风电与光电具有间歇性、随机性和波动性的特点，而电网对于并网风电与光电的品质着较高的要求。因此，这些风资源集中的区域可能会出现大量弃风弃光现象。

2017 年全国风电发电量3057亿千瓦时，因弃风限电损失电量为 419 亿 kW.h，弃风率 13.7%。2017 年全国光伏发电量达1069亿千瓦时，因弃光限电损失电量约为 73 亿 kWh，弃光率 6.8%。

经过这些年的努力，弃风率与弃光率大大下降，2021年全年全国风电发电量6526亿千瓦时，弃风电量206.1亿千瓦时，弃风率约3.16%。2021年全国光伏发电量3259亿千瓦时，弃光电量67.8亿千瓦时，弃光率约2.08%。弃风弃光限电损失电量依然巨大。

新建的风电场、光电场会在更偏远的地方，电网的敷设更加困难。发展风电与光电制氢技术有利于解决风电与光电就地消纳问题，特别有利于实现分散式风力发电与光伏发电的规模化，风电光电与制氢技术耦合，既可将氢气作为清洁燃气对用户供气，实现电力到燃气的互补转换，也可将氢能利用在化工领域与交通运输。

根据风电与网电连接形式的不同，可以将风电制氢技术分为３种类型：（１）并网型风电制氢；（２）离网型风电制氢；（３）并网不上网型风电制氢。

离网型风电制氢是将单台风机或多台风机所发的电能，不经过电网直接提供给电解水制氢设备进行制氢。风力发电机发出的交流电经过风力机电解电源控制器转换为电解槽需要的直流电，水电解制氢设备产生的氢气经氢气压缩机输往氦气储罐。

由于电解槽要求供电稳定，但风力发电机输出不稳定，系统中要配备蓄电设备（蓄电池），在风电富裕时向蓄电池充电，当风电不足时由蓄电池补充电力。

离网型风电制氢主要应用于分布式制氢，局部供能或用于燃料电池发电等。

图2是离网型风电制氢系统示意图。

对于有多台风力发电机的分布式风电场，各台风机输出经风力机电力控制器转换成相同直流电压，输送到同一条直流母线上。然后输送到电解水制氢电源控制器，转换成电解槽所需直流电压供电解水用电。电解生成的氢气经压缩机成为高压氢气输送到氢气储罐。

系统有蓄电设备，蓄电设备含充放电控制电路，在风力发电机发电富裕时向蓄电设备充电，在风力发电机发电不足时向电解水制氢电源供电。

图3是离网型风电制氢系统有多台风力发电机示意图。

离网型风电制氢系统主要应用在分布式制氢或局部应用于燃料电池发电 供能等场合。

并网不上网型风电制氢是将系统与风电、电网相连，但是风电不上网，仅供电解水使用。当电解水电量不足时，从电网取电满足制氢的用电需求。

图4是并网不上网型风电制氢系统示意图

光伏电解水制氢系统中光伏电池板与水电解槽之间的连接方式主要有两种，一种为间接连接，另一种为直接连接。

目前大多数光伏发电制氢系统采用间接连接方式，整套系统由光伏阵列、光伏控电力制器、蓄电池、电解电源控制器、电解制氢系统、氢气储存设备组成。

光伏控电力制器（最大功率点跟踪控制器）控制光伏阵列工作在最大功率点附近，使系统获得最大的电能输出。由于光伏阵列发出的电能随光照强度和环境温度的变化存在较大的波动，采用蓄电池进行缓冲储能使光伏系统有一个稳定的直流输出电压。电解电源控制器将该电压转换成电解槽所需工作电压供电解水使用。电解水制氢设备输出的氢气经压缩机压缩成高压氢气输入到氢气储罐储存。

光伏电力控制器内含直流变换器，可将输入的直流电压转换成所需的直流电压。

图5是光伏间接连接方式制氢系统示意图

直接连接方式是指将光伏阵列输出的直流电直接输入电解槽。

由于省去光伏最大功率跟踪器、蓄电池、电解槽电源，使系统简单，故障率下降，成本大大降低。减少光伏控制器与电解槽电源等中间环节可以减少了近20%的电能损失。

但在直接连接系统中光伏阵列的输出电压和电流无法调节，光伏阵列会在偏离最大功率点的地方运行。而且光伏阵列的输出电压也很难满足电解槽需要的电压，会大大地降低系统的制氢效率。

如果结合当地气候、日照、温度等气象参数，合理的设计光伏阵列、电解槽的工作参数，使光伏阵列输出电能量与电解槽的输入电能特性相近，直接耦合连接方式也可达到较好的工作效率。目前光伏直接连接方式制氢方式应用很少。

图6是光伏直接连接方式制氢系统示意图

风能发电和太阳能发电组成的功率输出在时间上互补，在夏天时，太阳光照辐射强，光伏发电量较大，风力相对较弱，风力发电量小；在冬天时，太阳光照辐射弱，光伏发电量小，风力相对较强，风力发电量大。白天时，太阳光照辐射强，光伏发电量大，风力发电量较小；到了夜晚时，由于没有太阳照射，光伏不能发电，而风力发电量较大。通过风光互补可获得较稳定又充足的制氢电能。

风力发电机输出交流电经风力机电力控制器转换成设定的直流电压，输送到直流母线上；光伏阵列输出的直流电经光伏电力控制器转换成设定的直流电压，输送到同一条直流母线上。

母线上的直流电输送到电解水电源控制器，转换成电解槽所需直流电压供电解水用电。电解生成的氢气经液氢生产设备成为低温液氢输送到液氢储罐。

系统有蓄电设备，蓄电设备在风力发电机发电富裕时向蓄电设备充电，在风力发电机发电少时向电解水制氢电源供电。

图7是离网型风光互补制氢系统示意图。系统可有多台风力发电机与多个光伏发电阵列组成。

风电与光电制氢过程完全无污染，生产的氢气被称为绿色氢气，简称绿氢。

风电与光电生产的氢气可以储存起来，当电网电量不足时可以通过燃料电池发电输送到电网，达到用氢气储能的目的，称为风光发电制氢储能。