氢能在电力行业的应用前景
2021/4/2 5:15:44 新闻来源：中国电力新闻网
引言
氢能作为一种清洁的可再生能源，具有可储可输的特点，对世界经济的可持续发展具有重要的战略意义。氢能可以通过一定的途径转化为电能，氢能燃料也正逐步应用于发电机和燃料电池。
据国际能源署的数据显示，2014年全球由于发电所产生的二氧化碳总排放量为323亿吨，其中中国已成为全球碳排放的第一大国，每年的碳排放增长量已超过北美和欧洲的总和。
（全球二氧化碳排放份额，图片来源：知乎@大树）
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氢能作为一种重要的绿色清洁能源，具有零排放、高能利用率、高可靠性以及利于远程控制等优点。氢能是解决世界能源问题的一种优选方案，能极大限度地降低碳排放。氢能既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为原料应用于燃料电池，还可以转换成同态氢用作结构材料例。20世纪70年代以来，美国和日本等发达国家加快了氢能发电技术的研究步伐。目前，通过氢能发电在部分发达国家已经陆续进入了建设试点的阶段。但对中国电力行业而言．目前仍以火力发电为主，氢能技术的应用较少，已大幅落后于发达国家。
（河北沽源风电制氢综合利用示范项目，该项目利用大规模的风电进行电解水制氢）
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技术可行性
氢能发电机
（胜动科技 氢气/汽油双燃料发电机组）
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PEMFC燃料电池
PEMFC燃料电池工作原理示意图
氢能发电市场分析
PEMFC燃料电池可应用于固定或移动式电站、备用峰值电站、备用电源、热电联供系统等发电设备。小型PEMFC氢能发电机的商业化前景也被广泛看好，容量为3千瓦、5千瓦、10千瓦甚至200千瓦等级热电联用的PEMFC氢能发电机已经在旅馆、饭店、商厦等场所取得应用。
（HONDA 燃料电池发电机）
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在规模更大的发电站方面，2010年意大利建成投产功率为16兆瓦的氢能发电站，该发电站每小时消耗氢气1300吨，总发电效率约为42％，年发电量可达6000万千瓦时，不仅能够满足2万户家庭的用电量，而且每年可减少6万吨的二氧化碳排放量。2010年华南理工大学成功研发建造出PEMFC燃料电池示范电站，能源利用率达到90％，该电站产生的电能直接输送到学校的380伏低压电网上，可满足华工国际学术中心的正常用电需求。另外，2012年陶氏化学公司与通用公司在美国得克萨斯州合作建设了大型燃料电池发电系统，该发电系统可生产1兆瓦的电能，并最终能够供应35兆瓦的电能。
（全球首座氢能发电站：意大利弗西纳氢电站）
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政府早在2006年即已将氢能技术列为中长期科学和技术发展规划战略的重点之一，近年来更是持续加大研发和示范投入。当前，中国已经形成了从基础研究到示范演示的氢能利用格局，并初步建立了一支包括高等院校、科研院所和电力企业的氢能研究与应用队伍。对中国的电力行业而言，在分布式风力发电、光伏发电、电网储能和智能微电网等多个领域，氢能发电技术均具有广阔的应用前景。
氢能发电成本收益分析
目前，燃料电池发电成本大约在2.5-3元/度，而中国传统发电方式的电价都在1元/度以下，例如，风电发电成本约为0.5元/度，太阳能发电成本最高约0.8-1元/度，而火电发电成本仅有0.25元/度。
重金属催化剂铂使用量和电解槽装置是燃料电池发电高成本的原因之一。值得指出的是，PEMFC燃料电池的成本正处于下降趋势。据美国能源部数据统计，2012年PEMFC燃料电池的成本为47美元/千瓦，相比2002年下降了82.9％，并已接近美国能源部设定的2017年的目标价30美元/千瓦。
在发电站建造成本方面，传统火力发电站的建造成本约为1300美元/千瓦。而在北美固定式燃料电池价格明显下降的背景下，燃料电池发电站的建造成本目前为1500—2000美元/千瓦，相对于传统发电方式而言已不存在太大差距。
总体而言，由于成本过高和配套设施的不完善，氢能发电技术的普及度并不高。相信随着氢能发电技术的不断更新，氢能市场规模的日益扩大，以及政府在政策上的持续支持，氢能发电成本会在未来大幅降低。考虑到氢能发电的诸多优点，未来氢能技术在电力行业的应用前景仍然值得期待。
氢能发电风险分析
技术风险
政策风险
而氢能在电力行业大规模应用之前，尚存在着基础设施建设不健全，氢能发电成本过高，制氢、储氢和输氢技术存在安全风险等一系列问题。上述问题的解决不能一蹴而就，因此在电力行业推进氢能技术的应用，最好采取先试点再推广的策略。特别是大规模项目的开展更不能盲目，需要预先制定可行性方案，并鼓励科研机构和电力企业共同参与。从而科学合理地加快氢能产业化步伐。
结语
氢能是可再生的清洁能源，在电力行业具有广阔的应用前景。利用氢能发电机和PEMFC燃料电池等技术手段将氢能有效地转化为电能，不仅为应对化石能源的日益枯竭提供了一条可行之路，更能有效解决二氧化碳超量排放所产生的环境问题。
但氢能在电力行业的推广面临着以下问题：氢能发电成本较高，基础设施配套不完善，极大地阻碍了市场化进程；中国的电网结构基础薄弱，并网不稳定，电网规划的进度落后于新能源技术的发展速度；氢能技术的发展很大程度上依赖政策引导，内在动力不足。因此，中国在电力行业推广氢能利用时，需要结合我国现状进行科学规划，先试点再推广，积极稳妥地将氢能技术纳入到低碳经济发展战略中来。
