風(fēng)電與光電具有間歇性、隨機性和波動性的特點，而電網(wǎng)對于并網(wǎng)風(fēng)電與光電的品質(zhì)著較高的要求。因此，這些風(fēng)資源集中的區(qū)域可能會出現(xiàn)大量棄風(fēng)棄光現(xiàn)象。

2017 年全國風(fēng)電發(fā)電量3057億千瓦時，因棄風(fēng)限電損失電量為 419 億 kW.h，棄風(fēng)率 13.7%。2017 年全國光伏發(fā)電量達(dá)1069億千瓦時，因棄光限電損失電量約為 73 億 kWh，棄光率 6.8%。

經(jīng)過這些年的努力，棄風(fēng)率與棄光率大大下降，2021年全年全國風(fēng)電發(fā)電量6526億千瓦時，棄風(fēng)電量206.1億千瓦時，棄風(fēng)率約3.16%。2021年全國光伏發(fā)電量3259億千瓦時，棄光電量67.8億千瓦時，棄光率約2.08%。棄風(fēng)棄光限電損失電量依然巨大。

新建的風(fēng)電場、光電場會在更偏遠(yuǎn)的地方，電網(wǎng)的敷設(shè)更加困難。發(fā)展風(fēng)電與光電制氫技術(shù)有利于解決風(fēng)電與光電就地消納問題，特別有利于實現(xiàn)分散式風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電的規(guī)模化，風(fēng)電光電與制氫技術(shù)耦合，既可將氫氣作為清潔燃?xì)鈱τ脩艄猓瑢崿F(xiàn)電力到燃?xì)獾幕パa轉(zhuǎn)換，也可將氫能利用在化工領(lǐng)域與交通運輸。

根據(jù)風(fēng)電與網(wǎng)電連接形式的不同，可以將風(fēng)電制氫技術(shù)分為３種類型：（１）并網(wǎng)型風(fēng)電制氫；（２）離網(wǎng)型風(fēng)電制氫；（３）并網(wǎng)不上網(wǎng)型風(fēng)電制氫。

離網(wǎng)型風(fēng)電制氫是將單臺風(fēng)機或多臺風(fēng)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(jìn)行制氫。風(fēng)力發(fā)電機發(fā)出的交流電經(jīng)過風(fēng)力機電解電源控制器轉(zhuǎn)換為電解槽需要的直流電，水電解制氫設(shè)備產(chǎn)生的氫氣經(jīng)氫氣壓縮機輸往氦氣儲罐。

由于電解槽要求供電穩(wěn)定，但風(fēng)力發(fā)電機輸出不穩(wěn)定，系統(tǒng)中要配備蓄電設(shè)備（蓄電池），在風(fēng)電富裕時向蓄電池充電，當(dāng)風(fēng)電不足時由蓄電池補充電力。

離網(wǎng)型風(fēng)電制氫主要應(yīng)用于分布式制氫，局部供能或用于燃料電池發(fā)電等。

圖2是離網(wǎng)型風(fēng)電制氫系統(tǒng)示意圖。

對于有多臺風(fēng)力發(fā)電機的分布式風(fēng)電場，各臺風(fēng)機輸出經(jīng)風(fēng)力機電力控制器轉(zhuǎn)換成相同直流電壓，輸送到同一條直流母線上。然后輸送到電解水制氫電源控制器，轉(zhuǎn)換成電解槽所需直流電壓供電解水用電。電解生成的氫氣經(jīng)壓縮機成為高壓氫氣輸送到氫氣儲罐。

系統(tǒng)有蓄電設(shè)備，蓄電設(shè)備含充放電控制電路，在風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電富裕時向蓄電設(shè)備充電，在風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電不足時向電解水制氫電源供電。

圖3是離網(wǎng)型風(fēng)電制氫系統(tǒng)有多臺風(fēng)力發(fā)電機示意圖。

離網(wǎng)型風(fēng)電制氫系統(tǒng)主要應(yīng)用在分布式制氫或局部應(yīng)用于燃料電池發(fā)電 供能等場合。

并網(wǎng)不上網(wǎng)型風(fēng)電制氫是將系統(tǒng)與風(fēng)電、電網(wǎng)相連，但是風(fēng)電不上網(wǎng)，僅供電解水使用。當(dāng)電解水電量不足時，從電網(wǎng)取電滿足制氫的用電需求。

圖4是并網(wǎng)不上網(wǎng)型風(fēng)電制氫系統(tǒng)示意圖

光伏電解水制氫系統(tǒng)中光伏電池板與水電解槽之間的連接方式主要有兩種，一種為間接連接，另一種為直接連接。

目前大多數(shù)光伏發(fā)電制氫系統(tǒng)采用間接連接方式，整套系統(tǒng)由光伏陣列、光伏控電力制器、蓄電池、電解電源控制器、電解制氫系統(tǒng)、氫氣儲存設(shè)備組成。

光伏控電力制器（最大功率點跟蹤控制器）控制光伏陣列工作在最大功率點附近，使系統(tǒng)獲得最大的電能輸出。由于光伏陣列發(fā)出的電能隨光照強度和環(huán)境溫度的變化存在較大的波動，采用蓄電池進(jìn)行緩沖儲能使光伏系統(tǒng)有一個穩(wěn)定的直流輸出電壓。電解電源控制器將該電壓轉(zhuǎn)換成電解槽所需工作電壓供電解水使用。電解水制氫設(shè)備輸出的氫氣經(jīng)壓縮機壓縮成高壓氫氣輸入到氫氣儲罐儲存。

光伏電力控制器內(nèi)含直流變換器，可將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成所需的直流電壓。

圖5是光伏間接連接方式制氫系統(tǒng)示意圖

直接連接方式是指將光伏陣列輸出的直流電直接輸入電解槽。

由于省去光伏最大功率跟蹤器、蓄電池、電解槽電源，使系統(tǒng)簡單，故障率下降，成本大大降低。減少光伏控制器與電解槽電源等中間環(huán)節(jié)可以減少了近20%的電能損失。

但在直接連接系統(tǒng)中光伏陣列的輸出電壓和電流無法調(diào)節(jié)，光伏陣列會在偏離最大功率點的地方運行。而且光伏陣列的輸出電壓也很難滿足電解槽需要的電壓，會大大地降低系統(tǒng)的制氫效率。

如果結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂颉⑷照铡囟鹊葰庀髤?shù)，合理的設(shè)計光伏陣列、電解槽的工作參數(shù)，使光伏陣列輸出電能量與電解槽的輸入電能特性相近，直接耦合連接方式也可達(dá)到較好的工作效率。目前光伏直接連接方式制氫方式應(yīng)用很少。

圖6是光伏直接連接方式制氫系統(tǒng)示意圖

風(fēng)能發(fā)電和太陽能發(fā)電組成的功率輸出在時間上互補，在夏天時，太陽光照輻射強，光伏發(fā)電量較大，風(fēng)力相對較弱，風(fēng)力發(fā)電量小；在冬天時，太陽光照輻射弱，光伏發(fā)電量小，風(fēng)力相對較強，風(fēng)力發(fā)電量大。白天時，太陽光照輻射強，光伏發(fā)電量大，風(fēng)力發(fā)電量較小；到了夜晚時，由于沒有太陽照射，光伏不能發(fā)電，而風(fēng)力發(fā)電量較大。通過風(fēng)光互補可獲得較穩(wěn)定又充足的制氫電能。

風(fēng)力發(fā)電機輸出交流電經(jīng)風(fēng)力機電力控制器轉(zhuǎn)換成設(shè)定的直流電壓，輸送到直流母線上；光伏陣列輸出的直流電經(jīng)光伏電力控制器轉(zhuǎn)換成設(shè)定的直流電壓，輸送到同一條直流母線上。

母線上的直流電輸送到電解水電源控制器，轉(zhuǎn)換成電解槽所需直流電壓供電解水用電。電解生成的氫氣經(jīng)液氫生產(chǎn)設(shè)備成為低溫液氫輸送到液氫儲罐。

系統(tǒng)有蓄電設(shè)備，蓄電設(shè)備在風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電富裕時向蓄電設(shè)備充電，在風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電少時向電解水制氫電源供電。

圖7是離網(wǎng)型風(fēng)光互補制氫系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)可有多臺風(fēng)力發(fā)電機與多個光伏發(fā)電陣列組成。

風(fēng)電與光電制氫過程完全無污染，生產(chǎn)的氫氣被稱為綠色氫氣，簡稱綠氫。

風(fēng)電與光電生產(chǎn)的氫氣可以儲存起來，當(dāng)電網(wǎng)電量不足時可以通過燃料電池發(fā)電輸送到電網(wǎng)，達(dá)到用氫氣儲能的目的，稱為風(fēng)光發(fā)電制氫儲能。