电-氢耦合技术：实现高效能源转换的新方向

氢作为一种能源，具有清洁、便于储存及传输等特点。当可再生能源难以消纳时，可通过电解水制氢等技术将多余的电力转化为氢气，氢也可通过燃料电池反馈给电网以提高风电上网电能品质，通过电-氢能源系统的进一步耦合，可为可再生能源规模化综合开发利用、存储提供新的有效途径。电-氢耦合组件如图6-10所示。

图6-10 电氢耦合组件

电解水制氢技术是将电力转化为氢气的主要方法。通过电解水技术，可在负荷低谷或可再生能源出力高峰期，将富余的电能转化为氢气进行存储，能够解决因储电成本高造成的储电难问题，并提高可再生能源的利用率。现有的电解制氢方法主要有3种：碱性电解水制氢、固体聚合物电解水制氢和高温固体氧化物电解水制氢。碱性电解水制氢是一种较为成熟的技术，目前已经被大规模应用。相比于碱性电解水制氢，固体聚合物电解水制氢是一种新技术，这种方法更为灵活，负荷可以在0～100%之间变化，而碱性电解水制氢最小负荷限制在20%～40%之间。高温固体氧化物电解水制氢则处于实验室研究阶段，尚未大面积推广应用。(www.xing528.com)

燃料电池是将氢气转化为电力的一种典型设备，其工作原理是将富含氢的燃料（如天然气、甲醇）与空气中的氧气结合生成水，氢氧离子的定向移动在外电路中形成电流，类似于电解水的逆过程。它并不燃烧燃料，而是通过电化学的过程将燃料的化学能转化为电能。通常，燃料电池发电厂主要由3部分组成：燃料处理部分、电池反应堆部分和电力电子换流控制部分。目前，国内外已研究开发了5种燃料电池：聚合电解质膜电池（PEM）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、固体电解质燃料电池（SOFC）和熔融碳酸盐燃料电池（SOFC），其中，PAFC是目前技术成熟且已商业化的燃料电池。燃料电池具有巨大的潜在优点：①其副产品是热水和少量的二氧化碳，通过热电联产或联合循环综合利用热能，燃料电池的发电效率几乎是传统发电厂发电效率的2倍；②排废量小（几乎为零）、清洁无污染、噪声低；③安装周期短、安装位置灵活，可以省去配电系统的建设。