近年來，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，我國已成為風(fēng)電增長最快的國家。根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，2019年并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到210.05GW。

隨著風(fēng)電裝機(jī)容量的猛增，越來越多的問題正逐漸顯現(xiàn)，如大規(guī)模不可控低品質(zhì)風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)安全性帶來的挑戰(zhàn)；大規(guī)模風(fēng)電場的聚集給當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)輸送帶來的極大壓力；大量并網(wǎng)風(fēng)電給電網(wǎng)調(diào)度中心造成越來越大的困難，電網(wǎng)平衡成本逐漸增大。其中棄風(fēng)問題尤為重視，2019年我國棄風(fēng)電量169億千瓦時，平均棄風(fēng)率為4%，2020年雖然全國風(fēng)電紅色預(yù)警全面解除，但棄風(fēng)現(xiàn)象猶存在不止于 “三北”，如湖南省棄風(fēng)率高達(dá)35%以上。

為解決這些問題，風(fēng)電制氫成為研究的重點(diǎn)方向。風(fēng)電制氫的發(fā)展將會帶動風(fēng)電裝備、氫氣制儲運(yùn)和氫氣應(yīng)用等各行各業(yè)的發(fā)展。在項(xiàng)目發(fā)展過程中，將會帶動風(fēng)電設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并帶動相關(guān)機(jī)械制造及電機(jī)行業(yè)的發(fā)展，有助于對風(fēng)電項(xiàng)目的研究和制造業(yè)的升級改造。

總體上講，我國風(fēng)電制氫技術(shù)研發(fā)起步較晚，目前尚無成熟商業(yè)運(yùn)行的風(fēng)電制氫儲能和燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，大規(guī)模風(fēng)電制氫儲能的示范工程設(shè)計經(jīng)驗(yàn)不足，在系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)、效率提升和經(jīng)濟(jì)性方面未能取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。

1、風(fēng)電制氫簡介

風(fēng)電制氫技術(shù)是將風(fēng)能通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化成電能，電能通過電解水制氫設(shè)備轉(zhuǎn)化成氫氣，通過將氫氣輸送至氫氣應(yīng)用終端，完成從風(fēng)能到氫能的轉(zhuǎn)化。

根據(jù)風(fēng)電來源的不同，可以將風(fēng)電制氫技術(shù)分為并網(wǎng)型風(fēng)電制氫和離網(wǎng)型風(fēng)電制氫兩種。并網(wǎng)型風(fēng)電制氫是將風(fēng)電機(jī)組接入電網(wǎng)，從電網(wǎng)取電的制氫方式，比如從風(fēng)場的35kV或220kV電網(wǎng)側(cè)取電，進(jìn)行電解水制氫，主要應(yīng)用于大規(guī)模風(fēng)電場的棄風(fēng)消納和儲能。

圖1 并網(wǎng)風(fēng)電制氫技術(shù)原理圖

離網(wǎng)型風(fēng)電制氫是將單臺風(fēng)機(jī)或多臺風(fēng)機(jī)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，主要應(yīng)用于分布式制氫或局部應(yīng)用于燃料電池發(fā)電供能。

圖2 離網(wǎng)風(fēng)電制氫原理圖

2、風(fēng)電制氫發(fā)展瓶頸

風(fēng)電制氫技術(shù)主要涉及電氫轉(zhuǎn)換和氫氣輸運(yùn)兩大關(guān)鍵技術(shù)，產(chǎn)業(yè)瓶頸也主要與這兩個關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)。

1、風(fēng)電不穩(wěn)定性帶來的制氫難題

從技術(shù)角度來看，風(fēng)電的隨機(jī)性、不穩(wěn)定性、波動性較大，功率輸出波動范圍較大大，而水電解制氫設(shè)備對電能質(zhì)量的穩(wěn)定性要求較高，頻繁的電力波動會造成（1）影響設(shè)備的運(yùn)行壽命，增加設(shè)備維護(hù)成本；（2）影響產(chǎn)品氫氣的純度，氫氣中氧氣含量會提高，帶來安全風(fēng)險。

如何進(jìn)行有效的電能匹配，提高制氫設(shè)備的可利用率需要研究探討。

圖3 某風(fēng)電制氫實(shí)驗(yàn)中制氫實(shí)際功率波動曲線

圖4 某風(fēng)電制氫實(shí)驗(yàn)中氫氣氧含量波動曲線

2、電力成本導(dǎo)致制氫成本高

一般認(rèn)為，按照當(dāng)前市場氫氣價格70元/公斤計算，電解水制氫的電費(fèi)需要控制在0.3元/千瓦時以內(nèi)，才能實(shí)現(xiàn)氫氣的經(jīng)濟(jì)性。

根據(jù)2019年《國家發(fā)展改革委關(guān)于完善風(fēng)電上網(wǎng)電價政策的通知》2019年I～Ⅳ類資源區(qū)符合規(guī)劃、納入財政補(bǔ)貼年度規(guī)模管理的新核準(zhǔn)陸上風(fēng)電指導(dǎo)價分別調(diào)整為每千瓦時0.34元、0.39元、0.43元、0.52元（含稅、下同）；2020年指導(dǎo)價分別調(diào)整為每千瓦時0.29元、0.34元、0.38元、0.47元。即便按棄風(fēng)發(fā)電價格每千瓦時0.25元計算，風(fēng)電制氫僅電的成本就為1.25元，沒有競爭優(yōu)勢。

在目前的電力政策下，風(fēng)電制氫對比煤制氫等化石燃料電池制氫方式缺乏經(jīng)濟(jì)性。

3、儲運(yùn)問題

風(fēng)電制氫地區(qū)與用氫地往往存在一定的空間距離。在沒有輸氫管網(wǎng)的情況下，需要通過高壓氣態(tài)等方式運(yùn)輸至用氫地，成本較高。

3、國內(nèi)風(fēng)電制氫項(xiàng)目介紹

隨著國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和“綠氫”呼聲的日漸高漲，國內(nèi)對風(fēng)電制氫的研究與實(shí)踐正在加速。據(jù)氫云鏈統(tǒng)計，目前我國的風(fēng)電制氫項(xiàng)目與課題已經(jīng)超過20個，不斷涌現(xiàn)的項(xiàng)目有力地推動了我國風(fēng)電制氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為綠氫的發(fā)展提供技術(shù)保障。

表1 國內(nèi)風(fēng)電制氫項(xiàng)目一覽

4、小結(jié)

風(fēng)電目前已經(jīng)作為國家重點(diǎn)鼓勵發(fā)展的綠色清潔能源，不過，風(fēng)電具有隨機(jī)性、波動性、階段性供電等問題，增加了電網(wǎng)調(diào)度難度；而隨著裝機(jī)規(guī)模不斷增大，光伏發(fā)電在儲能方面的劣勢就凸顯出來，而此時太陽能制氫，光伏制氫是可以有效地消納光伏發(fā)電，可以實(shí)現(xiàn)兩種重要新能源之間的有效結(jié)合應(yīng)用。

因此，氫云鏈認(rèn)為，隨著風(fēng)力發(fā)電和電解水制氫技術(shù)的不斷發(fā)展，成本的逐漸降低，風(fēng)電制氫將能逐漸滿足商業(yè)化的要求，成為我國能源安全和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的又一生力軍。

不過也需要注意的是，風(fēng)電制氫作為一種新興產(chǎn)業(yè)，因其自身發(fā)展和生產(chǎn)性質(zhì)特點(diǎn)，未形成固定形式，其運(yùn)行管理包含氫氣制備、傳輸和應(yīng)用環(huán)節(jié)中的安全服務(wù)工作，需要保證氫氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，降低各種損耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，確保運(yùn)行安全和人身安全。