當前，光伏發電已經超過水電成為浙江第二大電源。到2025年，浙江規劃新能源裝機總量為3700萬千瓦，同比2020年增長近100%。隨著新能源滲

當前，光伏發電已經超過水電成為浙江第二大電源。到2025年，浙江規劃新能源裝機總量為3700萬千瓦，同比2020年增長近100%。

隨著新能源滲透率的快速提高，電網形態及運行特性將發生變化，電力電子化特征逐漸凸顯，浙江電網將面臨電力電量平衡困難、穩定控制難度大、調節能力不足等挑戰，需要新的應對策略。

“氫電耦合“則是可以選取的策略之一。當前，“氫電耦合“已經在能量調節、轉換與存儲、能源互聯等方面體現出優勢，熱度越來越高，被視為未來實現高比例新能源電力系統穩定運行的一種重要方式。根據全球能源互聯網組織的估算，到2060年，中國電制氫規模將達到6000萬噸。

聊“氫電耦合”之前，我們現在來了解一下“氫”

一、氫能

氫（Hydrogenium）是一種化學元素，在元素周期表中位于第一位，原子量1.00794，氫通常的單質形態是由雙原子分子組成的氫氣，氫氣是最輕的氣體。

常溫常壓下，氫氣是一種極易燃燒，無色透明，無臭無味的氣體，一種能量密度很高的清潔可再生能源。氫能是出核燃料外發熱值最高的，是汽油發熱值的3倍、焦炭的4.5倍。氫燃燒性能好，燃點高，燃燒速度快，氫燃燒的產物是“水”，是世界上最干凈的能源。

氫通常由一次能源轉化、工業副產氫、電解水制氫或可再生能源制氫而獲得。根據其制氫的方式，氫可分為灰氫、藍氫和綠氫。

二、氫儲能系統技術

現有的儲能系統主要分為五類：機械儲能、電化學儲能、電磁儲能、熱儲能和化學儲能。

機械儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等；電化學儲能主要包括鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池和液流電池；電磁儲能包括超級電容器儲能和超導儲能；熱儲能是將熱能儲存在隔熱容器的媒介中，適時實現熱能直接利用或者熱發電；化學儲能是指利用氫等化學物作為能量的載體。

儲能即儲存能量，根據能量形式的不同，儲能又可以分為電儲能、熱儲能和氫儲能三類。機械儲能、電化學儲能和電磁儲能屬于電儲能，目的是儲電，適用于充放電短周期內的就地使用。

氫儲能與其他儲能方式相比具備的優勢：

在新能源消納方面：氫儲能在放電時間（小時至季度）和容量規模（百吉瓦級別）上的優勢比其他儲能明顯；

在規模儲能經濟性方面：隨著儲能時間的增加，儲能系統的邊際價值下降，可負擔的總成本也將下降，規模化儲氫比儲電的成本要低一個數量級；

在儲運方式靈活性方面：氫儲能可采用長管拖車、管道輸氫、天然氣摻氫、特高壓輸電-受端制氫和液氨等方式；

在地理限制與生態保護上：相較于抽水蓄能和壓縮空氣儲能等大規模儲能技術，氫儲能不需要特定的地理條件且不會破環生態環境。

三、氫電耦合

“綠氫”是未來氫能的發展方向，而“綠氫”是由水電解而來，可以認為是間接的電氣化，同時氫氣的可存儲性質也為電力系統提供了大規模、長時間的能量存儲方式。因此通過“綠氫”，“碳中和”的兩大支柱——電與氫就耦合在了一起，形成了氫能和電能互相轉化、高效協同的能源網絡。

1、電源側與制氫耦合

電源側與制氫耦合包括“電-氫”和“電-氫-電”兩種應用場景。第一種場景是利用先進電制氫技術的高度可調節負荷特性，將風、光等新能源發電產生的富余電量轉換為氫能進行儲存，減少棄風、棄光的同時，滿足當地化工廠和加氫站的用氫需求；第二種場景是當新能源發電量出現不足時，采用氫燃料電池將儲氫罐中的高壓氫能轉化為清潔電能并網。

2、儲能側與儲氫耦合

氫儲能被明確納入“新型儲能”，其在能量密度、儲能時長、地域轉移上優勢明顯，而在能量轉換效率、響應速度等方面則相對較差。電化學儲能性質則恰恰相反，因此氫儲能與電化學儲能在周期上、規模上、空間上可互為協同、互為補充，二者有機形成的混合儲能可以更好地支撐未來新型電力系統的平穩運行。

3、電網側與輸氫耦合

我國綠氫的經濟性資源與氫能的需求呈地理上的逆向分布。西北地區由于風、光資源豐富，綠氫制取成本相對較低，而國內氫能需求主要集中在經濟發達的東南沿海地區，因此涉及到綠氫的長距離輸送。目前主流的綠氫運輸有兩種模式，即“源側綠電制氫+管道輸氫”和“特高壓輸綠電+負荷側制氫”。在我國電力市場機制日漸成熟的背景下，后者在經濟性方面的競爭力持續提升。

4、負荷側與用氫耦合

在建筑行業，通過氫燃料電池熱電聯產為城市居民用戶和海島、邊防等偏遠地區居民用戶提供電能和熱能，助力建筑業低碳發展。在交通行業，在現有充電站的基礎上增設電氫雙向轉換以及儲能一體化設備，構建“充電站+加氫站”合建站模式，為汽車用戶提供多能源服務。當公共電網不能滿足電動汽車的負荷需求時，采用氫燃料電池裝置發電；當氫需求較高時，采用電解槽裝置產氫。

四、氫電耦合系統應用

“氫電耦合”多個示范項目在不斷推進中。其中，由中國能建浙江院參與聯合總包、浙江火電承建的麗水縉云水光氫生物質近零碳示范工程于近日正式投運。

該項目位于麗水縉云上湖，是首個基于鄉村場景的水-光-氫-生物質綜合利用示范工程。項目將構建以電能為核心的多能轉換系統，實現水電制氫、生物質制氣，促進富余水電就地消納，農村廢棄物循環利用，打造電氫生物質協同的鄉村“碳中和”樣本。

作為國網浙江公司著力推進的浙江省四大“氫電耦合”示范項目之一，也是全國首個鄉村氫能生態科技項目，創造性地利用綠氫“提純”沼氣，構建“綠電-綠氫-生物質”等多種綠色能源一體化的能源綜合利用系統。

工程投建了全國首臺沼氣加氫甲烷化設備，讓氫氣與沼氣中的二氧化碳反應生成甲烷，可將沼氣提純至95%以上，預計每年產出氫氣18萬標方，可供一輛氫燃料汽車跑160萬公里；每年可產出生物天然氣2萬標方，滿足100戶農村家庭一整年的使用需求。

1、系統如何運作？

【1】 制氫——綠電“變”綠氫

分布式光伏和小水電站，在高峰時段產生電力。利用這些電力，可以在制氫單元里將水電解成氫氣。

該項目采用質子交換膜（PEM）電解槽堆作為電解水的核心部件，具有電流密度大、氫泄漏率低、綠色無污染等特點，每小時可生成約60標方氫，純化后的高純氫氣進行存儲。

制氫用到的公式，是我們常見到的：2H2O=2H2↑+O2↑

【2】 儲氫——靜待使命開啟

前端設備制取的氫氣，通過輸氫管道，將氫氣儲存在儲氫罐中，儲氫罐出口連接至減壓閥箱系統，為后端氫燃料電池、甲烷化系統提供工藝生產所需的氫氣。

【3】 用氫——氫氣們的夢幻之旅

站內設置氫氣分配閥組，用于調節氫氣，將它們派送到不同的地方。

一部分氫氣通過增壓機、加氫機為園區內燃料電池叉車提供加氫服務；

一部分氫，通過氫燃料電池單元，產生的電能上網，熱能供值班室使用，將氫能與電能進行耦合，實現用戶側的電、熱的清潔供應。

還有一部分氫氣，被送到甲烷化單元，在這里，它將與二氧化碳“狹路相逢”，一輪轉化后，完成凈化沼氣的使命，沼氣轉變成了生物天然氣。

有人會問，這些二氧化碳是哪里來的？

這些二氧化碳，來自大自然的植物、秸稈、糞便或者餐廚垃圾等生物質資源，在沼氣單元里，將這些資源通過預處理、厭氧發酵等系列操作，生成沼氣，其成分是甲烷和二氧化碳。

將生成的沼氣輸往甲烷化單元，在這里，沼氣中的二氧化碳與氫氣發生反應，生成甲烷和水，最終將生物質資源轉成生物天然氣。天然氣不僅可用于發電、燃氣灶具、采暖及制冷，還可用于制造炭黑、化學藥品和液化石油氣等，是很多物質的重要原料。

2、系統的N個優點

【1】該系統采用國產PEM制氫裝置，實現對可再生能源的快速響應，為解決可再生能源的消納問題提供工程經驗。

【2】該系統采用制氫、氫儲能和燃料電池耦合的形式，實現從電-氫-電（熱）的高效轉化，為氫電耦合理論提供工程案例。

【3】該系統將采用沼氣發酵設備和沼氣加氫催化設備，將氫能與生物質中的碳結合轉化為輸送更容易的天然氣，是解決氫氣運輸難題的一種探索，同時也為西電東送提供另類的視角，助力西部大開發和一帶一路工程。

（來源：中國能建浙江院、浙江火電）