当前，全球掀起了绿色能源转型浪潮，氢能在其中扮演越来越重要的角色。在此背景下，绿氢的价值和重要性日益凸显，各国正在加速绿氢的战略布局，以抢占能源转型的先机。在CWP2024上，业内专家、各大厂商热议风储氢结合的相关技术。
氢能驱动的新能源时代
储能技术的突破是解决风光能源电力高效利用问题的关键，而氢能在此基础上迈出了更为关键的一步。它不仅能够与电网融合，作为锂电池的替代品，实现长效氢储能；还能与化工生产结合，作为氢原料；与交通领域结合，作为氢动力；甚至还能转化为热能，为人类供暖等。
特别是在化工领域，氢能可以合成绿氨、绿甲醇等绿色燃料，进一步拓展了其应用范围。当前，氢能，尤其是绿氢的需求量正逐年攀升。在零碳目标的推动下，氢能作为终端能源的需求占比也在逐年提高。
全球氢能理事会（Hydrogen Council）在《2024年氢能洞察》报告中指出，全球清洁氢能项目渠道正持续扩展并趋于成熟。过去4年间，达到最终投资决策（FID）的氢能项目承诺资本增长了7倍，从2020年的102个项目约100亿美元，增至2024年的434个项目约750亿美元。
在CWP2024期间举办的“电力多元化转换（Power to X）-氢氨醇高峰论坛暨第二届中丹航运脱碳峰会”上，中丹两国专家共同呼吁，通过政策推动产业落地，助力产业迅速跨越应用上的“技术锁定”瓶颈期；建议借鉴风电与光伏发展经验，由政府通过制度安排创造出一定的市场空间，依靠市场拉动，驱使技术进步和成本下降；各地政府、船运公司、新能源企业、甲醇企业、设备制造企业和工程公司等组建联合体，合力推动绿色燃料尽快渡过“尴尬期”。
这也意味着，通过上下游企业的共同努力，风光等可再生能源将通过氢能的转化，发展成为新型的“油田”。这为风光能源储备丰富的资源大省指明了新的发展方向，预示着一个氢能驱动的新能源时代即将到来。
电氢协同 挑战与机遇并存
《2024年氢能洞察》报告揭示了一个令人瞩目的趋势：到2030年，氢能相关总投资额预计将增长约20%，从5700亿美元跃升至6800亿美元。然而，氢能的快速发展并非坦途，它与当前其他清洁能源行业一样面临着多重挑战。宏观经济阻力，如通胀高企和利率攀升，以及监管的不确定性，再加上可再生能源和电解槽成本的上升等行业特定因素，都可能成为项目推进的绊脚石，导致项目延期。
CWP2024同期举办了“氢电协同技术发展专题会”，会议由中关村氢能与燃料电池技术创新产业联盟秘书长卢琛钰主持。
在国内，绿氢产业的发展虽然相对迅速，但仍需克服技术瓶颈、成本控制和产业化难题等多重压力。清华大学教授杨福源在会上所做的“绿氢及氢能基础设施发展现状”演讲中指出，当前制氢电解槽技术存在PEM单堆功率虽高但成本昂贵，AEM发展迅速却受寿命限制的困境。
在基础设施方面，中国加氢站数量虽居全球之首，但占比仍不足50%。尽管投资成本有所下降，但车载储氢瓶口阀价格高昂，且国产气瓶高性能碳纤维供应短缺，导致成本偏高。绿甲醇布局虽大，实际开工却不足，其核心原料——绿色二氧化碳的来源成为亟待解决的问题。储存方面，由于氢分子量小，难以压缩和液化，目前尚无完美解决方案。成本上，储运环节和源头绿电价格对整体成本的影响显著，使得商业应用面临挑战。
绿氢产业看似机遇无限，实则迷雾重重，链条长且制约因素多。要理清这些相互纠缠的环节，必须抓住主要矛盾，才能找到解决问题的关键。当前，如何不断且快速地降低绿氢生产成本成为亟待解决的首要问题。为此，企业界的技术专家纷纷亮出了自己的最新研究成果。
金风科技风电产业集团新型电力系统事业部总经理吕梁年认为，目前绿氢制取依旧面临直供电电网侧电力不稳定，以及控制系统过于复杂等问题。针对该类问题，金风科技提供的解决方案，包括能源规划和仿真、构网技术及产品、制氢电源等六部分。金风构网风机 2.0 产品有提供多倍短路电流支撑、自带储能等特点，储能挂在直流侧，系统更精简，经过数字、单机、场站三个阶段验证。构网储能产品设计理念与构网风机相似，硬件从风电变流器迁移，有黑启动、抑制宽频振荡等功能。制氢电源产品硬件也从风电变流器迁移，可靠性高，规格全覆盖，有纹波低、可并联扩容等优点。还有柔性控制系统，包括能源侧和电源侧管理系统，结合生产管理系统可高效稳定管理制氢系统。
针对电解槽技术痛点，三一氢能有限公司碱性电解槽技术总监张彦斌分享了公司的改进策略。他指出，电解槽漏液、气体纯度不达标、停机维修时间长、性能衰减快等问题是行业内的普遍痛点。三一氢能通过密封结构设计等综合解决方案，建立了五层安全保障措施，并结合多种仿真和整机测试平台，全流程制定总体设计和解决方案，涵盖项目规划、建设和运营各环节，实现了制氢技术、数智化水平、能效管理和设备耐用性等方面的全面优化。
明阳智慧能源集团股份公司的张进秋部长阐述了PEM 与风光耦合离网制氢的方案。双碳背景与国内风光技术进步、成本下降，以及电能需求渐饱和，需消纳余电是当前的产业现状。绿氢应用场景渐规模化，需求量上升。PEM 与风光耦合制氢是一条比较好的路径，离网制氢虽无电网支撑、波动性大，但 PEM 制氢接受电源波动响应快、无需电网支撑、体积小、环保安全，可减少投资和储能配置，投资回报周期可能更短且成本逐年降低。
舍弗勒贸易（上海）有限公司氢能业务负责人彭乾峰发表了《示范引领，氢动未来，探索源网荷储一体化，助力氢能产业高质量发展》的演讲，介绍了舍弗勒在绿氢闭环系统中的应用，并展示了他们在上海嘉定区的离网电氢电纯绿电闭环示范项目。
他提到该项目包括1.2兆瓦的光伏发电，搭配舍弗勒提供的500千瓦PEM设备，能够实现绿氢的生产和高压储存。彭乾峰表示：“该系统通过碱液和PEM组合提高了制氢效率和稳定性，实现了电氢电闭环。”他还介绍了该项目的四个维度示范效益，包括为高效能源利用提供示范案例和推动智能电网发展。
针对制氢行业痛点多的特点，如氢能需求大但制氢方式与新能源结合难，传统制氢设备难适应新能源电特性，碱性电解水制氢面对新能源灵活性差。制氢设备层面，电源需升级，电解水制氢设备存在安全性和寿命问题、低负荷氢纯度问题、内部状态难分析和多台电解槽协调能效低等问题。阳光氢能科技有限公司解决方案总监龙翔飞与其团队从多方面探索，优化电解槽结构材料，包括核心的隔膜、电极、催化剂，降低反向电流影响，通过应力分析和改进底座设计保证密封性能。通过流道设计和精细化检验调节技术拓宽系统负荷范围，建立仿真模型监测电解槽状态。利用集群控制策略提升能效。基于六大核心技术打造柔性制氢解决方案和关键设备，包括碱性和 PEM 电解槽、IGBT 执行电源等。
中船（邯郸）派瑞氢能科技有限公司市场总监李海鹏介绍了目前水电解制氢相关的装备和技术情况。技术路线方面，碱性制氢应用最多，PEM 排第二。碱性制氢需加碱形成导电介质，PEM 用纯水，二者在腐蚀性、体积重量、启动速度等方面有区别，冷态下启动速度不同，热态响应速度相同。AEM 结合二者优点，成本低体积小。高温电解技术部分仍在实验室阶段。对于电解槽，负荷在 50% - 60% 运行较好。
安全性是制氢设备关键，制氢过程涉及高压、强碱、高温和大电流，国内外都有安全事故，中船重视安全，至今运行的 2000 多台套设备未发生爆炸事故。同时开发了余热回收管理系统，可提高热效率，还涉及设备启停问题，在库车等项目有应用。针对水资源匮乏地区，开发节水系统，有显著效益。对于离网大规模制氢设备调节问题，应从项目安全性、经济性和稳定性考虑，而非追求单台套设备指标极限。大型化对制氢设备有挑战，需提高核心部件效率，建立能量模型和控制系统。
北京雷动智创科技有限公司总工程师张雷在本次专题会上介绍了成本更优、更灵活的制氢方案，并对离网制氢电网架构进行了深入探索。他认为，对于小规模离网制氢场景，直流组网和交流组网各有优劣。直流组网可以节省变压器损耗，而交流组网设备则是常规产品但成本稍高。当不适合小规模就地制氢时，中压方案成为备选。他对几种组网方式进行了多维度对比分析，认为交流系统相对更成熟，而直流系统还需进一步研究。同时，他还对比了初始投资和储能容量，并强调了离网制氢中的关键技术，如容量配置、电网稳定性分析、能量一体化管控技术等。
苏州希倍优氢能源科技有限公司研发总监崔童在演讲中介绍了适合现阶段中国氢能市场的矩形碱水电解槽制氢技术。该技术具有电流密度高、能耗表现优异等特点，具有规模适配性、新能源适配性、高安全低风险、降本增效等优势。从新能源适配性检测、电流效率、衰减、安全风险、维护成本低等多方面展现出显著优势。
东方电气（福建）创新研究院氢能工程师林松涛介绍了在海水无淡化原位直接电解制氢技术方面的进展及经验。针对海水制氢研究面临催化剂失活、电极腐蚀、氯气生成等问题，东方电气集团等与谢和平院士团队合作。2023 年 5 月在福清新化湾海上风场完成全球首次海上风电海水无氮化原位直接电解制氢海上试验，利用 10 兆瓦风力发电机，制氢规模 1.2 标方 / 小时，设备浸泡在海水中。试验经中国工程院院士专家组考察，获成功并被国家媒体报道，相关成果在《nature》子刊发表。之后与谢院士团队联合开展 10 标方的试验也顺利突破 240 小时试运行，当前正在开展 100 标方 / 小时海水直接制氢系统相关工作。技术产业化分三步，前期验证已完成，正在开展 100 标方陆上示范，近两年开展海上示范，后期还有更大规模示范，提出风氢联营等战略思路，可降低制氢成本。此外，该技术还横向扩展到气田采出水，今年 5 月在长庆油田试验效果良好，还可应用于工业废水、生活污水、盐湖水制氢等场景，有效解决淡水制氢，纯水消耗的问题。
可以看出，电氢协同的发展之路虽充满挑战，但机遇同样巨大。通过技术创新和产业升级，我们有理由相信，氢能将成为推动能源转型和可持续发展的重要力量。随着全球资源和技术的不断汇聚，氢能产业链将迎来飞速发展，为企业家和投资者带来前所未有的机遇，让我们拭目以待。
原标题：CWP2024声音丨氢能驱动：开启绿色新能源的未来篇章
