近年來，在能源政策、市場和氫能使用相關(guān)技術(shù)的推動下，氫能為難以在綜合能源系統(tǒng)中實現(xiàn)電氣化的行業(yè)和應用創(chuàng)造了更可行和適用的選擇[8-9]。截至2019年底，已有50多個國家制定了相應的政策激勵措施，以支持在能源系統(tǒng)中使用氫能[2]。文獻[10-12]總結(jié)了氫儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，比較了電解制氫與其他制氫技術(shù)的成本，并討論了基于燃氣輪機或燃料電池的熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）技術(shù)的氫儲能在能源和能源工業(yè)中的應用。文獻[13-15]討論了氫作為能量載體的作用以及氫能源系統(tǒng)的經(jīng)濟性。據(jù)估計，到2050年，相當于78 EJ的氫氣可滿足全球最終能源需求的18%，相應的二氧化碳減排潛力為6 Gt/年。 文獻[16-17]全面分析了氫能在日本和德國未來能源系統(tǒng)中的作用，比較了氫供應鏈不同條件下的溫室氣體排放強度，并指出了未來可能的清潔氫供應國。在未來的能源系統(tǒng)中，氫能將主要用于日本的發(fā)電，其中一小部分用于運輸和工業(yè)，而德國將主要用于運輸，其中一部分用于發(fā)電和工業(yè)。 文獻[18-19]包括作為研究對象的綜合能源系統(tǒng)中氫能的35個使用案例，討論了氫能價值鏈的成本動態(tài)以及各個環(huán)節(jié)之間的相互關(guān)系，并給出了氫能產(chǎn)業(yè)鏈的總體結(jié)構(gòu)。據(jù)估計，到2030年，氫能的價格將達到1.8美元/千克，占全球能源需求的15%。 能源系統(tǒng)脫碳的深層需求以及將大量揮發(fā)性可再生能源整合到電網(wǎng)中，將成為氫能快速發(fā)展的動力。研究氫能在未來能源系統(tǒng)中的應用前景具有重要意義。首先，比較了氫儲能和其他儲能方法的技術(shù)特點和關(guān)鍵參數(shù)，未來氫能應用的關(guān)鍵節(jié)點以及對國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的解釋。 1氫儲能與常規(guī)儲能的比較 1.1常規(guī)儲能技術(shù) 能量存儲系統(tǒng)（ESS）具有以電荷形式存儲電能并在需要能量時允許放電的能力。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，有許多類型的儲能方法。常見的機械儲能方法包括抽水蓄能（PHS）、壓縮空氣蓄能（CAES）、飛輪儲能（FES）[20]等。電磁儲能包括超級電容器（Super-C）、超導磁儲能器（SMES）等。電化學儲能主要指電池儲能系統(tǒng)，包括鉛酸電池、鎳鉻電池（NiCd）、鋰離子電池（Li離子）、鈉硫電池（NaS）等。目前，熔鹽主要用于儲能；三種常見的化學儲能類型是氫氣、氨氣和合成氣，其中氫氣是最有吸引力的儲能方法之一。 1.2儲能技術(shù)比較 1.2.1技術(shù)成熟度 聯(lián)合ESS的技術(shù)成熟度。大規(guī)模儲能技術(shù)中的PHS和CAES技術(shù)相對成熟，但都是基于特定的地址條件，其大規(guī)模發(fā)展受到限制。然而，中國國家電網(wǎng)公司和中國南方電網(wǎng)公司仍在陸續(xù)投資多個PHS，因為它們具有靈活的啟動和停止、快速響應和調(diào)峰填谷、應急準備和黑啟動功能。 為了提高效率并更好地調(diào)整電網(wǎng)頻率，研究人員正在開發(fā)變速渦輪機。PHS存儲容量超過180 GW，其中80%位于歐洲、中國、日本和美國。其他成熟的系統(tǒng)是電池存儲。由于市場上原材料供應充足，技術(shù)進步迅速，成本進一步降低，電池儲能系統(tǒng)正在進一步發(fā)展。最近，Elkhorn電池存儲項目（182 MW/730 MW·h）獲得了太平洋天然氣和電力公司（PG&E）的批準，將為世界著名的硅谷技術(shù)中心提供電力。隨著氫利用技術(shù)的發(fā)展和進一步成熟，以及可再生能源氫供應成本的降低，人們已經(jīng)認識到氫能源可以在未來清潔和安全的能源系統(tǒng)中發(fā)揮更重要的作用，技術(shù)成熟度快速增長，并呈現(xiàn)出規(guī)模經(jīng)濟[21]。 1.2.2系統(tǒng)效率和使用壽命 普通ESS的系統(tǒng)效率和使用壽命的比較。ESS循環(huán)的最高效率是SMES，它將電流存儲在流過超導線圈的電流產(chǎn)生的磁場中。由于超導線圈沒有電阻，損耗幾乎為零，僅為AC/DC轉(zhuǎn)換器等輔助電流設(shè)備造成的損耗的2%至3%[22]。FES和鋰離子的系統(tǒng)效率也很高。ESS的能量損失主要由不同部件之間的能量傳遞引起。調(diào)整裝載和卸載過程中的能量損失可以提高ESS的效率。在機械儲能方法中，PHS和CAES的使用壽命最長，分別為40～80年和25～60年。隨著工作時間的延長，電池的化學性能變差，使用壽命相對較短，通常不到20年。氫儲能系統(tǒng)的循環(huán)效率為35%~55%[20，23]，低于傳統(tǒng)ESS。它主要受到氫價值鏈中各種技術(shù)路徑的使用的影響。例如，汽車中氫燃料電池的效率約為60%，而通過內(nèi)燃機驅(qū)動的效率約20%。如果綜合考慮氫能的價值鏈，氫能儲存的壽命為15~50年[24]。