储能技术状态及氢能储能问题剖析

1 我国2019氢能发展情况

氢能具有可储存、可再生、无污染等优势，根据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》（2018）预测，到2020年，中国氢燃料电池汽车将达到1万辆，行业产值达到3000亿元，到2030年，氢燃料电池车辆保有量达到200万辆，行业产值突破万亿元，市场红利耀眼。

我国氢能源发展势头迅猛。据统计，2019年我国氢气产量约2000万吨，氢产量居世界之首，而加氢站数量位列第四。在2019年3月份《政府工作报告》强调推进充电、加氢等基础设施建设以来，我国各部委、众多省市及大型企业都积极推进氢能、氢燃料电池汽车相关的技术研发、应用开发及示范、基础设施建设以及实施标准化体系建设等，这极大地体现了我国上下齐心、众志成城开展先进氢能源技术研发和落地推广的雄心壮志，同时这也体现了氢能源技术在我国能源战略中的重要地位及其潜在市场价值。

2 稳健储能技术是我国构建新能源体系的重要保障

以风电、光伏发电和水电为代表的清洁能源逐渐成为我国电力增长的重要元素。据统计，我国去年非化石能源发电装机容量已占全国总装机容量的40.8%，其中新能源发电装机占比18.9%，新能源发电量增长28.5%。然而以风、光为代表的新能源，受自然环境影响较大。比如，光电与太阳辐照强度和辐照时间有关，并且有效发电时间较短，发电端（供给侧）与客户端的电力需求高峰时段不一致，(用电高峰时段常发生在14:00—17:00; 19:00—22:00) ，同时发达地区的发电可用土地资源匮乏、分布式能源落地困难，这种电力供应端和需求端在时间和空间上不匹配问题比传统火电发电更为严重，可见储能技术是新能源体系的重要一环。从我国风力发电技术及发电成本角度看，据统计的我国某些风电基地电价已下降至0.25元/千瓦时左右，可见新能源技术布局规划尤为重要。

在储能技术方面，调峰水库和天然气发电调峰具有较好的技术成熟性，并已通过多年实践验证，它们具有调峰响应快、调峰灵活性好等特点。但水电调峰受水资源、地理地势以及投资情况的限制，天然气则受发电成本和天然气来源的影响。

图1 调峰水电站（十三陵电力调峰水库）

图2 调峰燃气轮机

熔盐储热间接储电的方式则依靠熔盐超大热容、显热储热的储能技术，该技术需要重点解决的难题是熔盐晶间腐蚀、运行寿命难题。压缩空气储能是近些年快速推进的储能技术，压缩空气储能利用压缩机将电能转化为压缩空气的内能，并将压缩的空气储存在承压罐或者地下洞穴内，在需要调峰电力时通过膨胀机（类似燃机透平发电，但流体温度不高）进行发电。压缩空气储能技术可实现的最大难点是能量转化和利用效率或发电电价问题，电力输出与电力输入总量之比低于某个限值时，谷电价格难以与调峰电价竞争，其市场推广受限，同时该技术所需承压罐体造价较贵。目前，南澳大利亚州的压缩空气储能项目已经得到政府支持）。

图3 熔盐储能（南非kaxu solar one电站的熔盐储热系统）

图4 压缩空气储能（南澳大利亚州）

可见，为了实现电力能源的供需配置合理，急需先进储能技术，稳健的储能技术是我国构建新能源体系的重要保障。

3 氢能源储能技术难题

氢能源及氢燃料电池被业界普遍看好的储能技术（氢动力装置如乘用车、客车、货车等能源动力的燃料），氢能非常清洁、无任何污染物及二氧化碳排放，氢能发电利用燃料电池直接产生电力。近些年，氢储能已被多个国家和地区列为国家能源体系的重要组成部分。德国已经开发运行了十多个氢储能示范项目，美国和日本大力推动发展燃料电池。当前日本和德国在氢燃料电池汽车领域已经进入商业化阶段，本田、丰田和宝马等企业已经推出了多款燃料电池汽车。我国虽然在产氢量上居世界之首，但是我国氢能的主要制取方式是利用化石能源，如煤、石油等，甲醇制氢是我国比较成熟的技术，而电解水制氢方面仍旧处于研发应用阶段。

中国汽车工程协会数据显示，2019年1~11月，氢燃料电池车产销分别完成1426辆和1337辆。资料显示，2019年底国内氢燃料电池汽车的保有量接近5000辆，将提前完成《节能与新能源汽车技术路线图》提出的到2020年，燃料电池汽车示范推广数量达到5000辆的目标。除了为移动装置提供燃料外，氢能作为规模储能的一种方式仍然存在诸多技术瓶颈和机制难题。主要体现在

1. 氢气密度低，需要加压运输，运输半径收到经济性限值，无法实现长距离运输（除工程浩大的氢气输运管道工程外）；

2. 常压下氢气能量密度低，即便加压处理，其能量密度仍然不突出，因此需要较大存储空间和较昂贵的配套设施；

3. 我国制氢仍以化石能源为主，这与新能源及水电之间结合度极低；

4. 电解水制氢的耗电较大，由于氢气价格较贵的特点，所以其具有潜在市场空间；

5. 多能互补的运行机制和管理机制仍有待提升空间，因此氢能的高效益化应用仍需与多种能源协同发展。其中，氢能源能力密度问题会制约多能互补机制的充分发挥。

综上，可见氢能源作为一种先进的储能形式仍有较多难题需要解决。

4 小结

本文概述了储能技术在我国能源结构、尤其针对新能源结构体系中的重要作用，剖析了我国氢能源生产、应用技术现状，明确了氢能作为储能技术手段存在的难题，为氢能源成为优质的储能方案提出了亟待解决的问题焦点。

附：我国去年下半年氢源能发展典型利好政策

表 2019年下半年我国的国家相关利好政策

时间	政策	内容要点
2019.07.01	财政部、税务总局《中华人民共和国车辆购置税法》	提出继续执行车辆购置税优惠政策，其中自2018年1月1日至2020年12月31日购买新能源汽车免征车辆购置税
2019.09.19	国务院《交通强国建设纲要》	加强充电、加氢、加气和公交站点等设施建设
2019.11.15	国家发改委联合14部门发布《关于推进先进制造业和现代服务业深度融合发展的实施意见》	“探索重点行业重点领域融合发展新路径”里的第八项类目提到：“加强新能源生产使用和制造业绿色融合，推动氢能产业创新、集聚发展，完善氢能制备、储运、加注等设施和服务”
2019.11	国家统计局《能源统计报表制度》	氢气和煤炭、天然气、原油、电力、生物燃料等一起，纳入2020年能源统计。