目前由于風(fēng)電與光電的電壓波動(dòng)大、會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較大沖擊，并網(wǎng)設(shè)備復(fù)雜，因而造成棄風(fēng)與棄光。如果在風(fēng)電與光電發(fā)電充余時(shí)，把電能儲(chǔ)存起來，在發(fā)電量不足時(shí)把儲(chǔ)存的電能釋放出來，就能得到穩(wěn)定平滑的風(fēng)電與光電。如何讓風(fēng)電、光電安全、穩(wěn)定且高效的上網(wǎng)，必須解決電能的儲(chǔ)存問題。

抽水蓄能雖儲(chǔ)存量大，但轉(zhuǎn)換速度太慢，而且需要特殊的地質(zhì)條件，是不適合解決風(fēng)電、光電的儲(chǔ)能問題。其他方式的儲(chǔ)能包括壓縮空氣儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、超級(jí)電容器、超導(dǎo)儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能等儲(chǔ)存時(shí)間短，容量小，有些技術(shù)不成熟、有些成本高、有些效率低，難以大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。目前風(fēng)電、光伏發(fā)電主要采用效率較高的蓄電池儲(chǔ)能，但是蓄電池能量密度較低、充電電流不能太大，充電時(shí)間長，最主要是充放電循環(huán)次數(shù)少，鉛蓄電池僅為數(shù)百次，鋰蓄電池為1000至2000次（價(jià)格高昂）。頻繁的充放電會(huì)縮短使用壽命。這些限制了蓄電池儲(chǔ)能的大規(guī)模應(yīng)用。

氫能是一種質(zhì)量能量密度高、儲(chǔ)存期長的物質(zhì)。將風(fēng)電、光伏發(fā)電量轉(zhuǎn)換成氫氣，儲(chǔ)存氫氣，需要時(shí)轉(zhuǎn)化成電能，可緩解風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的棄風(fēng)、棄光問題，稱為氫儲(chǔ)能技術(shù)。氫儲(chǔ)能技術(shù)主要包括制氫技術(shù)、儲(chǔ)存氫能裝置、氫能燃料電池、氫氧聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等。

氫燃料電池是將氫氣轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置，其發(fā)電原理與干電池一樣，也是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，所不同的只是，干電池使用貴重金屬做電極，金屬消耗完了就沒電了。而燃料電池是靠消耗燃料，不消耗電極，燃料就是氫氣。向燃料電池兩極源源不斷輸入氫氣與空氣（氧氣），電池兩極間就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢。燃料電池的優(yōu)點(diǎn)很多，主要是工作時(shí)沒有噪音，不會(huì)產(chǎn)生有害氣體、效率高、可以低溫運(yùn)行、啟動(dòng)快速。燃料電池是無污染、無噪音的發(fā)電機(jī)。圖1是氫燃料電池圖片，圖片來自網(wǎng)絡(luò)。

圖2是風(fēng)光發(fā)電制氫儲(chǔ)能系統(tǒng)的示意圖。風(fēng)力發(fā)電機(jī)與光伏陣列通過各自的轉(zhuǎn)換控制器將電能輸送到直流母線上，通過并網(wǎng)電力控制器送到電網(wǎng)，電解電源控制器將直流母線上富裕的電量轉(zhuǎn)換成電解水制氫系統(tǒng)所需的電壓，電解水制氫系統(tǒng)將生成的氫氣加壓后輸入高壓氫氣儲(chǔ)罐儲(chǔ)存。

電網(wǎng)需要電量時(shí)，或風(fēng)光發(fā)電量不足時(shí)，儲(chǔ)罐向氫燃料電池輸送氫氣，轉(zhuǎn)換成電能通過直流母線與并網(wǎng)電力控制器送到電網(wǎng)。

系統(tǒng)仍需要蓄電池作為輔助蓄能，有時(shí)風(fēng)光發(fā)電量不足，氫氣儲(chǔ)存也不足時(shí)需從蓄電池輸出電力供電解水制氫使用。

由于氫燃料電池不能瞬間提供大電流輸出，系統(tǒng)增加超級(jí)電容輔助蓄能。超級(jí)電容就是超大容量的電容器，屬于物理電源，由于特殊的構(gòu)造與工藝使它具有容量超大、充放電速率很快、內(nèi)阻小、可循環(huán)次數(shù)達(dá)10萬次以上、受溫度影響小、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。但超級(jí)電容容量仍比蓄電池小得多，價(jià)格昂貴，輸出電壓隨著放電線性下降，只適合短時(shí)間沖擊性的負(fù)荷變化。蓄電池充電時(shí)間長，放電電流不能太大，充放電次數(shù)僅數(shù)百次（采用高昂的鋰蓄電池可達(dá)千次以上）。采用蓄電池與超級(jí)電容組合使用是好方法，超級(jí)電容適應(yīng)快速充放電，而周期長放電量大時(shí)切換蓄電池輸出。

圖3是超級(jí)電容的圖片，圖片來自網(wǎng)絡(luò)。

對(duì)于超大型風(fēng)光制氫儲(chǔ)能可采用氫氧聯(lián)合循環(huán)發(fā)電方式。將電解水生成的氫氣與氧氣送到氫氧聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電給電網(wǎng)。

燃?xì)廨啓C(jī)可以是略加改造的普通燃?xì)廨啓C(jī)，把氫氣作為燃料輸入到燃燒室與壓縮空氣混合燃燒推動(dòng)渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)做功。本課件簡介一種氫氧聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)。

氫氧聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)（簡稱氫氧燃機(jī)）直接使用電解水生成的氫氣與氧氣輸入到燃燒室混合燃燒。氫氧燃機(jī)沒有普通燃機(jī)的壓氣機(jī)，而是通過壓力與流量控制器向氫氧燃機(jī)的燃燒室輸入氫氣與氧氣。燃燒室不同于普通燃機(jī)燃燒室，是特制的，能將氫氣與氧氣均勻混合燃燒。

電解水生成的氫氣與氧氣分別儲(chǔ)存在各自的容器中。如果是大型高壓儲(chǔ)罐儲(chǔ)存的氫氣與氧氣，壓力可達(dá)20MPa，而燃機(jī)的燃燒室工作壓力一般為2~5MPa，壓力與流量控制器分別控制好氫氣與氧氣的壓力與流量，分別輸入燃燒室混合燃燒，燃燒生成的高溫高壓水蒸氣推動(dòng)燃機(jī)渦輪做功。從燃機(jī)渦輪出來的水蒸氣進(jìn)入蒸汽輪機(jī)再次做功。蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)輸出的電力通過交直變換器、直流母線、并網(wǎng)控制器上電網(wǎng)。從蒸汽輪機(jī)輸出的水蒸氣可以向需要熱能的地方供熱。

圖4是采用氫氧聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的氫儲(chǔ)能系統(tǒng)的示意圖

如果是大型液氫儲(chǔ)罐與液氧儲(chǔ)罐的氫氣與氧氣，需通過氣化裝置氣化，氣化裝置主要有液態(tài)氣體壓縮機(jī)與蒸發(fā)器組成。液態(tài)氣體通過壓縮機(jī)升壓至所需壓力，進(jìn)入蒸發(fā)器轉(zhuǎn)成氣體。氫氣與氧氣的氣化裝置結(jié)構(gòu)相同。轉(zhuǎn)換成高壓的氫氣與氧氣輸送到氫氧燃機(jī)的燃燒室，燃燒生成的高溫高壓水蒸氣推動(dòng)燃機(jī)渦輪做功，從燃機(jī)渦輪出來的水蒸氣進(jìn)入蒸汽輪機(jī)再次做功。蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)發(fā)出電能。

2020 年 8 月，國家發(fā)展和改革委員會(huì)、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開展“風(fēng)光水火儲(chǔ)一體化”“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》，提出要提高輸電通道利用效率、電力需求響應(yīng)能力，挖掘新能源消納能力。文件指出：開展“風(fēng)光儲(chǔ)一體化”建設(shè)，對(duì)于存量新能源外送基地，結(jié)合新能源特性、受端系統(tǒng)條件和消納空間，研究論 證增加儲(chǔ)能設(shè)施的必要性和可行性，明確實(shí)施方案。對(duì)于增量風(fēng)光儲(chǔ)一體化，積極探索以具備豐富新能源資源條件基地為基礎(chǔ)，優(yōu)化配套儲(chǔ)能規(guī)模，充分發(fā)揮配套儲(chǔ)能設(shè)施的調(diào)峰、調(diào)頻作用，最小化風(fēng)光儲(chǔ)綜合發(fā)電成本，提升價(jià)格競爭力， 明確風(fēng)光儲(chǔ)一體化實(shí)施方案。

內(nèi)蒙古規(guī)模化風(fēng)光氫儲(chǔ)一體化項(xiàng)目——華電達(dá)茂旗20千瓦新能源制氫工程示范項(xiàng)目是國內(nèi)設(shè)計(jì)在建的風(fēng)光互補(bǔ)制氫發(fā)電儲(chǔ)能項(xiàng)目。共建設(shè)風(fēng)電12萬千瓦、光伏8萬千瓦，電化學(xué)儲(chǔ)能2萬千瓦時(shí)，電解水制氫12000標(biāo)方每小時(shí)，采用100%綠電制氫。該項(xiàng)目主要是風(fēng)光發(fā)電制氫。圖5是該項(xiàng)目效果圖

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