核心思想

為實(shí)現(xiàn)國(guó)家碳中和、碳達(dá)峰的能源戰(zhàn)略目標(biāo)，利用光伏/風(fēng)電等綠色能源制氫是一條重要技術(shù)途徑，但光伏/風(fēng)電等綠色能源的強(qiáng)波動(dòng)性會(huì)嚴(yán)重影響電解水制氫系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性和運(yùn)行可靠性。本文介紹了風(fēng)力、光伏及風(fēng)光互補(bǔ)等波動(dòng)性電源制氫技術(shù)的特點(diǎn)，對(duì)比分析了電解水制氫技術(shù)的原理及經(jīng)濟(jì)性，并針對(duì)波動(dòng)性電源電解水制氫面臨的發(fā)展困境，提出了高效穩(wěn)定的風(fēng)光波動(dòng)性電源電解水制氫的技術(shù)路線預(yù)想，聚焦系統(tǒng)優(yōu)化配置、運(yùn)行過程穩(wěn)定控制和高效延壽控制3個(gè)核心技術(shù)，以延壽控制管理為最終目標(biāo)，有力保障風(fēng)光波動(dòng)性電源電解水制氫系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，以期為風(fēng)-光-氫產(chǎn)業(yè)鏈的良性發(fā)展提供思路。

研究背景

電解水制氫具有純度高、產(chǎn)物無污染（只有氫氣和氧氣）、原料廣泛易得、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在氫能綠色制取方面有著極大的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展空間。近年來，隨著風(fēng)電和光伏等新能源度電成本的不斷下降，在風(fēng)能和太陽能資源豐富的地區(qū)開發(fā)光伏/風(fēng)電等綠色能源制氫技術(shù)，可有效平抑風(fēng)光等新能源發(fā)電的間歇性，極大降低電解制氫成本，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)提供有力支持。但與傳統(tǒng)電源不同，光伏/風(fēng)電等綠色能源具有強(qiáng)波動(dòng)性，嚴(yán)重影響電解制氫系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性和運(yùn)行可靠性。

主要貢獻(xiàn)

簡(jiǎn)要描述國(guó)內(nèi)外風(fēng)光等波動(dòng)性電源制氫的發(fā)展情況，指出技術(shù)發(fā)展困境；
對(duì)比分析電解水制氫的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，討論其發(fā)展前景；
從優(yōu)化配置的規(guī)劃思想出發(fā)，立足于通過有效的過程控制確保系統(tǒng)穩(wěn)定性，并以延壽控制管理為最終目標(biāo)，提出高效穩(wěn)定的波動(dòng)性電源電解制氫技術(shù)路線預(yù)想。

研究?jī)?nèi)容

一、風(fēng)光波動(dòng)性電源制氫技術(shù)

風(fēng)光等新能源發(fā)電的波動(dòng)性是其固有屬性，對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外風(fēng)光等波動(dòng)性電源技術(shù)制氫所涉及的核心技術(shù)進(jìn)行梳理，指出目前風(fēng)光波動(dòng)性電源技術(shù)所遇到的發(fā)展困境，為風(fēng)光波動(dòng)性電源電解水制氫技術(shù)提供重要鋪墊。（1）風(fēng)力波動(dòng)發(fā)電制氫技術(shù)     近年來，我國(guó)風(fēng)電的快速發(fā)展使電源結(jié)構(gòu)發(fā)生了深刻變化，風(fēng)力發(fā)電在全國(guó)12個(gè)省區(qū)成為第二大電源，截至 2021 年第 3 季度，部分省區(qū)風(fēng)電裝機(jī)占本地區(qū)總裝機(jī)的比例如圖1所示，其中內(nèi)蒙古、甘肅的風(fēng)電裝機(jī)比例均超25%。

圖1 部分地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)占比

具有波動(dòng)性的風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，電網(wǎng)通過能源管理系統(tǒng)（Energy Management System，EMS）在廣域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率和電壓的穩(wěn)定控制，從而保證電解槽在額定電壓下運(yùn)行，風(fēng)力波動(dòng)發(fā)電制氫特點(diǎn)如圖 2 所示。

圖2 風(fēng)力波動(dòng)發(fā)電制氫特點(diǎn)

（2）光伏波動(dòng)發(fā)電制氫技術(shù)

太陽能的間歇性和波動(dòng)性是其固有特征，利用太陽能制氫可有效避免直接光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生的不利影響。光伏電解系統(tǒng)主要分為直接聚光驅(qū)動(dòng)電解的直接耦合技術(shù)、利用直流-直流（DC/DC）變換器的間接耦合技術(shù)以及光能-熱能的綜合電解技術(shù)，這些技術(shù)均可有效提高制氫效率。光能-熱能綜合電解制氫是利用光能和來自太陽的直接熱能實(shí)現(xiàn)電解，利用光伏電池的余熱預(yù)熱液態(tài)水，實(shí)現(xiàn)高溫電解制氫，提高制氫效率，如圖3所示。

圖3 光能-熱能綜合電解技術(shù)

（3）風(fēng)光互補(bǔ)波動(dòng)發(fā)電制氫技術(shù)

風(fēng)能和太陽能的間歇性和不穩(wěn)定性是利用可再生能源大量發(fā)電的主要障礙，利用電能-熱能-風(fēng)光能-氫能的綜合能源系統(tǒng)，完成能源的合理調(diào)配，并嘗試?yán)蔑L(fēng)能和太陽能的周期互補(bǔ)和波動(dòng)性來降低風(fēng)光耦合波動(dòng)性，如圖4所示。

圖4 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)

構(gòu)建綜合能源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)光等波動(dòng)性能源互補(bǔ)發(fā)電既要考慮不同能源互通互濟(jì)的內(nèi)部需求，還要考慮信息系統(tǒng)與能源網(wǎng)絡(luò)間的耦合及信息系統(tǒng)規(guī)劃建設(shè)的外部需求，需要充分利用智能電網(wǎng)的建設(shè)成果，智能化傳輸與分配電力，從而實(shí)現(xiàn)煤炭和風(fēng)光等多種能源的協(xié)調(diào)利用，提升電網(wǎng)對(duì)可再生能源發(fā)電的消納能力，促進(jìn)多能源互補(bǔ)電力系統(tǒng)發(fā)展，將光伏/風(fēng)電等可再生能源轉(zhuǎn)化為氫能高效存儲(chǔ)，促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

二、電解水制氫技術(shù)

從電解水制氫技術(shù)原理、類型以及經(jīng)濟(jì)性角度介紹風(fēng)光波動(dòng)性電源電解水制氫技術(shù)，對(duì)比分析電解水制氫的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，討論各技術(shù)發(fā)展前景，為后續(xù)高效穩(wěn)定的風(fēng)光波動(dòng)性電源電解水制氫技術(shù)做好技術(shù)鋪墊。（1）電解水制氫技術(shù)原理三種常見的電解水制氫技術(shù)：AWE、PEM、SPEC電解水技術(shù)如下面三個(gè)圖所示。

圖5 AWE電解水技術(shù)

圖6 PEM電解水技術(shù)

圖7  SOEC電解水技術(shù)

（2）電解水制氫技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

從電解角度來講，AWE 電解槽與 PEM 電解槽工作溫度較低，電解需要的主要能量為電能，即通過電能將水分解為氫氣和氧氣，而 SOEC 電解槽電解時(shí)需要電能和高溫?zé)崮堋８鞣N電解方式的電解效率、耗電、電極材料均有所不同，制氫的成本也不同。以 AWE，PEM，SOEC 電解技術(shù)為基礎(chǔ)，采用優(yōu)質(zhì)催化劑、陰陽極材料、交換膜材料等得到的新型電解技術(shù)可以提高電解效率以及運(yùn)行穩(wěn)定性，從而間接降低電解水成本。隨著可再生能源電價(jià)的不斷降低，新型電解水制氫技術(shù)相較于其他制氫方式甚至相較于化石能源都具有更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。（3）電解水制氫的發(fā)展困境目前，制約電解水制氫發(fā)展的主要是成本問題和壽命問題。舊式電解水制氫技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)波動(dòng)性條件下電解池長(zhǎng)壽命低成本運(yùn)行，采用新型材料的電解技術(shù)優(yōu)點(diǎn)突出，缺點(diǎn)是仍處于試驗(yàn)研發(fā)階段，大規(guī)模應(yīng)用效果未知。只有攻克設(shè)備長(zhǎng)壽命運(yùn)行過程中存在的如何有效協(xié)調(diào)波動(dòng)電源電解制氫系統(tǒng)輸入和輸出，綠能制氫過程中如何調(diào)制電流將功率波動(dòng)控制在合理范圍，如何合理表征、驗(yàn)證或評(píng)價(jià)電堆及系統(tǒng)是否適應(yīng)綠色能源網(wǎng)“生存”環(huán)境，如何提取波動(dòng)和間歇功率輸入條件下電解制氫的復(fù)雜工況特征等一系列技術(shù)難題，才可突破電解制氫的瓶頸。

三、高效穩(wěn)定的風(fēng)光波動(dòng)性電源電解水制氫技術(shù)

在前文的基礎(chǔ)上，從優(yōu)化配置、過程控制穩(wěn)定性出發(fā)，綜合闡述高效穩(wěn)定的風(fēng)光波動(dòng)性電源電解水制氫技術(shù)，以延壽控制管理為最終目標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)風(fēng)-光-氫產(chǎn)業(yè)鏈的良性發(fā)展，提出波動(dòng)性電源電解制氫的技術(shù)路線預(yù)想。高效穩(wěn)定的風(fēng)光波動(dòng)性電源電解水制氫技術(shù)示意圖如圖8所示。

圖8 高效穩(wěn)定的風(fēng)光波動(dòng)性電源

電解水制氫技術(shù)

（1）風(fēng)光波動(dòng)性電源電解水制氫的優(yōu)化配置風(fēng)光電源的強(qiáng)不確定性及制氫系統(tǒng)受限于電壓、溫度、壓力等多參數(shù)耦合控制的特性，使得風(fēng)光電源與電解制氫容量較難實(shí)現(xiàn)合理優(yōu)化配置，可從優(yōu)化配置方法和設(shè)備選型2個(gè)方面展開分析。本文提出應(yīng)該首先研究電解制氫裝置的動(dòng)靜態(tài)特性以及新能源波動(dòng)性特征與電力電量平衡規(guī)律，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建風(fēng)光-荷-氫相協(xié)調(diào)的波動(dòng)電源電解氫系統(tǒng)優(yōu)化配置模型，應(yīng)用啟發(fā)式、人工智能等多種算法對(duì)模型進(jìn)行求解，實(shí)現(xiàn)波動(dòng)電源電解制氫系統(tǒng)自學(xué)習(xí)優(yōu)化配置。

（2）風(fēng)光波動(dòng)性電源電解水制氫的運(yùn)行過程控制強(qiáng)紋波/波動(dòng)功率輸入下，緩慢變化過程（電解制氫系統(tǒng)）與快速響應(yīng)需求（風(fēng)光波動(dòng)電源）之間的矛盾導(dǎo)致風(fēng)光電源電解制氫系統(tǒng)長(zhǎng)期處于非穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。此外，風(fēng)光波動(dòng)電源的出力響應(yīng)時(shí)間為秒級(jí)，而電解制氫系統(tǒng)由于多參數(shù)強(qiáng)控制使其響應(yīng)時(shí)間為秒級(jí)、分鐘級(jí)等多時(shí)間尺度，再加上制氫的需求具有強(qiáng)隨機(jī)性，因此，有效協(xié)調(diào)控制好波動(dòng)電源電解系統(tǒng)的制氫過程及確保制氫系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行十分必要。本文提出將波動(dòng)性電源與隨機(jī)性電解制氫需求相協(xié)調(diào)，研究一種波動(dòng)電源電解制氫系統(tǒng)高效穩(wěn)定制氫的邊端協(xié)同自適應(yīng)控制策略，進(jìn)而研究一種波動(dòng)電源電解制氫系統(tǒng)的紋波、溫度、壓力等全參數(shù)趨優(yōu)過程控制的全過程高可靠延壽控制策略，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)-光-氫產(chǎn)業(yè)鏈的良性發(fā)展。

（3）風(fēng)光波動(dòng)性電源電解水制氫的延壽控制實(shí)現(xiàn)制氫系統(tǒng)長(zhǎng)壽命運(yùn)行的本質(zhì)即研發(fā)長(zhǎng)壽命電堆和長(zhǎng)壽命電解制氫系統(tǒng)。長(zhǎng)壽命電堆研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)包括宏微觀適應(yīng)電堆的結(jié)構(gòu)、催化劑材料及催化機(jī)理、電極微納結(jié)構(gòu)及材料；長(zhǎng)壽命電解制氫系統(tǒng)研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)包括優(yōu)化配置方法以及延壽過程控制技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命電堆，需要研究電堆所承載的波動(dòng)特征檢測(cè)及融合方法，功率寬范圍調(diào)節(jié)、電流紋波調(diào)制及階躍快響應(yīng)控制技術(shù)，構(gòu)建復(fù)雜工況下基于狀態(tài)估計(jì)的安全產(chǎn)出、耐久經(jīng)濟(jì)的多目標(biāo)優(yōu)先和多目標(biāo)適應(yīng)指標(biāo)集以及電解制氫電堆及電源的規(guī)范化試驗(yàn)驗(yàn)證與理論評(píng)估體系，最終建立“優(yōu)化配置→動(dòng)態(tài)適應(yīng)→過程可靠→主動(dòng)延壽”的波動(dòng)性電源制氫系統(tǒng)最優(yōu)保障機(jī)制，以延長(zhǎng)風(fēng)光波動(dòng)性電源制氫系統(tǒng)的壽命，實(shí)現(xiàn)電堆自適應(yīng)波動(dòng)輸入，滿足風(fēng)光等新能源制氫系統(tǒng)高比例取用綠電功率、規(guī)范化運(yùn)行的良性發(fā)展需求。

 結(jié) 論

立足于實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的風(fēng)光波動(dòng)性電源電解水制氫，在國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”的能源戰(zhàn)略下，綜合全文可得出以下結(jié)論。

 1）充分利用我國(guó)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域的建設(shè)成果，加快構(gòu)建綜合能源互聯(lián)網(wǎng)，通過不同能源系統(tǒng)之間的有機(jī)協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)各類能源負(fù)載的移峰填谷，提高對(duì)應(yīng)能源供用系統(tǒng)的設(shè)備利用率水平，助力傳統(tǒng)一次能源利用效率提升，實(shí)現(xiàn)社會(huì)能源可持續(xù)發(fā)展。

2）分析對(duì)比穩(wěn)定額定功率輸入及波動(dòng)功率輸入2種情況下的各種電解水制氫技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性可以得出，SOEC電解水制氫技術(shù)的電解效率最高，但所需的固定投資最高，經(jīng)濟(jì)性最差，當(dāng)前僅處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段；AWE 制氫技術(shù)最為成熟，成本最低，經(jīng)濟(jì)性最好，但電解效率較低且不能適應(yīng)波動(dòng)性電源的變化；PEM 電解水制氫技術(shù)比 AWE 制氫技術(shù)電解效率高，成本有所提高，經(jīng)濟(jì)性較好，最重要的是能夠精準(zhǔn)匹配波動(dòng)性電源的功率變化，是當(dāng)前各國(guó)研究的主要方向，具有很好的研究前景。

3）提出風(fēng)光波動(dòng)性電源電解水制氫的技術(shù)路線構(gòu)想，包括涵蓋波動(dòng)性電源電解制氫系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)優(yōu)化配置策略、高效穩(wěn)定制氫的邊端協(xié)同自適應(yīng)控制策略以及波動(dòng)性電源電解制氫系統(tǒng)全參數(shù)趨優(yōu)過程控制等多方面全過程的高可靠延壽控制策略，建立“優(yōu)化配置→動(dòng)態(tài)適應(yīng)→過程可靠→主動(dòng)延壽”的波動(dòng)性電源制氫系統(tǒng)最優(yōu)保障機(jī)制，達(dá)成波動(dòng)性電源電解水制氫延壽控制。

作者：葛磊蛟，崔慶雪，李明瑋

來源：智能配電網(wǎng)態(tài)勢(shì)感知技術(shù)

第六屆世紀(jì)氫能與燃料電池大會(huì)

會(huì)議背景

為進(jìn)一步構(gòu)建政產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新平臺(tái)，CHEC2026第六屆世紀(jì)氫能與燃料電池大會(huì)定于2026年3月24日在北京召開。大會(huì)以 “氫啟新程，聚力騰飛”為主題，聚焦 “十五五” 氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局，邀請(qǐng)央國(guó)企、行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)、高校科研院所及金融機(jī)構(gòu)代表齊聚一堂，圍繞技術(shù)創(chuàng)新、降本路徑、商業(yè)模式重構(gòu)及全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同展開深度交流，推動(dòng)制、儲(chǔ)、運(yùn)、加、用各環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)展，助力氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量躍升。

大會(huì)同期將舉辦氫能觀察 “金鼎獎(jiǎng)” 評(píng)選及頒獎(jiǎng)盛典，表彰行業(yè)年度標(biāo)桿企業(yè)與創(chuàng)新成果，凝聚產(chǎn)業(yè)發(fā)展合力。

會(huì)議信息

1、組織形式

主辦：中國(guó)氫能100人論壇 | 世紀(jì)新能源網(wǎng)

承辦：氫能觀察 | 氫能項(xiàng)目情報(bào)

2、參會(huì)規(guī)模

300人

3、時(shí)間地點(diǎn)

時(shí)間：2026年3月24日

地點(diǎn)：中國(guó)·北京

4、參會(huì)范圍

能源化工央國(guó)企業(yè)、政府主管部門、電解槽、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、隔膜壓縮機(jī)、燃料電池系統(tǒng)、電堆、質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴(kuò)散層、膜電極(MEA)、雙極板及其他材料等相關(guān)企業(yè)、科研單位、協(xié)會(huì)、銀行、投資基金券商等。

5、擬邀單位（排名不分先后）

中核、中石油、中石化、中海油、國(guó)家管網(wǎng)、國(guó)家電網(wǎng)、華能、大唐、華電、國(guó)家電投、三峽、國(guó)家能源、國(guó)投、招商局、華潤(rùn)、中國(guó)商飛、中國(guó)能建、中國(guó)電建及美錦能源、國(guó)氫科技、陽光氫能、隆基氫能、天合元?dú)洹⑷粴淠堋⑸夏茈姎狻⒑掏姎狻⑴扇饸淠堋渫茉础滂眲?chuàng)能、億華通、厚普股份、氫晨科技、中集安瑞科、中車株洲所、億緯氫能、明天氫能、海德利森、大陸制氫、航天氫能、科威爾、重慶耐德、福瑞電氣、一汽、上汽、寶武、中交、河鋼、首鋼等相關(guān)單位。

“十五五”戰(zhàn)略展望：氫基能源發(fā)展、支持政策、全球化

1.2026年中國(guó)氫基能源場(chǎng)展望和挑戰(zhàn)

2.2026 年中國(guó)電解槽市場(chǎng)展望和挑戰(zhàn)(獨(dú)家)

3.2026 年國(guó)際對(duì)綠色氫能市場(chǎng)展望和挑戰(zhàn)

4.“十五五”中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)政策展望和挑戰(zhàn)

5.“十五五”氫能資本市場(chǎng)展望和挑戰(zhàn)

6.“十五五”氫能低空經(jīng)濟(jì)展望和挑戰(zhàn)

7.“十五五”氫能交通領(lǐng)域展望和挑戰(zhàn)

8.氫能消費(fèi)主要市場(chǎng):歐洲中東綠氫市場(chǎng)及標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)入

重塑能源及工業(yè)格局 風(fēng)光氫醇氨一體化從示范到規(guī)模化。

1.以電氫協(xié)同助力構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的探索與思考

2.綠氫經(jīng)濟(jì)性拐點(diǎn):堿性技術(shù)度電成本(LCOH)的臨界條件測(cè)算

3.大規(guī)模綠氫項(xiàng)目堿性電解槽技術(shù)難點(diǎn)探討

4.綠氫制備降本-PEM 電解技術(shù)突破與應(yīng)用

5.不同溫度環(huán)境下的 AEM 電解性能優(yōu)化

6.堿性電解槽隔膜的材料選擇與性能優(yōu)化

7.堿性電解槽制氫電極最新技術(shù)進(jìn)展探究

8.電解槽密封材料與耐久性提升技術(shù)

9.雙極板材料選擇與性能優(yōu)化，性能提升的關(guān)鍵密碼

10.適應(yīng)風(fēng)光波動(dòng)電源的10%-150%動(dòng)態(tài)響應(yīng)技術(shù)

11.S0C未來發(fā)展趨勢(shì)與產(chǎn)業(yè)化路徑

12.摻氫天然氣輸送與利用關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用

氫能交通專題：重卡、無人機(jī)、兩輪車應(yīng)用技術(shù)和商業(yè)模式創(chuàng)新和挑戰(zhàn)

1.氫能無人機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展

2.氫能無人機(jī)場(chǎng)景應(yīng)用探索與規(guī)模化發(fā)展

3.液氫飛機(jī)輕量化技術(shù)趨勢(shì)

4.氫燃料電池?zé)o人機(jī)的商業(yè)化經(jīng)驗(yàn)分享

5.大重載氫電無人機(jī)商業(yè)應(yīng)用探索

6.氫能兩輪車“小場(chǎng)景大價(jià)值”的“試驗(yàn)場(chǎng)”

7.氫兩輪車解決“最后一公里”出行問題

8.氫燃料電池用碳材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展

9.基于實(shí)際場(chǎng)景的氫安全試驗(yàn)評(píng)價(jià)技術(shù)研究與實(shí)踐

報(bào)名聯(lián)系

劉老師:13756043953

楊老師:13843020772

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