希倍優(yōu)氫能在離網(wǎng)風(fēng)光耦合制綠氫研究取得重要進(jìn)展

光伏與風(fēng)電是一種無碳排放的可再生能源，但是其能量具有波動(dòng)性的特征，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行沖擊較大，國(guó)內(nèi)很多地區(qū)可供并網(wǎng)的風(fēng)電、光伏裝機(jī)容量已達(dá)上限。使用光伏、風(fēng)能進(jìn)行耦合離網(wǎng)電解水制氫，不但可以解決光伏、風(fēng)電的消納難題，還有助于國(guó)家在工業(yè)、交通運(yùn)輸及民用領(lǐng)域深度脫碳，實(shí)現(xiàn)國(guó)家“碳中和、碳達(dá)峰”政策。

（屋頂離網(wǎng)光伏系統(tǒng)）

目前技術(shù)成熟的大型電解水制氫設(shè)備主要有堿性電解水槽（ALK）和質(zhì)子交換膜電解水槽（PEM）。PEM電解水槽雖然可以匹配風(fēng)電、光伏的波動(dòng)性，但是膜電極催化劑依賴鉑族貴金屬，而全球90%的鉑礦位于南非、加拿大等英聯(lián)邦國(guó)家，優(yōu)質(zhì)的質(zhì)子交換膜則主要由美國(guó)杜邦公司提供，導(dǎo)致PEM電解槽的價(jià)格大約是ALK電解槽的5倍。而且在中美貿(mào)易摩擦的背景下，大規(guī)模發(fā)展PEM電解水技術(shù)存在著極大的能源安全風(fēng)險(xiǎn)。堿性電解槽不需要使用貴金屬催化劑，且核心部件都能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)，因此是當(dāng)前大規(guī)模生產(chǎn)綠氫的最優(yōu)選擇。

為解決離網(wǎng)風(fēng)光耦合制取綠氫的卡脖子問題，希倍優(yōu)氫能與姑蘇實(shí)驗(yàn)室、固德威技術(shù)股份有限公司、蘇州科技大學(xué)等機(jī)構(gòu)合作，在蘇州構(gòu)建離網(wǎng)光伏電解水制綠氫系統(tǒng)，旨在解決綠氫的制取的難題。該系統(tǒng)包含寬負(fù)載功率電解槽及離網(wǎng)制氫電源，實(shí)現(xiàn)了離網(wǎng)光伏電流驅(qū)動(dòng)堿性電解槽制綠氫，氫氣無須提純即可達(dá)到99.98%以上。

根據(jù)離網(wǎng)光伏和風(fēng)電波動(dòng)性的特點(diǎn)，希倍優(yōu)氫能定制了寬負(fù)載功率電解槽系統(tǒng)，額定輸入電壓200V，直流能耗≤4.1kW·h/Nm?，電流密度3200 A/㎡，可在額定負(fù)載30%-110%范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)運(yùn)行，能匹配光伏電流的波動(dòng)性特點(diǎn)。在正常光照強(qiáng)度波動(dòng)下，電解槽出口氫氣無須進(jìn)行提純即可穩(wěn)定達(dá)到99.98%，在最佳工況下直流能耗低至4.0 kW·h/Nm?。電解槽還可以承受極端電流擾動(dòng)，可以在30秒內(nèi)響應(yīng)5倍的電流波動(dòng)。實(shí)驗(yàn)過程中，整個(gè)光伏制氫系統(tǒng)可以將100%額定負(fù)載功率30秒內(nèi)降至30%，或者將30%負(fù)載功率30秒內(nèi)升至100%，過程中氫氣純度始終維持在99.8%以上。

（離網(wǎng)光伏電解水制氫實(shí)驗(yàn)）

依據(jù)光照能源波動(dòng)性的特點(diǎn)，蘇州科技大學(xué)唐叔賢院士團(tuán)隊(duì)采用IGBT方案開發(fā)設(shè)計(jì)了新型的離網(wǎng)光伏制氫電源，預(yù)留交流電（AC）接口，融合DC/DC和AC/DC電源轉(zhuǎn)化模塊，動(dòng)態(tài)追蹤光伏的最大輸出功率點(diǎn)（MPP），通過優(yōu)化系統(tǒng)軟件算法實(shí)現(xiàn)直流電（DC）和交流電（AC）耦合轉(zhuǎn)化成電解槽所需的直流電（DC），使制氫電源可穩(wěn)定輸出約200V電壓，并根據(jù)光照強(qiáng)度變化動(dòng)態(tài)改變輸出電流，進(jìn)而調(diào)整電解槽工作IV曲線，最大程度上優(yōu)化界面耦合，使得光伏直流電轉(zhuǎn)換成電解槽所需直流電的效率達(dá)到96%，完美匹配電解槽運(yùn)行工況，運(yùn)行過程中氫氧純度達(dá)到電解槽的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。未來制氫電源的AC接口可以接入風(fēng)電，實(shí)現(xiàn)純離網(wǎng)風(fēng)光互補(bǔ)耦合制綠氫。

（基于IGBT方案設(shè)計(jì)的200V制氫電源系統(tǒng)）

在當(dāng)前全球能源轉(zhuǎn)型的大背景下，如何生產(chǎn)平價(jià)綠氫正受到越來越多的關(guān)注。在新疆、內(nèi)蒙古等風(fēng)力、光照資源豐富的地區(qū)，光伏、風(fēng)電的發(fā)電成本已經(jīng)降至0.1元/度。按此電價(jià)估算，采用純離網(wǎng)風(fēng)光互補(bǔ)的堿性電解水制氫價(jià)格可以降至9元/kg H2，相較于傳統(tǒng)的制氫方式，這一價(jià)格無疑更具競(jìng)爭(zhēng)力。

離網(wǎng)風(fēng)/光制綠氫技術(shù)，將成為未來能源發(fā)展的重要趨勢(shì)。希倍優(yōu)氫能設(shè)計(jì)的寬功率負(fù)荷堿性電解槽設(shè)計(jì)與離網(wǎng)制氫電源聯(lián)合，對(duì)推動(dòng)國(guó)內(nèi)綠氫開發(fā)有著重要影響。展望未來，希倍優(yōu)氫能源將持續(xù)致力于這一領(lǐng)域的創(chuàng)新研發(fā)，為構(gòu)建清潔、可持續(xù)的能源未來貢獻(xiàn)力量。