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關(guān)鍵詞：可再生能源 多能互補(bǔ) 制氫 關(guān)鍵技術(shù) 趨勢(shì)
1 多能互補(bǔ)制氫的基本原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1.1基本原理
1.2.2 電解水制氫的安全性、清潔性及高效性
電解水制氫是電化學(xué)制氫技術(shù)，主要包括堿性電解制氫、酸性電解制氫、氯堿電解制氫、高溫電解制氫及光柱電解水制氫80%～30%～[18]。
1.2.3 多能互補(bǔ)電解水制氫技術(shù)優(yōu)勢(shì)
在制氫產(chǎn)業(yè)方面，截至 96%來(lái)自于化石燃料，其中 30%來(lái)自于醇類裂解，4%左右，占比小的主要原因在于電解水制氫成本很高，是化石燃料的 [19]。電解水制氫技術(shù)能夠適應(yīng)風(fēng)-水等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)不連續(xù)、不穩(wěn)定的供電缺陷，降低電解水制氫成本，延長(zhǎng)使用壽命，促進(jìn)分布式能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展-光[21]。
氫能作為連接可再生能源的紐帶，使制氫技術(shù)備受關(guān)注。借力氫能源，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)，不僅為氫能制取開(kāi)辟了更加清潔節(jié)能的途徑，還提高了能源資源的利用效率。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，不斷完善制氫技術(shù)將會(huì)是解決能源問(wèn)題的方案。
22011 年，歐盟制定《2014 年，美國(guó)制定了《全面能源戰(zhàn)略》，其目的是發(fā)展能夠?yàn)榍鍧嵞茉吹於ɑA(chǔ)的低碳技術(shù)，并明確表明氫能在交通轉(zhuǎn)型中的主導(dǎo)作用2016 年，日本制定《面向 2019 年制定了《氫能計(jì)劃》，在工業(yè)上進(jìn)行無(wú)碳化改革，實(shí)現(xiàn)可再生綜合能源制氫與氫2019 年，歐洲燃料電池和氫能聯(lián)合組織發(fā)布《歐洲氫能路線圖》，提出了面向中期（2020 年）和長(zhǎng)期（2050 年）的氫能發(fā)展路線圖。
伴隨著政策層面的持續(xù)落地，示范項(xiàng)目也在逐漸建成。自 80 年代以來(lái)，全球氫能市場(chǎng)的規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，各國(guó)陸續(xù)啟動(dòng)氫能源重大項(xiàng)目。2015 年，美因茨能源項(xiàng)目2018 年，德國(guó)的氫動(dòng)力列車正式下線，在庫(kù)克斯港和布克斯特胡德之間約 M.U. Zaenal[24]針對(duì)可再生能源輸出功率低于閾值時(shí)的制氫技術(shù)進(jìn)行研究，研究了功率波動(dòng)對(duì)制氫過(guò)程及系統(tǒng)整體效率的影響，通過(guò)設(shè)計(jì)智能電源管理系統(tǒng)輔助制氫系統(tǒng)，在功率低于產(chǎn)氫閾值時(shí)并網(wǎng)運(yùn)行，提高氫氣的質(zhì)量。土耳其的 S.M.Baque Billah 針對(duì) THD），且整個(gè)過(guò)程中不產(chǎn)生二氧化碳，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電力系統(tǒng)的可行性，為多種可再生能源制氫提供了技術(shù)基礎(chǔ)Furat Dawood 提出了利用氫氣發(fā)電用于存儲(chǔ)可變的可再生能源（100％可再生和可持續(xù)的氫氣經(jīng)濟(jì)-氫氣Alvaro Serna 考慮微電網(wǎng)中電解槽、超級(jí)電容器等重要組件，提出一種基于氫能的微電網(wǎng)長(zhǎng)期和短期的模型預(yù)測(cè)控制（[28]。加拿大的 Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ[29]。南非的 SPEA 算法與遺傳算法（[30]。日本的[31]?？刂撇呗缘牟粩鄡?yōu)化促進(jìn)了制氫技術(shù)與多種可再生能源互補(bǔ)的結(jié)合，基于多能互補(bǔ)的制氫技術(shù)將會(huì)在電網(wǎng)、制氫、用氫等方面發(fā)揮重要作用。
國(guó)外對(duì)混合可再生能源制氫技術(shù)進(jìn)行了一定的研究，但整個(gè)制氫系統(tǒng)仍然存在制氫效率偏低、制氫成本偏高的現(xiàn)象。從總體來(lái)看，對(duì)混合可再生能源制氫技術(shù)的研究還處于起步階段，仍存在諸多問(wèn)題，如混合能源的協(xié)調(diào)控制方法，制氫設(shè)備對(duì)寬功率波動(dòng)的適應(yīng)性以及整個(gè)系統(tǒng)的故障及安全性分析。同時(shí)，由氫能向電能的轉(zhuǎn)換技術(shù)也將對(duì)氫能的發(fā)展起到促進(jìn)的作用。協(xié)調(diào)控制可再生能源互補(bǔ)制氫不僅能夠提高能源的利用率，還可以降低制氫的成本。未來(lái)資金成本降低，制氫效率提高，設(shè)計(jì)更加緊湊，系統(tǒng)更加安全將成為發(fā)展方向。
2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
近年來(lái)，可再生能源綜合系統(tǒng)的迅猛發(fā)展以及電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的興起提高了市場(chǎng)對(duì)于氫能技術(shù)的預(yù)期，國(guó)家對(duì)于氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展十分重視。2019 年，“氫能”首次寫(xiě)入國(guó)家政府報(bào)告，國(guó)家能源局發(fā)布了《綠色產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄》，積極鼓勵(lì)發(fā)展氫能，同時(shí)浙江、山西等地提出地方氫能發(fā)展政策，政府加大支持補(bǔ)貼力度。目前，中國(guó)已經(jīng)形成七個(gè)氫能產(chǎn)業(yè)集群，并制定三大發(fā)展階段支撐氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
國(guó)內(nèi)對(duì)制氫技術(shù)的高度重視及政策支持使我國(guó)的制氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)良好。863 項(xiàng)目示范工程建成了我國(guó)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電制氫站，將制氫技術(shù)、超高壓存儲(chǔ)技術(shù)以及加注技術(shù)融合為一體。2019 年，風(fēng)電制氫項(xiàng)目——沽源風(fēng)電制氫綜合利用項(xiàng)目的工程進(jìn)入收尾階段，全部完成之后，每年的產(chǎn)氫能力將會(huì)達(dá)到 m3（標(biāo)準(zhǔn)），與燃料電池等資源整合，解決當(dāng)?shù)氐臈夛L(fēng)、棄光問(wèn)題。國(guó)電大渡河流域水電開(kāi)發(fā)公司積極打造“川西氫能天路”，充分利用當(dāng)?shù)氐乃娰Y源，建設(shè)完成一座加氫站和氫能公交示范運(yùn)行2014 年，張佩蘭等對(duì)制氫技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，分析了現(xiàn)有的幾種工業(yè)化制氫技術(shù)，發(fā)現(xiàn)制氫技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性與制氫裝置成本及位置、規(guī)模密切相關(guān)[34]。經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題是制約制氫技術(shù)發(fā)展的瓶頸之一，而制氫技術(shù)的不斷成熟將會(huì)成為解決電解水制氫成本問(wèn)題的選擇。在制氫技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能基礎(chǔ)上，對(duì)制氫技術(shù)本身也進(jìn)行了創(chuàng)新研究。蔡國(guó)偉等建立了基于直流母線結(jié)構(gòu)的綜合能源制氫系統(tǒng)，運(yùn)用光伏的大功率點(diǎn)跟蹤（[35]。王代等探討了可再生能源與電網(wǎng)之間的相互作用，通過(guò)控制制氫系統(tǒng)，不僅可以緩解可再生能源的間歇性，還可以整合多個(gè)能源部門(mén)，更好地將可再生能源整合到電力系統(tǒng)中2019 年，李文磊等建立了分布式能源制氫的模型，分析了有儲(chǔ)能和無(wú)儲(chǔ)能系統(tǒng)及風(fēng)速與光照強(qiáng)度變化對(duì)制氫效率的影響，有儲(chǔ)能系統(tǒng)的條件下，明顯提高了制氫效率，能夠平抑可再生能源造成的功率波動(dòng)3 所示。電解水制氫將逐步滿足商業(yè)需求，實(shí)現(xiàn)分布式制氫，不僅可以實(shí)現(xiàn)制氫過(guò)程集中化，供氫過(guò)程區(qū)域化，還可以設(shè)計(jì)建造小型的電解水制氫裝備，達(dá)成氫能源的智慧互聯(lián)。
3多能互補(bǔ)制氫系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析
可再生能源多能互補(bǔ)制氫系統(tǒng)的能源形式包括太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能、潮汐能、生物質(zhì)能和氫能等[39-40]。
為了提升能源系統(tǒng)利用效率及地方消納能力，綜合考慮系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、電網(wǎng)安全性、用戶舒適性，我國(guó)提出了實(shí)施多能互補(bǔ)系統(tǒng)集成優(yōu)化工程，在能量供給端將各種可再生能源進(jìn)行整合，在能量輸出端將冷、熱、電、氣等系統(tǒng)進(jìn)行耦合優(yōu)化，推動(dòng)能量供給方式轉(zhuǎn)向低碳高效、就地利用、便捷用戶，加快推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變[44]。多能互補(bǔ)系統(tǒng)控制策略不僅需要考慮對(duì)可再生能源發(fā)電量及負(fù)荷消耗等的預(yù)測(cè)結(jié)果，同時(shí)，還要考慮本地區(qū)的電價(jià)、氣價(jià)等相關(guān)情況，優(yōu)化調(diào)度可再生能源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多種能量的互補(bǔ)調(diào)度[46-50]。針對(duì)目前多能互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)及其相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)缺乏對(duì)經(jīng)濟(jì)性的考慮，依據(jù)灰色預(yù)測(cè)模型及 [51]。針對(duì)可再生能源存在的隨機(jī)性、波動(dòng)性給電網(wǎng)帶來(lái)的強(qiáng)擾動(dòng)問(wèn)題，提出了基于比例優(yōu)先級(jí)的采樣機(jī)制的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，提高了控制性能及收斂速度，對(duì)區(qū)域化能源進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，并實(shí)現(xiàn)了多能互補(bǔ)系統(tǒng)安全運(yùn)行Mixed Integer Linear Programming, MILP）模型，提出了混合潮流算法，研究了綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃方法、調(diào)度策略、消納能力等[56]。
現(xiàn)階段，多能互補(bǔ)系統(tǒng)控制技術(shù)包括能源接入影響及其控制策略、多能互補(bǔ)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)、多能互補(bǔ)分層控制技術(shù)等方面。而在多能互補(bǔ)優(yōu)化運(yùn)行的過(guò)程中需要充分考慮能源出力的不確定性、能源的功率調(diào)節(jié)約束性以及儲(chǔ)能等設(shè)備的時(shí)間轉(zhuǎn)移特性，兼顧可再生能源與柔性負(fù)荷兩類可控資源。目前針對(duì)可再生能源多能互補(bǔ)系統(tǒng)協(xié)同控制策略的研究還處于起步階段，雖然研究人員在此方面已經(jīng)進(jìn)行了一些研究，但是隨著各種可再生能源發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，多能互補(bǔ)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的研究難度將不斷增加，因此針對(duì)多能互補(bǔ)系統(tǒng)不同能源之間存在時(shí)間、空間上的差異，綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)、高效等指標(biāo)的協(xié)同控制策略的研究是必然的。
3.2儲(chǔ)能及容量配置
我國(guó)對(duì)可再生能源的研究略晚于西方國(guó)家，因此在基礎(chǔ)設(shè)施及核心技術(shù)上存在差距，特別是隨著可再生能源多能互補(bǔ)系統(tǒng)的興起，因能源利用率不高，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益等方面相較于西方發(fā)達(dá)國(guó)家的差異更加明顯，而多能互補(bǔ)系統(tǒng)的初衷就在于能源協(xié)調(diào)互補(bǔ)、節(jié)約能源，這也就使得儲(chǔ)能技術(shù)及其容量配置成為多能互補(bǔ)系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)，加速了可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用[58]。電[59]，減少了化石燃料的消耗；作為清潔的化工原料，氫氣還可以制成燃料電池，轉(zhuǎn)換為電能[61]。儲(chǔ)氫技術(shù)優(yōu)勢(shì)巨大，前景廣闊，但是由于是近幾年的新興技術(shù)，在儲(chǔ)氫材料、機(jī)理等方面仍存在許多的不足，例如，相同壓力的氫氣體積是汽油的 [62]。此外，其他的氫儲(chǔ)能技術(shù)也在飛速發(fā)展，如多孔材料、液態(tài)氫載體、復(fù)合氫化物、金屬間氫化物等材料和能量的電化學(xué)存儲(chǔ)、熱能存儲(chǔ)等技術(shù)，越來(lái)越多具有儲(chǔ)氫潛力的材料和技術(shù)將會(huì)被發(fā)現(xiàn)，促進(jìn)能源的可持續(xù)性發(fā)展[64]。
儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行方式主要有孤島運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種[66-70]建立了風(fēng)能、太陽(yáng)能、電能及氫能等能量互補(bǔ)的多能互補(bǔ)系統(tǒng)，針對(duì)孤島模式下的風(fēng)電功率模型、光電功率模型、儲(chǔ)能系統(tǒng)功率模型等模型，以預(yù)測(cè)功率、預(yù)測(cè)負(fù)荷、降低運(yùn)營(yíng)成本為目標(biāo)，利用弱魯棒、多目標(biāo)求解等優(yōu)化方法，提出了孤島運(yùn)行模式下的多能互補(bǔ)系統(tǒng)容量配置策略，實(shí)現(xiàn)了孤島運(yùn)行利用優(yōu)化及容量配置。文獻(xiàn)Technique for Order Preference by Similiarity to Ideal Solution, TOPSIS）方法來(lái)評(píng)估容量配置，并將其思想應(yīng)用到了其他離網(wǎng)系統(tǒng)中。文獻(xiàn)[73]提出了一種配電網(wǎng)中考慮經(jīng)濟(jì)性和高效性的雙層優(yōu)化配置方法，并且在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了短期運(yùn)行優(yōu)化布點(diǎn)，使得優(yōu)化配置方法更符合實(shí)際運(yùn)行情況。文獻(xiàn)[75]、光電制氫儲(chǔ)能[77]。目前傳統(tǒng)電力行業(yè)的能量管理系統(tǒng)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已趨于成熟，由于多能互補(bǔ)系統(tǒng)中包含多種可再生能源，能源自身存在隨機(jī)性、波動(dòng)性[79]。
可再生能源多能互補(bǔ)系統(tǒng)能量管理方面的研究才剛剛起步，建立系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)及管理系統(tǒng)還需要研究人員的共同努力。詹國(guó)敏等基于風(fēng)/柴/離網(wǎng)狀態(tài)下均能穩(wěn)定運(yùn)行的能量管理控制策略，在并網(wǎng)下削峰填谷、峰谷套利，在離網(wǎng)下限制功率、自動(dòng)吸收，對(duì)于系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，降低運(yùn)行成本等方面意義重大LINUX 操作系統(tǒng)、25%，證明了設(shè)計(jì)的多能互補(bǔ)能量管理系統(tǒng)具備極高的有效性，同時(shí)還指出系統(tǒng)存在的不足，下一步的研究還在進(jìn)行當(dāng)中[82]基于主動(dòng)控制的雙層兩階段框架，實(shí)現(xiàn)能源之間的能源供應(yīng)，一方面授權(quán)每個(gè)獨(dú)立的能源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以獨(dú)立地滿足本地需求，并相互協(xié)作，獲得了能源互聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)，提出的“兩階段 [83]提出了一種兩階段協(xié)調(diào)策略，以提取預(yù)測(cè)結(jié)果作為上層模型，以實(shí)際結(jié)果作為下層模型，并通過(guò)混沌算法改進(jìn)粒子群算法，實(shí)現(xiàn)了多種能量形式的協(xié)同供應(yīng)，并使得多能互補(bǔ)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)了大化。
目前的多能耦合能量管理系統(tǒng)發(fā)展前景廣闊，未來(lái)的研究重點(diǎn)將集中在多能互補(bǔ)能量管理系統(tǒng)結(jié)合目前大數(shù)據(jù)和智能自主優(yōu)化設(shè)計(jì)。在未來(lái)，多能互補(bǔ)制氫系統(tǒng)需要更加細(xì)化，考慮更多的運(yùn)行約束條件，考慮多能互補(bǔ)系統(tǒng)從并網(wǎng)到獨(dú)立運(yùn)行之間的平穩(wěn)過(guò)渡，同時(shí)，精確預(yù)測(cè)負(fù)荷變化才能給能量管理提供依據(jù)，確保系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和安全性。
3.4電解水制氫技術(shù)
在可再生能源互補(bǔ)系統(tǒng)中，將產(chǎn)生的電能利用電解水技術(shù)制成氫氣和氧氣，制得的氣體直接供給負(fù)荷或者轉(zhuǎn)換為電能并入電網(wǎng)，提高了互補(bǔ)系統(tǒng)能源的利用率，解決了棄電問(wèn)題，還可以保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，是未來(lái)可再生能源大規(guī)?；谋赜芍?。對(duì)此，我國(guó)及其他一些歐美國(guó)家也進(jìn)行了深入的研究，并在一些項(xiàng)目上加以應(yīng)用，建立了示范性工程。電解水技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、無(wú)污染，已經(jīng)在工業(yè)中得以應(yīng)用，但是因?yàn)槠涑杀靖摺⑿实?、能耗大等關(guān)鍵問(wèn)題限制了電解水制氫技術(shù)的廣泛推廣?？稍偕茉椿パa(bǔ)系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)于電解水制氫技術(shù)的發(fā)展起到了很好的推動(dòng)作用，降低電解過(guò)程的能耗，提高能源轉(zhuǎn)換效率成為目前亟需解決的問(wèn)題，為此研究人員進(jìn)行了大量的工作。
依據(jù)電解質(zhì)種類，可以分為堿性、質(zhì)子交換膜、固體氧化物三種。三種典型制氫技術(shù)的對(duì)比見(jiàn)表 [84]。與堿性電解質(zhì)制氫方式相比，質(zhì)子交換膜避免了使用強(qiáng)堿性液體電解質(zhì)所帶來(lái)的缺點(diǎn)，同時(shí)，緊湊精簡(jiǎn)的體積降低了電解池的歐姆電阻，大幅提高了電解池的整體性能，運(yùn)行電流密度是堿性電解槽的 [85]針對(duì)目前聚合物質(zhì)子交換膜催化劑有限和厚度問(wèn)題，制造了一種具有三種界面特性的不同微孔層的材料，由經(jīng)濟(jì)性較高的鈦粉制成，改善了交換膜的界面性能和表面粗糙度，使得催化劑利用率提高了 400~1 000℃，可以利用熱量進(jìn)行電氫轉(zhuǎn)換，具有能量轉(zhuǎn)換效率高且不需要使用貴金屬催化劑等優(yōu)點(diǎn)，因而效率可以達(dá)到 600~800℃）下固體氧化物電解槽（[86]。為了提高離子電導(dǎo)率，降低電解過(guò)程的能耗，獲得電壓穩(wěn)定性，使用合成的聚合物電解質(zhì)制備了雙電層電容器，減少了主體聚合物中的結(jié)晶，減小了損耗Proton Exchange Membrane, PEM）電解水成本高、耐久性差、無(wú)法大規(guī)模使用PEM水電解的成本降幅有限，但仍有投資成本優(yōu)勢(shì)，初期經(jīng)濟(jì)性更為明顯，所以，未來(lái)堿性電解水與 PEM 水電解的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，堿性固體陰離子交換膜水電解技術(shù)將是未來(lái)的主要研究方向。對(duì)電解水技術(shù)進(jìn)行更深入的研究，有利于推動(dòng)多能互補(bǔ)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。
4氫能發(fā)展趨勢(shì)
氫能是全球能源技術(shù)革命的重要發(fā)展方向，也是可持續(xù)和安全的能源未來(lái)重要的組成部分。加快發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，不僅可以應(yīng)對(duì)全球環(huán)境危機(jī)，還可以保障能源供給，實(shí)現(xiàn)國(guó)家能源的可持續(xù)性發(fā)展。根據(jù) 2050 年，氫能源的消耗量將會(huì)是目前消耗量的2050 年實(shí)現(xiàn)持續(xù)利用可再生能源電解水制氫，大力發(fā)展生物制氫、太陽(yáng)光解水制氫。
4.1.1電解水制氫技術(shù)
目前主流的制氫方式是煤氣化制氫、天然氣制氫。從成本角度看，煤氣化制氫成本低，已存在利潤(rùn)空間，電解水制氫僅占 2030 年，可再生能源制取氫氣成本可能下降 2050 年，可再生能源發(fā)電電解水將成為主流制氫技術(shù)。
4.1.2生物質(zhì)能制氫技術(shù)
生物制氫原料來(lái)源廣且沒(méi)有污染，反應(yīng)環(huán)境是常溫常壓，生產(chǎn)費(fèi)用低，顛覆了傳統(tǒng)的能源的生產(chǎn)過(guò)程。作為一種環(huán)境友好型可再生能源，如果能夠利用生物質(zhì)能實(shí)現(xiàn)制氫的工業(yè)化，不僅對(duì)能源的優(yōu)化利用有積極作用，而且可以減少環(huán)境污染。生物制氫技術(shù)是一種高效產(chǎn)氫的生物工程技術(shù)，整個(gè)過(guò)程將存儲(chǔ)在自然界有機(jī)物（如蛋白質(zhì)、植物中碳水化合物）中的能量釋放出來(lái)，通過(guò)細(xì)菌的作用產(chǎn)生氫氣。生物制氫的途徑主要有光解水、光發(fā)酵、暗發(fā)酵產(chǎn)氫和光暗耦合發(fā)酵等4。生物制氫優(yōu)點(diǎn)眾多，比傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法更加節(jié)能，可再生和低消耗，是未來(lái)規(guī)?；a(chǎn)氫的重要途徑。
4.1.3太陽(yáng)能制氫技術(shù)
最近，在眾多的可再生能源制氫的技術(shù)中，研究人員正在重點(diǎn)開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能制氫這項(xiàng)新技術(shù)。目前太陽(yáng)能制氫技術(shù)實(shí)現(xiàn)的主要途徑有光化學(xué)制氫、光催化法制氫、人工光合作用制氫等5。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)熱化學(xué)制氫技術(shù)在光照條件下可以利用光催化劑降低對(duì)溫度的要求，提出了一種熱化學(xué)循環(huán)制氫方法。光催化法制氫是在光照催化劑的作用下，使水分解制得氫氣。光催化分解水制氫技術(shù)目前研究工作主要是從改進(jìn)催化劑性能來(lái)提高產(chǎn)氫效率。石墨烯具有超強(qiáng)的力學(xué)性能、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及透光性，而且價(jià)格低廉、制氫效率高，對(duì)石墨烯進(jìn)行改造給未來(lái)低成本制氫提供很大的希望[94-95]。無(wú)機(jī)物儲(chǔ)氫是通過(guò)化學(xué)鍵與離子型非金屬氫化物（如絡(luò)合金屬氫化物 NH3BH4 等）相互作用進(jìn)行氫氣的存儲(chǔ)，釋放的過(guò)程和儲(chǔ)氫合金原理相似，存儲(chǔ)在其中的氫氣以加熱的方式釋放。有機(jī)物儲(chǔ)氫是指利用苯或甲苯等液體與氫反應(yīng)生成環(huán)乙烷，這種儲(chǔ)存運(yùn)輸氫氣的方式不依靠耐高壓和低溫裝置，釋放時(shí)進(jìn)行的脫氫反應(yīng)需要催化劑，這也將是未來(lái)一項(xiàng)備受關(guān)注的儲(chǔ)氫技術(shù)。
氫氣在提供清潔、安全和豐富能源方面有著巨大的發(fā)展前景，且應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，作為工業(yè)原料，可用于石油煉制、合成氨、甲醇等生產(chǎn)領(lǐng)域，少量用于鋼鐵、玻璃、電子、航空等工業(yè)領(lǐng)域，此外，還可用于交通領(lǐng)域，正在開(kāi)發(fā)的氫燃料電池汽車行業(yè)剛剛起步，截至 FCEV（燃料電池電動(dòng)汽車）庫(kù)存達(dá) 4 000 輛（比 80%），預(yù)計(jì)到 4 所示。
目前我國(guó)氫能發(fā)展已提升到戰(zhàn)略層面，但仍存在成本高、安全性待突破、基礎(chǔ)設(shè)施薄弱等問(wèn)題，早期應(yīng)以本地消納為主，優(yōu)先發(fā)展加氫示范基礎(chǔ)設(shè)施及氫氣燃料電池等，逐步由本地化走向區(qū)域化，為我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)培育及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)積攢經(jīng)驗(yàn)。隨著可再生能源系統(tǒng)的大規(guī)模化應(yīng)用，燃料電池制作成本的大幅度下降，國(guó)內(nèi)燃料電池車、加氫站將有較大增幅，我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)將會(huì)以氫能為主要組成部分，國(guó)家的“能源獨(dú)立”有望完成，氫能產(chǎn)業(yè)會(huì)從區(qū)域發(fā)展逐步拓展到各主要市場(chǎng)，依托全國(guó)天然氣管網(wǎng)的氫氣與天然氣混輸將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模運(yùn)行，包括氫能輸送管網(wǎng)和加氫站在內(nèi)的全國(guó)性基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)基本形成。氫氣作為一種清潔能源，將在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。
5結(jié)論
本文對(duì)可再生能源互補(bǔ)系統(tǒng)制氫技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了深入分析和總結(jié)。目前風(fēng)電及太陽(yáng)能發(fā)電制氫產(chǎn)業(yè)起步較早，技術(shù)已達(dá)到國(guó)際水平，在新能源制氫產(chǎn)業(yè)能夠先行一步，成為目前發(fā)展的主流?；旌峡稍偕茉椿パa(bǔ)系統(tǒng)使得能源的利用率得以提高，產(chǎn)生的氫氣作為一種清潔的新能源在眾多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用?？傮w來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)關(guān)于混合可再生能源制氫技術(shù)發(fā)展相對(duì)緩慢，制氫技術(shù)仍然面臨諸多問(wèn)題，當(dāng)前能夠產(chǎn)業(yè)化的太陽(yáng)能發(fā)電制氫、風(fēng)電制氫和生物質(zhì)氣化制氫經(jīng)濟(jì)性不甚理想，與化石能源制氫相比競(jìng)爭(zhēng)力較差。我國(guó)可再生能源產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，能源結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化需要加快研發(fā)和應(yīng)用制氫、儲(chǔ)氫、氫燃料電池技術(shù)。因此，可再生能源多能互補(bǔ)制氫技術(shù)的發(fā)展具有十分重要的意義。
