風力發(fā)電制氫 氫氣由于其能量密度高、使用壽命長、儲存和運輸方便，適合大規(guī)模地綜合開發(fā)、使用和儲存風能。風氫聯(lián)產(chǎn)已成為一些國家解決風能電網(wǎng)“瓶頸”問題的重要手段。它不僅可以提高性能質(zhì)量，還可以為進一步廣泛使用提供綠色環(huán)保的氫氣。 風氫發(fā)電的初衷是解決風能作為一種儲能的可能性的間歇性問題。 2004年，美國啟動了Wind2H2項目，該項目致力于研究風力發(fā)電的氫能儲存技術(shù)。利用“廢”風電電解水制氫儲能，不僅可以解決風力任務(wù)問題，還可以利用氫氣發(fā)電，提高電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性和可靠性，而且整個過程清潔環(huán)保，不產(chǎn)生二氧化碳。 然而，風氫耦合的能量轉(zhuǎn)換效率相對較低。以目前的技術(shù)水平，“風氫電”的轉(zhuǎn)換效率不足40%，不適合大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。因此，未來風氫耦合的重點應(yīng)該是更具前景的模式“風電制氫”。 未來，隨著氫能應(yīng)用的多樣化和普及，對氫氣的需求將顯著增加，風電制氫將從基于電網(wǎng)的輔助制氫轉(zhuǎn)變?yōu)榛陔娋W(wǎng)的專用制氫模式。在消除并網(wǎng)發(fā)電廠的成本后，風力發(fā)電大規(guī)模制氫的盈利能力將進一步提高。 風力制氫的關(guān)鍵技術(shù)是水電解。水電解制氫有三種主要技術(shù)：堿性水電解、純水質(zhì)子交換膜（PEM）水電解和固體氧化物電解質(zhì)電池（SOEC）水電解。 堿性水電解制氫技術(shù)和PEM水電解制氫工藝現(xiàn)已商業(yè)化。前者相對成熟，后者由于成本較高，暫時處于商業(yè)化測試的早期階段。SOEC雖然效率很高，但仍處于研發(fā)示范階段。 常用水電解制氫技術(shù)的比較 在輔助電網(wǎng)連接的風-氫耦合模式中，風和電被用于制氫。由于風能的間歇性和隨機波動特性，要求水電解裝置在不穩(wěn)定的性能條件下具有安全、可靠和高效的制氫能力。 堿性水電解制氫裝置在當前技術(shù)水平下的冷啟動響應(yīng)和功率波動條件下的制氫質(zhì)量較差。然而，PEM可以快速反應(yīng)并適應(yīng)風電場的功率波動，但投資成本較高，因此目前不適合大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。 綜上所述，如果未來大規(guī)模風電制氫采用專屬制氫的非電網(wǎng)模式，可以考慮堿性水電解技術(shù)和PEM水電解技術(shù)的協(xié)同使用：堿性水電解廠是主要設(shè)備，并且其低成本優(yōu)勢可用于大規(guī)模安裝；PEM水電解設(shè)備用作輔助設(shè)備，其快速響應(yīng)優(yōu)勢用于適應(yīng)風力波動。 2.2核能制氫 核能可用于實現(xiàn)高效、大規(guī)模和無碳的氫氣生產(chǎn)。核制氫技術(shù)的研發(fā)為未來大規(guī)模供應(yīng)氫氣提供了有效的解決方案，也可以為高溫反應(yīng)堆工藝的熱應(yīng)用開辟新的用途，這對中國未來能源轉(zhuǎn)型的實施具有重要意義。 核能在非發(fā)電領(lǐng)域的未來應(yīng)用備受關(guān)注。在第四代核電站系統(tǒng)的六種反應(yīng)堆類型（鈉冷快速反應(yīng)堆、氣冷快速反應(yīng)器、鉛冷快速反應(yīng)反應(yīng)器、鹽熔反應(yīng)器、超臨界水反應(yīng)器、氣冷超高溫反應(yīng)器）中，具有固有安全性、高輸出溫度、，并且充分的性能被認為非常適合氫氣生產(chǎn)。 核能制氫主要利用核反應(yīng)產(chǎn)生的熱量。如圖2所示，核能制氫的技術(shù)途徑包括：高溫重整烴制氫、熱化學分解水制氫、高溫蒸汽電解制氫和核電電解水制氫。