有效利用氫能是目前解決能源短缺及污染嚴(yán)重問(wèn)題的有效手段。氫氣作為清潔低碳的新能源，能夠幫助難以脫碳行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳減排的目標(biāo)。目前，制氫原料以化石燃料為主，因此帶來(lái)了制氫成本高、碳排放污染環(huán)境等問(wèn)題。

而制氫過(guò)程的必要條件是清潔高效、無(wú)污染，制氫原料正在從化石燃料向可再生能源（風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能等）方向逐漸發(fā)展。例如：2019年底在甘肅酒泉開(kāi)工建設(shè)的風(fēng)、光、水、儲(chǔ)多能互補(bǔ)示范基地，該項(xiàng)目的建成不僅能夠提高當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)光消納問(wèn)題，還增加了制氫來(lái)源的多樣性。

可再生能源制氫技術(shù)是氫能得到應(yīng)用和發(fā)展的基石；氫能以較低的成本豐富了可再生能源的存儲(chǔ)方式，可以幫助可再生能源調(diào)節(jié)能量波動(dòng)，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)多元化并保障能源供應(yīng)安全。利用可再生能源替代化石燃料的制氫，將是清潔、高效制氫的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

1 多能互補(bǔ)的高適應(yīng)性

隨著國(guó)家在可再生能源制氫產(chǎn)業(yè)的政策調(diào)整，多能互補(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)營(yíng)追求利益最大化、效益共贏成為必然。在目前發(fā)展較為迅速的清潔可再生能源中，風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能應(yīng)用最為廣泛。

風(fēng)能和太陽(yáng)能分布廣、發(fā)展?jié)摿Υ?，但是存在能量密度低、穩(wěn)定性差等問(wèn)題；水力發(fā)電穩(wěn)定性高，但存在流量小、枯水期等問(wèn)題。而我國(guó)的風(fēng)-光-水等可再生能源恰好季節(jié)互補(bǔ)，夏季太陽(yáng)能、水能充足，冬季風(fēng)能充足，正好處于枯水期，因此多能互補(bǔ)協(xié)調(diào)發(fā)電系統(tǒng)是未來(lái)的研究重點(diǎn)。

2 電解水制氫的安全性、清潔性及高效性

電解水制氫是電化學(xué)制氫技術(shù)，主要包括堿性電解制氫、酸性電解制氫、氯堿電解制氫、高溫電解制氫及光柱電解水制氫。

離子焦耳膜酸性電解水制氫是氫能燃料電池的逆過(guò)程，能量效率可以達(dá)到80%～90%，操作過(guò)程是酸性和高電壓過(guò)程，存在器件腐蝕及損害的問(wèn)題。

目前產(chǎn)業(yè)化的制氫是堿性的電解水制氫，其系統(tǒng)損害小、安全性高，效率是30%～40%；其過(guò)程是電化學(xué)反應(yīng)，是一個(gè)零污染、零排放的過(guò)程，產(chǎn)物只有氫氣和氧氣。

氯堿電解制氫技術(shù)中附加一個(gè)氯氣和氫氧化鈉，都是工業(yè)中常用的化學(xué)物質(zhì)，離子焦耳膜隔膜的發(fā)展，使該技術(shù)從各個(gè)方面都比較成熟，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，符合國(guó)家發(fā)展純綠色能源的理念。電解水制氫技術(shù)產(chǎn)生氫氣效率高、純度高。此外，整體的反應(yīng)速度可以通過(guò)槽電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)制氫速率的控制。

3 多能互補(bǔ)電解水制氫技術(shù)優(yōu)勢(shì)

在制氫產(chǎn)業(yè)方面，截至2020年初，全球的氫氣產(chǎn)量將近上億噸，有96%來(lái)自于化石燃料，其中48%來(lái)自于化石燃料的裂解，30%來(lái)自于醇類(lèi)裂解，18%來(lái)自于焦?fàn)t氣；電解水占比4%左右，占比小的主要原因在于電解水制氫成本很高，是化石燃料的2倍多一些。

電解水制氫技術(shù)能夠適應(yīng)風(fēng)-光-水等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)不連續(xù)、不穩(wěn)定的供電缺陷，降低電解水制氫成本，延長(zhǎng)使用壽命，促進(jìn)分布式能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展；風(fēng)-光-水等可再生能源通過(guò)制氫、用氫的過(guò)程，將能量進(jìn)行存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換，使能量對(duì)用戶(hù)的供應(yīng)過(guò)程變得更加便捷靈活。因此，可再生能源多能互補(bǔ)電解水制氫技術(shù)的興起是必然的，同時(shí)也是未來(lái)的必由之路。

氫能作為連接可再生能源的紐帶，使制氫技術(shù)備受關(guān)注。借力氫能源，實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)，不僅為氫能制取開(kāi)辟了更加清潔環(huán)保的途徑，還提高了能源資源的利用效率。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，不斷完善制氫技術(shù)將會(huì)是解決能源問(wèn)題的終極方案。

本文摘編自2021年第3期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“可再生能源多能互補(bǔ)制-儲(chǔ)-運(yùn)氫關(guān)鍵技術(shù)綜述”，作者為李爭(zhēng)、張蕊 等。