夠安全、可靠和高效制氫的能力，即高適應性。此外，電解水制氫技術(shù)的高效性、環(huán)保性、成本和技術(shù)成熟度也很重要。當前三種制氫技術(shù)在這些性能上表現(xiàn)各異。

從高適應性來看，PEM技術(shù)和風電的耦合性較好，適合風電制氫系統(tǒng)。SOE技術(shù)尚需要進一步研究探索其與風電制氫的適應性。

從高效性來看，目前ALK技術(shù)的制氫能力更強，但是能耗效率相對最低。PEM技術(shù)和SOE技術(shù)能耗效率相對較高，但目前PEM技術(shù)的單堆制氫能力主要為幾十標方每小時，而SOE技術(shù)制氫能力最小，尚在探索階段。

從環(huán)保性來看，ALK技術(shù)使用腐蝕性的堿液作為電解質(zhì)，會對環(huán)境造成污染。PEM技術(shù)和SOC技術(shù)相對較為綠色環(huán)保。

從成本和技術(shù)成熟度的來看，ALK技術(shù)成熟、成本較低，適用大規(guī)模的風電制氫系統(tǒng)。

三類電解水制氫技術(shù)要求 目前，由于ALK技術(shù)與PEM技術(shù)的動態(tài)響應時間較短，動態(tài)響應能力較好，適用于風電制氫系統(tǒng)。相比之下，SOE技術(shù)的動態(tài)響應時間比較長，目前并不適合大規(guī)模風電制氫。再從制氫能力、成本和技術(shù)成熟度來看，目前ALK技術(shù)的總體優(yōu)勢大于PEM技術(shù)，因此我國當前的風電制氫主要采用ALK電解水制氫技術(shù)。 北京柏艾斯的電流傳感器深耕于制氫行業(yè)多年，取得了不少客戶的認可。

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