电力低碳转型背景下氢储能的挑战与展望

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.23022

发电技术 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (3): 296-304.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.23022

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电力低碳转型背景下氢储能的挑战与展望

陈逸文, 赵晋斌, 李军舟, 毛玲, 屈克庆, 魏国庆

上海电力大学电气工程学院，上海市杨浦区 200090

收稿日期:2023-03-02 出版日期:2023-06-30 发布日期:2023-06-30
通讯作者: 赵晋斌
作者简介:陈逸文(1998)，女，硕士研究生，研究方向为氢储能系统容量规划，1095432165@qq.com；
赵晋斌(1972)，男，博士，教授，主要研究方向为现代电力电子技术在电力系统中的应用、新能源发电技术，本文通信作者，zhaojinbin@shiep.edu.cn；
李军舟(1998)，男，硕士研究生，主要研究方向为分布式电源的控制与应用，751916449@qq.com；
毛玲(1981)，女，博士，讲师，主要研究方向为新能源及电动汽车供给技术、锂电池的状态估计，maoling2290@shiep.edu.cn；
屈克庆(1970)，男，博士，副教授，研究方向为电力电子技术及其在新能源和电力系统中的应用，kqqu@shiep.edu.cn；
魏国庆(2000)，男，硕士研究生，主要研究方向为电氢耦合技术，15290254769@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(52177184)

Challenges and Prospects of Hydrogen Energy Storage Under the Background of Low-carbon Transformation of Power Industry

Yiwen CHEN, Jinbin ZHAO, Junzhou LI, Ling MAO, Keqing QU, Guoqing WEI

College of Electric Power Engineering, Shanghai University of Electric Power, Yangpu District, Shanghai 200090, China

Received:2023-03-02 Published:2023-06-30 Online:2023-06-30
Contact: Jinbin ZHAO
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52177184)

摘要/Abstract

摘要：

随着新能源占比逐渐提高，作为辅助新能源并网的储能技术受到广泛关注。氢储能和燃料电池技术已被我国列为战略性能源技术，并积极应用到市场和企业发展中。电解水制氢可以平抑可再生能源并网带来的波动，帮助电网削峰调频；燃料电池作为提高能源转换率的发电装置，同时具备噪音小、无污染等优势，是消纳可再生能源的有效方式之一。对现有储能技术的发展现状和优势进行对比分析，着重介绍了氢储能系统目前关键技术和研究方向，并对氢储能商业化发展进行展望。

关键词: 氢能, 电解制氢, 燃料电池, 储能技术

Abstract:

With the gradual increase in the proportion of new energy, energy storage technology, as an auxiliary new energy grid, has attracted wide attention. Hydrogen energy storage and fuel cell technology have been listed as strategic energy technologies in China, and have been actively applied in the market and enterprise development. Hydrogen production from electrolytic water can stabilize the fluctuation caused by the connection of renewable energy to the grid and help the power grid to cut peak and frequency modulation. As a power generation device to improve energy conversion rate, fuel cell has the advantages of low noise and no pollution, it is one of the effective ways to absorb renewable energy. This paper made a comparative analysis of the development status and advantages of the existing energy storage technologies, the key technologies and research directions of hydrogen energy storage system were introduced emphatically, and the commercial development of hydrogen energy storage was prospected.

Key words: hydrogen energy, electrolysis hydrogen production, fuel cell, energy storage technology

中图分类号:

TK 91

陈逸文, 赵晋斌, 李军舟, 毛玲, 屈克庆, 魏国庆. 电力低碳转型背景下氢储能的挑战与展望[J]. 发电技术, 2023, 44(3): 296-304.

Yiwen CHEN, Jinbin ZHAO, Junzhou LI, Ling MAO, Keqing QU, Guoqing WEI. Challenges and Prospects of Hydrogen Energy Storage Under the Background of Low-carbon Transformation of Power Industry[J]. Power Generation Technology, 2023, 44(3): 296-304.

图/表 4

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储能类型	储能系统	寿命	优点	应用范围	响应时间	效率/%
机械储能	抽水蓄能	>30 a	技术成熟、成本较低、寿命长	广泛应用于调峰、调频和备用电源场景	分钟级	70~75
电化学储能	锂离子电池	5~10 a	能量密度大	辅助可再生能源备用、调峰调频	百毫秒级	85~98
	全钒液流电池	5~15 a	安全性好	调峰、调频、电能质量调节	百毫秒级	75~85
	铅蓄电池	3~8 a	性价比高、技术成熟	削峰填谷、容量备用	百毫秒级	70~90
电磁蓄能	超级电容器	>30 000次	响应速度快、转换效率高	电能质量调节、削峰等	毫秒级	70~90

储能类型	储能系统	寿命	优点	应用范围	响应时间	效率/%
机械储能	抽水蓄能	>30 a	技术成熟、成本较低、寿命长	广泛应用于调峰、调频和备用电源场景	分钟级	70~75
电化学储能	锂离子电池	5~10 a	能量密度大	辅助可再生能源备用、调峰调频	百毫秒级	85~98
	全钒液流电池	5~15 a	安全性好	调峰、调频、电能质量调节	百毫秒级	75~85
	铅蓄电池	3~8 a	性价比高、技术成熟	削峰填谷、容量备用	百毫秒级	70~90
电磁蓄能	超级电容器	>30 000次	响应速度快、转换效率高	电能质量调节、削峰等	毫秒级	70~90

制氢方法	优点	缺点	电解效率/%	工作温度/℃	启动时间
碱性电解水	结构简单，技术成熟，非贵金属催化剂，成本低，商业化	电解液泄漏污染环境，占地面积大，动态响应差，电解密度有限	52~82	60~80	1~10 min
质子交换膜电解水	结构紧凑，电流密度高，波动能源适应性强，制氢效率高	成本高，商业化程度低，功耗较高，催化剂易被金属离子毒化	74~87	50~80	1 s~5 min
固体氧化物电解水	效率高，非贵金属催化剂，转化效率高，洁净环保	需要额外热源，高温条件增加成本，启动慢，高温下材料易老化	85~100	700~1 000	>20 min

制氢方法	优点	缺点	电解效率/%	工作温度/℃	启动时间
碱性电解水	结构简单，技术成熟，非贵金属催化剂，成本低，商业化	电解液泄漏污染环境，占地面积大，动态响应差，电解密度有限	52~82	60~80	1~10 min
质子交换膜电解水	结构紧凑，电流密度高，波动能源适应性强，制氢效率高	成本高，商业化程度低，功耗较高，催化剂易被金属离子毒化	74~87	50~80	1 s~5 min
固体氧化物电解水	效率高，非贵金属催化剂，转化效率高，洁净环保	需要额外热源，高温条件增加成本，启动慢，高温下材料易老化	85~100	700~1 000	>20 min

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电力低碳转型背景下氢储能的挑战与展望

Challenges and Prospects of Hydrogen Energy Storage Under the Background of Low-carbon Transformation of Power Industry

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