电解水制氢

随着国家“双碳”目标的推进，电解水制氢将迎来爆发式增长，其中电源的拓扑及控制对提升制氢系统效率具有重要意义。对DC/DC隔离型制氢电源的拓扑进行梳理及分析，针对不同的应用场景，分别从单级型、两级型、并联型和多端口型DC/DC隔离型制氢电源的结构及其优缺点进行分析，结果表明，全桥谐振变换器及考虑电解槽温度、压力及氢/氧交叉渗透反馈的控制方案，将成为适应宽范围、强波动的大功率规模化制氢电源发展趋势，且隔离型三端口DC/DC变换电源将成为分布式集成化电-氢耦合未来发展模式，为电解水制氢电源进一步研究提供参考。

在复杂多变的国际环境下，全球能源产业布局调整给氢能发展带来新机遇。国际氢能委员会与管理咨询公司麦肯锡联合发布的分析报告《氢能洞察2023》显示，随着全球氢能产业强势增长，到2030年全球氢能直接投资额有望达3200亿美元。中国产业发展促进会氢能分会发布的《国际氢能技术与产业发展研究报告2023》预测，2050年全球氢能需求将增至目前的10倍，届时氢能产业链产值将超过2.5万亿美元。巨大市场预期进一步推升各路资本对氢能产业链的关注度。然而部分正在融资的氢能企业面临融资难度增加、融资周期拉长、交易对价降低、交易附加条件多等情况。氢能企业需要更清晰地认识当前形势并及时进行有效应对。本文对近期世界主要国家和地区氢能发展走向及变化进行分析，基于现阶段我国氢能产业链现状及趋势，研判产业投融资方向。研究认为，上游环节成为氢能产业投融资扩容的新增长极，电解水制氢产业链企业的融资均聚焦于核心材料领域，以燃料电池制备为主体的中游环节是资本重仓的热点领域，输氢管道投资拉动效益显著。

为推进太阳能、氢能等清洁可再生能源的利用，并使之更好地与虚拟电厂技术融合，针对光伏电站与电解水制氢的耦合系统，进行了规模化聚合资源运行模式构建和计及资源初始投资的相关经济性分析。同时，结合对光伏电站实际工程项目年出力数据的分析，探讨了该类耦合资源作为虚拟电厂资源时，在实现支撑新型电力系统、促进新能源消纳的同时，可以维持并不断优化自身经济性，并指出了其中值得重点关注的运行模式优化要素、设备功能特点和市场条件，供相关研究参考。

目的 作为新型电力系统的重要支撑，燃氢燃气轮机有助于降低碳排放，有利于电网调峰，是全球未来战略性新兴产业科技创新领域的焦点。燃气轮机掺氢发电技术从示范走向商业化面临诸多关键问题，亟待解决。 方法 以H级燃气轮机为研究对象，介绍了国内外燃气轮机掺氢发电的战略规划和示范项目，对比了主要燃气轮机厂商H级燃气轮机的技术路线。从氢气来源、系统改造、排放影响以及掺氢发电成本4个方面对未来燃气轮机掺氢发电技术的规模化应用进行分析并提出建议。 结果 可再生能源电解水制氢将是燃气轮机掺氢发电的主要氢气来源；开发适配掺氢不稳定燃烧的新型干式低氮氧化物燃烧器将是未来掺氢燃气轮机系统改造的重点方向；掺氢比例越高，CO2减排量越大，但NO x 排放量呈上升趋势，并有超标风险；未来掺氢发电成本可降至天然气发电成本的同等水平。 结论 随着大规模可再生能源制氢成本的降低、碳税的实施以及掺氢发电技术的成熟，燃气轮机掺氢发电将逐步进入规模化应用。

氢能作为洁净能源利用是未来能源变革的重要组成部分，全球各国积极制定氢能战略。?2022年，全球氢气产量约为9477.1万吨，其中天然气制氢5847.4万吨，占比约61.7%；煤制氢1762.7万吨，占比约18.6%；工业副产氢1686.9万吨，占比17.8%；由于技术成熟度不高以及尚未形成规模化，电解水制氢、含CCUS技术的化石燃料制氢等清洁氢的产量较低，约为180.1万吨，占比1.9%。2022年，中国氢气产量达3526.2万吨，规模增长率较前两年有所降低，是由于煤制氢和天然气制氢是中国当前最主要的氢气来源，但不使用CCUS技术下的煤制氢和天然气制氢存在碳排放，化石能源制氢逐渐受到管控，从氢气产量来说，中国逐渐由高速增长转变为高质量增长，清洁氢气的占比将逐渐提高。

采用宽功率波动、快启动爬坡的固体聚合物电解质制氢技术和能瞬间反馈波动能源的电源模块，研制自洽于可再生能源宽功率范围波动特征的智能化整体控制系统，实现快速功率调节响应，解决电力波动对电解槽的冲击，实现电解系统的平稳运行。利用高密度电堆工艺设计优化制氢模块，采用变温吸附技术干燥提纯氢气，满足高质量用氢需求。

重点介绍了水电解、甲醇重整制氢及燃料电池技术的研究与应用情况。李俊指出，基于质子交换膜电解水制氢、甲醇重整制氢、燃料电池的储能技术可以促进多领域深度碳减排，实现电网功率动态平衡、可再生能源跨季节、跨地域存储与消纳以及保障电力系统安全稳定运行。

富裕风电电解水制氢，耦合高污染的钢铁冶炼过程，既促进炼钢产业低碳转型，又可有效提升风电消纳能力。为了模拟绿氢钢铁冶炼对风电消纳能力的影响，综合考虑钢铁冶炼的可靠性、氢能发展的经济性以及风力发电的环境性，确定绿电-氢能-钢铁冶炼耦合系统内部交互关系和反馈机制；结合钢铁行业发展趋势和绿氢替代潜力，建立了提升风电消纳的绿氢钢铁冶炼系统动力学模型；同时考虑到政府支持力度与制氢技术的发展，构建差异化情景，分析不同条件下的氢能需求规模和风电消纳水平。基于新疆案例表明，加大氢冶金支持力度和提高制氢电解效率，能够有效提升钢铁行业的绿氢替代率并加速绿氢成本降低，进而实现风电的全额消纳，有效解决“弃风”难题。

近日，美国密歇根州一家能源系统公司SesameSolar推出了全球首个100%利用可再生能源的移动式纳米电网。该电网配备了太阳能电池板、电池储能系统以及电解水制氢设备，不仅可以自由选择尺寸进行模块化定制，还能够轻松搬运至任意场所，为偏远落后的离网地区用电开拓出一个全新的解决方案。

12月20日获悉，国家重点研发计划项目“数据驱动的氢能关键催化材料高效开发与应用”进入实施阶段。该项目共设5个子课题：氢能关键催化材料的智能设计与筛选、高性能氢能催化材料的高通量制备、质子交换膜电解水制氢高通量评测与应用示范、质子交换膜电解水制氢高通量评测与应用示范、锌镍空液流电池高通量评测与储能示范，分别由北京化工大学、中国科学院过程工程研究所、中国石油化工股份有限公司、中国石油天然气股份有限公司、浙江绍兴供电公司5家单位承担。