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风氢耦合发电技术研究综述

摘要：关对于电力工行业的发展，能源效率将进一步提高，促进可持续能源

生产。在一些发达国家，风氢耦合发电是处理风电上网“瓶颈”问题的重要工具。

该控制系统调节风电上网与制氢电量的比例，最大限度地利用风电弃风电量，对

缓解风电上网“瓶颈”缓解其规模化。，制氢和副氧是利用弃风电量电解水，通

过将氢储存在压力容器来提高氢的储存密度。氢可以作为多功能、高密度、清洁

的能源，反馈电网，以提高风电场的电能质量，也可以作为燃气管道、金属、化

学品等行业和行业的能源载体。同时，风氢耦合系统将对推进汽车氢燃料电池的

快速发展至关重要。

关键词：风氢耦合；风力发电；制氢；风电消纳；储能

风电迅速发展及消纳问题面临着一系列挑战。风能的特点、风电场的地理分

布和电网的传输能力引起了风电消纳的不同问题。风电输出具有间歇性、随机和

模糊的性质，对系统性能调节提出了很高的要求，成为制约电网消纳的主要因素。

根据我国情况，风电场建设规模较大，负荷中心远离。受限的是风电送出。辅助

电网的建设与快速发展的风电场相比相对滞后，因此实际输电能力低于风电场。

一、慨况

随着人类社会的迅速增长，清洁高效的可再生能源是个值得关注的问题。风

能是可再生能源的主导形式，由于其迅速而大规模的发展，使电网的消纳变得更

加困难。为了进一步扩大风能，必须解决两个主要问题:(1)随机性、间歇性和不

规律风资源使其风电电能品质差，对电网冲击较大的是高渗透率，在许多情况下

难以放弃风能。（2）传统的电化学、电磁能量合理存储技术已不再针对与大容

量和未来的绿色能源而设计已不再合适，导致且运营成本高。风电上网问题是合

理能量存储是的解决的方法，储能如抽水蓄能和压缩空气是解决技术方案，。但

其实施取决于充足的水、合理的地形、一些化石燃料等具体条件；电化学蓄电池

是使用替代使用的办法，但铅酸、镍氢、锉离子和全钒氧化还原液流电池在短期

内成本和技术成熟度是有限的。其他能源储存方法，例如飞轮储能因效率低和容

量小而难以用于大型项目应用。氢是能源密度高、容量大、寿命长、储存和传输

方便的清洁能源，是综合、面向发展的风能利用和储存的最佳解决方案之一。风

能通过水电解产生氢并储存能源，不仅可以利用使清洁高能燃料的氢作为媒介清

洁高能燃料可以被使风能引入现有的电网，而且还可以实现电力向燃气的补充转

换。特别是，由于从风能产生燃料电池这样的能源电池，又快速又清洁、高效的

技术正被转化为燃料电池汽车，并因此创造出绿色汽车。

二、风氢耦合发电的结构与特点

1.结构。图1显示了可再生能源实验室NRELD的wind2h2方案发电系统中

提议的风氢耦合电场的基本结构。图1包括清洁风力发电、水电解制氢、压力储

氢、燃料电池（FC）或氢内燃机（H2ice）、氢传输和应用。通过控制系统调整

风电压力储氢和制氢比例，最大限度地吸收风电的弃风能，风电上网“瓶颈”得

到缓解，产生弃风电量电解水制氢和副氧，压力储氢增加了氢的储水存密度。氢

作为多功能、高密度和清洁能源，不仅可以通过FC或H2ice向电网供电，提高

电网的风电质量，同时还可以通过汽车或管道进入工业领域，如管道、冶金等，

风氢耦合系统将大大加速燃料电池汽车工业的发展。

图１风氢耦合发电基本结构示意图

1.

风氢耦合发电作用。(1)电解槽分类和特性。电解槽是利用直流电极将水电

解为氢和氧的设备，共有三个典类型:电解槽碱式、ＰＭＥ式、高温固态氧化物。

表1显示了不同类型的数据参数。压力存储效率下降了5%。常规电解槽产生的氢

是稳定的，而风氢耦合发电系统具有间歇和随机特性。因此，电解槽必须有安全、

可靠、高效的制氢生产。今天碱式和质子交换膜药(PME)通常用于风电制氢系统，

因为它们在间歇波动性功率、大压力、电流密度和低压工艺电解槽是稳定的。

表１电解槽的特性参数

（2）储氢氢程序和特性。氢作为能源载体取代了传统的储能方法，是一种

新的、充满前途的储能形式。氢可以在以压缩气体形式储存，也可以以、低温液

态形式储存，或者以(金属氢化物、碳纤维等)和固体氢化物、碳的形式储存(甲

醇、氨等)。其中压缩气态氢是存储氢的首选。压缩气态损失较低储氢能量，转

换效率较高；低温下活性炭的作用也非常高效率。储氢系统存在启动时滞，当时

滞时间超过燃料电池启动时间时，电池容量会需要增加，动态响应时间的氢存储

系统的动态响