我国是一个风能资源非常丰厚的国家，风电是我国第二大可再生动力电力。但由于风电装机量快速扩张，电网配套设备建造滞后于风电装机量，从2010年我国开端呈现显着的弃风限电现象。为应对风电场弃风限电现象，在完善风电规划、健全商场运转机制以下降并网难度之外，提出了风电制氢的新式储能技能，以消纳部分区域的风能资源，进步风能的运用率。近年来，我国开端注重和注重风电制氢技能，已经在多个当地展开风电制氢演示项目。未来跟着风电装机规划的不断扩展，以及电解水制氢技能的打破和本钱的大幅下降，风电制氢有望完结大规划商业化。

　　我国从上世纪50年代起便开端进行风电的建造和研讨作业，到2006年，发布施行《可再生动力法》，标志着风电正式进入大规划开发运用阶段。依据国家动力局发布数据显现，截止2019年，我国的风电新增并网装机2574万千瓦，全国风电累计装机2.1亿千瓦，风电装机占悉数发电装机的10.4%。风电有陆优势电和海优势电两种类型，我国的风电类型以陆优势电为主，占总装机量的97%，近年来我国正在加速布置海优势电。

　　2016年到2019年风力发电量增加了将近70%，占比从4%上升到5.5%，成为除了火电和水电以外的第三大电力来历;装机量也增加了42%。2019年我国风电发电量初次打破4000亿千瓦时，到达4057亿千瓦时。当时风电进入高速展开时期，装机量、发电总量及占比不断攀升，风电展开局势大好。

　　但另一方面，风电展开速度过快，许多区域的电网出资建造难以跟优势电的展开，导致电力无法并网运送，呈现了弃风的现象。2013年，国家动力局下发《关于做好2013年风电并网和消纳相关作业的告诉》提出，把风电运用率作为年度安排风电开发规划和项目布局的重要依据，风电运转状况好的区域可适当加速建造进展，风电运用率很低的区域在处理严峻弃风问题之前原则上不再扩劲风电建造规划。一起经过供给优惠并网条件、加强配套电网建造、优化并网流程、简化并网手续、进步服务功率等办法，有用缓解我国的弃风问题。2019年我国的弃风电量为168.6亿千瓦时，弃风率为4%，弃风电量和弃风率均大幅下降，弃风问题得到较大程度的缓解。

　　跟着风电装机规划的扩展，弃风问题的缓解，风电电价也逐渐变得有竞争性。依据《国家发改委发布关于完善风电上网电价方针的告诉》，2019年Ⅰ-Ⅳ类资源区新核准陆优势电指导价别离调整为每千瓦时0.34元、0.39元、0.43元、0.52元(含税、下同);2020年指导价别离调整为每千瓦时0.29元、0.34元、0.38元、0.47元，自2021年1月1日开端，新核准的陆优势电项目全面完结平价上网，国家不再补助。关于海优势电，2019年海优势电指导价别离调整为每千瓦时0.8元，2020年调整为0.75元。据揭露电价信息的不彻底计算，全国居民生活用电均匀电价约为0.5133元/千瓦时。相比之下，风电正逐渐进入“平价”电价年代。

　　从风能资源区区分能够看到，我国风能资源首要会集在西北、东北区域，远离东部的用电大省，不利于风能的运用开发，部分区域风能存在并网困难的状况，需求进步风能的就地消纳才能以进步运用率。此外，尽管弃风问题有了较大起伏的缓解，可是部分区域如内蒙古(7.1%)、甘肃(7.6%)和新疆(14.0%)的弃风现象依然严峻，却难以彻底处理。

　　风电制氢技能是一种将风力发电发生的电能经过简略的处理直接运用到电解水制氢的一种制氢技能。发生的氢气经过存储运送，首要运用于氢燃料电池轿车或作为工业质料等。作为一种新式的储能方法，风电制氢有望能缓解风电的弃风难题和进步就地消纳，现在许多区域开端探究运用风电制氢的技能，以进步当地风能的运用率。

　　我国的风电制氢起步相对较晚。从2009年开端，国家电网首先展开风光电结合海水制氢技能前期研讨和氢储能要害技能及其在新动力接入中的运用研讨。从2014年至今，中节能、河北建投、国家电投和国家动力相继发动了风电制氢项目。2018年10月，国家发改委、动力局印发《清洁动力消纳方案(2018-2020年)》，提出“探究可再生动力充裕电力转化为热能、冷能、氢能，完结可再生动力多途径就近高效运用”。跟着可再生动力一系列利好方针的发布，风电制氢展开也逐渐得到注重，但由于受制于国内制氢场所需建造在化工园区以及发电过网等要素，风电制氢的批阅方针以及经济性均面对较大应战，整体展开较为缓慢，现在尚无老练商业运转的风电制氢体系。

　　其间，河北建投出资建造的沽源风电制氢演示项目是我国首个风电制氢工业运用项目，总出资20.3亿元，引入德国风电制氢先进技能及设备，在沽源县建造200兆瓦容量风电场、10兆瓦电解水制氢体系以及氢气综合运用体系三部分。项目建成后，可构成4MW制氢出产才能，对进步坝上区域风电消纳才能具有重要意义。

　　风电制氢体系首要由风力发电机组、电解水设备、储氢设备、燃料电池、电网等组成。如图4为风电制氢体系吸纳风电弃风量示意图，上半部分为弃风制氢部分，下半部分为风电并网部分。在风电并网部分，风电经过低阶滤波单元、AD-DC整流改换单元、逆变和高阶的滤波单元，将风电的谐波滤去，发生到达并网需求的高质量电能，经由升压变压器为电网供电;在弃风制氢部分，风电被滤波后经过AD-DC整流改换单元，将交流电转化为直流电，再经过直流支撑电路接入DC-DC电路，将直流电进行降压或升压处理，使直流电改换为能够制氢的电能，从而制氢。风电并网侧与制氢侧应进行合理的功率分配，在风电满意电网需求的前提下，剩下的风能进行制氢，做到动力的最大运用。

　　并网型风电制氢，是指将风电机组接入电网，从电网取电的制氢方法，比方从风场的 35kV或220kV电网侧取电，进行电解水制氢，首要运用于大规划风电场的弃风消纳和储能。由于与电网相连，单机容量较大。

　　离网型风电制氢，是指将单台或多台风机所发的电能，不经过电网直接供给给电解水制氢设备进行制氢，首要运用于散布式制氢或部分运用于燃料电池发电供能。由于独立于电网运转，单机容量较小。

　　依据电解水制氢技能的不同，风电制氢技能分为：碱性(ALK)电解水制氢、质子交流膜(PEM)电解水制氢和固体氧化物(SOE)电解水制氢。

　　碱性(ALK)电解水制氢，是以KOH、NaOH等碱液为电解质，如选用石棉布等作为隔阂，在直流电的效果下，水电解生成氢气和氧气。

　　质子交流膜(PEM)电解水制氢，是指运用质子交流膜(PEM)代替隔阂，传导质子，并阻隔电极两头气体，在直流电的效果下，水电解生成氢气和氧气。

　　固体氧化物(SOE)电解水制氢，选用固体氧化物作为电解质资料，在700-1000℃的高温下，对两边施加直流电，阳极发生O2，阴极发生H2。

　　现在，现在ALK技能已完结工业化;PEM技能尚处于从研制走向工业化，商业化水平低;SOE技能正处于实验室研制阶段，各制氢技能有如下特色。

　　从技能视点来看，由于风电具有随机性、不安稳性、动摇性较大的特色，风力发电机、电解水制氢设备、风电场能量操控体系都有着较高的要求。

　　风力发电机不只需求将电能经过变流设备运送到电网，一起也要将弃风发电为电解设备供电。因而风力发电机需求很强的扛风云动才能，即高适应性。

　　由于风力发电体系的间歇性、随机性的特色，电解水制氢体系需求具有在不安稳电能下能够安全、牢靠和高效制氢的才能，即高适应性。此外，电解水制氢技能的高效性、环保性、本钱和技能老练度也很重要。当时三种制氢技能在这些功能上体现各异。

　　从高适应性来看，PEM技能和风电的耦合性较好，合适风电制氢体系。SOE技能尚需求进一步研讨探究其与风电制氢的适应性。

　　从高效性来看，现在ALK技能的制氢才能更强，可是能耗功率相对最低。PEM技能和SOE技能能耗功率相对较高，但现在PEM技能的单堆制氢要为几十标方每小时，而SOE技能制氢才能最小，尚在探究阶段。

　　从环保性来看，ALK技能运用腐蚀性的碱液作为电解质，会对环境形成污染。PEM技能和SOC技能相对较为绿色环保。

　　现在，由于ALK技能与PEM技能的动态呼应时刻较短，动态呼应才能较好，适用于风电制氢体系。相比之下，SOE技能的动态呼应时刻比较长，现在并不合适大规划风电制氢。再从制氢才能、本钱和技能老练度来看，现在ALK技能的整体优势大于PEM技能，因而我国当时的风电制氢首要选用ALK电解水制氢技能。

　　风电场能量操控体系首要包含：1)风电场能量的操控，能够依据电网调度和制氢及燃料电池发电体系的需求进行风电场发电操控，完结功率的发电及负荷平衡;2)风电场电压操控，能够依据风电场的运转形式，运用和谐无功补偿设备、风电机组等完结风电场输出电压的安稳;3)风电直接制氢及燃料电池发电体系站的操控，能够依据电网需求、风能等状况操操控氢体系、燃料电池发电设备等的发动、中止及功率操控等。

　　近年来，风电制氢在全球范围内开端得到注重和注重，而我国也在研讨加速风电制氢的展开和布置，但一起越来越多的问题也逐渐显现，首要体现在技能、方针和运用方面。

　　由于风力的不确定性较强，导致风力发电可能会发生大规划低品质的电力，而水电解制氢设备对电力的安稳性要求较高，频频的电力动摇将对设备的运转寿数和氢气纯度质量形成较大影响。

　　针对技能方面的应战，需求进行有用的电能匹配，进步制氢设备的可运用率。进步电解水制氢设备对间歇性电源功率动摇的适应性，深入研讨制氢配备的功率动摇适应性，开发大功率、低本钱的高功率的工业化碱性电解水制氢技能，以及开发可快速呼应功率动摇的质子交流膜电解水制氢技能。

　　在方针方面。由于氢归于易燃易爆的危化品，依据我国相关方针，危化品出产有必要进入化工园区，但一般风电场的散布比较广，关于就地消纳风电的制氢项目来说不可能悉数进入化工园区，极大程度上阻止了风电制氢的展开。

　　但跟着可再生动力制氢的展开，部分区域的制氢要求有所松动，2019年8月，河北省展开和变革委员会联合安全出产委员会发布《关于调整化工建造项目存案权限的告诉》，规则风力发电配套制氢项目可不进化工园区。对可再生动力制氢特别是风电制氢起到了活跃的影响。未来能够鼓舞更多的区域在确保安全出产的前提下，拟定合适本地具体状况的风电制氢方针，免除风电制氢有必要进入化工园区的约束。

　　受限于本钱，现在氢气首要来自煤制氢和天然气重整制氢等化石质料，可再生动力电解水制氢的本钱相对较高，还不具有大规划商业化运营优势。

　　针对运用方面的应战，首要主旨是“降本扩量”，即下降本钱和规划化。当时电解水制氢的本钱显着高于其他制氢技能，需求在电价、储运和加注等环节协同下降本钱以影响需求。一起鼓舞契合条件的区域推进风电制氢演示运营，经过演示培养推行环境，并鼓舞商场参加进来，逐渐将政府推进过渡到商场运作为主，不断扩劲风电制氢的商场，完结风电制氢的大规划商业化运用。

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　　风力发电是可再生动力范畴中最老练、最具规划开发条件和商业化展开前景的发电方法之一，且可运用的风能在全球范围内散布广泛、储量巨大。一起，跟着风电相关技能不断老练、设备不断晋级，全球风力发电职业高速展开。依据GWEC的计算，到2019年末，全球风电累计装机容量为651GW，较2001年末增加超越26倍，年均复合增加率为20.12%。

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