目前由于风电与光电的电压波动大、会对电网造成较大冲击，并网设备复杂，因而造成弃风与弃光。如果在风电与光电发电充余时，把电能储存起来，在发电量不足时把储存的电能释放出来，就能得到稳定平滑的风电与光电。如何让风电、光电安全、稳定且高效的上网，必须解决电能的储存问题。

抽水蓄能虽储存量大，但转换速度太慢，而且需要特殊的地质条件，是不适合解决风电、光电的储能问题。其他方式的储能包括压缩空气储能、电磁储能、超级电容器、超导储能、热储能等储存时间短，容量小，有些技术不成熟、有些成本高、有些效率低，难以大规模商业化应用。目前风电、光伏发电主要采用效率较高的蓄电池储能，但是蓄电池能量密度较低、充电电流不能太大，充电时间长，最主要是充放电循环次数少，铅蓄电池仅为数百次，锂蓄电池为1000至2000次（价格高昂）。频繁的充放电会缩短使用寿命。这些限制了蓄电池储能的大规模应用。

氢能是一种质量能量密度高、储存期长的物质。将风电、光伏发电量转换成氢气，储存氢气，需要时转化成电能，可缓解风光互补发电系统的弃风、弃光问题，称为氢储能技术。氢储能技术主要包括制氢技术、储存氢能装置、氢能燃料电池、氢氧联合循环发电等。

氢燃料电池是将氢气转换成电能的发电装置，其发电原理与干电池一样，也是将化学能转化成电能，所不同的只是，干电池使用贵重金属做电极，金属消耗完了就没电了。而燃料电池是靠消耗燃料，不消耗电极，燃料就是氢气。向燃料电池两极源源不断输入氢气与空气（氧气），电池两极间就会产生电动势。燃料电池的优点很多，主要是工作时没有噪音，不会产生有害气体、效率高、可以低温运行、启动快速。燃料电池是无污染、无噪音的发电机。图1是氢燃料电池图片，图片来自网络。

图2是风光发电制氢储能系统的示意图。风力发电机与光伏阵列通过各自的转换控制器将电能输送到直流母线上，通过并网电力控制器送到电网，电解电源控制器将直流母线上富裕的电量转换成电解水制氢系统所需的电压，电解水制氢系统将生成的氢气加压后输入高压氢气储罐储存。

电网需要电量时，或风光发电量不足时，储罐向氢燃料电池输送氢气，转换成电能通过直流母线与并网电力控制器送到电网。

系统仍需要蓄电池作为辅助蓄能，有时风光发电量不足，氢气储存也不足时需从蓄电池输出电力供电解水制氢使用。

由于氢燃料电池不能瞬间提供大电流输出，系统增加超级电容辅助蓄能。超级电容就是超大容量的电容器，属于物理电源，由于特殊的构造与工艺使它具有容量超大、充放电速率很快、内阻小、可循环次数达10万次以上、受温度影响小、安全性高等优点。但超级电容容量仍比蓄电池小得多，价格昂贵，输出电压随着放电线性下降，只适合短时间冲击性的负荷变化。蓄电池充电时间长，放电电流不能太大，充放电次数仅数百次（采用高昂的锂蓄电池可达千次以上）。采用蓄电池与超级电容组合使用是好方法，超级电容适应快速充放电，而周期长放电量大时切换蓄电池输出。

图3是超级电容的图片，图片来自网络。

对于超大型风光制氢储能可采用氢氧联合循环发电方式。将电解水生成的氢气与氧气送到氢氧联合循环燃气轮机，燃气轮机带动发电机发电给电网。

燃气轮机可以是略加改造的普通燃气轮机，把氢气作为燃料输入到燃烧室与压缩空气混合燃烧推动涡轮机旋转做功。本课件简介一种氢氧联合循环燃气轮机。

氢氧联合循环燃气轮机（简称氢氧燃机）直接使用电解水生成的氢气与氧气输入到燃烧室混合燃烧。氢氧燃机没有普通燃机的压气机，而是通过压力与流量控制器向氢氧燃机的燃烧室输入氢气与氧气。燃烧室不同于普通燃机燃烧室，是特制的，能将氢气与氧气均匀混合燃烧。

电解水生成的氢气与氧气分别储存在各自的容器中。如果是大型高压储罐储存的氢气与氧气，压力可达20MPa，而燃机的燃烧室工作压力一般为2~5MPa，压力与流量控制器分别控制好氢气与氧气的压力与流量，分别输入燃烧室混合燃烧，燃烧生成的高温高压水蒸气推动燃机涡轮做功。从燃机涡轮出来的水蒸气进入蒸汽轮机再次做功。蒸汽轮机、燃气轮机、发电机同轴旋转，发电机输出的电力通过交直变换器、直流母线、并网控制器上电网。从蒸汽轮机输出的水蒸气可以向需要热能的地方供热。

图4是采用氢氧联合循环发电的氢储能系统的示意图

如果是大型液氢储罐与液氧储罐的氢气与氧气，需通过气化装置气化，气化装置主要有液态气体压缩机与蒸发器组成。液态气体通过压缩机升压至所需压力，进入蒸发器转成气体。氢气与氧气的气化装置结构相同。转换成高压的氢气与氧气输送到氢氧燃机的燃烧室，燃烧生成的高温高压水蒸气推动燃机涡轮做功，从燃机涡轮出来的水蒸气进入蒸汽轮机再次做功。蒸汽轮机、燃气轮机、发电机同轴旋转，发电机发出电能。

2020 年 8 月，国家发展和改革委员会、国家能源局联合发布《关于开展“风光水火储一体化”“源网荷储一体化”的指导意见（征求意见稿）》，提出要提高输电通道利用效率、电力需求响应能力，挖掘新能源消纳能力。文件指出：开展“风光储一体化”建设，对于存量新能源外送基地，结合新能源特性、受端系统条件和消纳空间，研究论 证增加储能设施的必要性和可行性，明确实施方案。对于增量风光储一体化，积极探索以具备丰富新能源资源条件基地为基础，优化配套储能规模，充分发挥配套储能设施的调峰、调频作用，最小化风光储综合发电成本，提升价格竞争力， 明确风光储一体化实施方案。

内蒙古规模化风光氢储一体化项目——华电达茂旗20千瓦新能源制氢工程示范项目是国内设计在建的风光互补制氢发电储能项目。共建设风电12万千瓦、光伏8万千瓦，电化学储能2万千瓦时，电解水制氢12000标方每小时，采用100%绿电制氢。该项目主要是风光发电制氢。图5是该项目效果图

返回上一页