引言
太阳能、风能等可再生能源具有来源广泛、环境友好等特点，随着能源和环境问题日趋严重，各国都在大力发展可再生能源。但是由于可再生能源存在间断性、不稳定性等问题，导致部分可再生能源产生的电力无法并入电网使用，从而出现了“弃风、弃光”等能源问题。为了提高可再生能源的并网效率，需要制定合理的可再生能源应用策略和模式，保证电力系统的安全性、灵活性和稳定性。在不同提高可再生能源发电效率的方法中，储能技术发展迅速，它能够实现电网侧的调峰调频、提高电网侧的稳定性以及改善用户侧的用电价格和质量。目前主要的储能技术包括飞轮储能、抽水蓄能、电池储能和水电解制氢储能等。水电解制氢技术是一种将电能转化为化学能的方式，它是目前进行可再生能源储能最有效的方法。水电解制氢储能具有存储范围大、存储时间长、应用范围广、操作简单等特点，很适合与可再生能源构建储能系统，提高可再生能源发电系统的供电稳定性、提高可再生能源的发电效率。此外，通过电解得到的氢气，既可以作为燃料进行发电或供热，也可以为氢燃料电池汽车提供能源。因此设计合理的可再生能源与氢储能的应用模式、选择适合的水电解制氢技术与设备、提高氢储能的能源利用效率成为目前可再生能源氢储能的主要发展方向。
1. 水电解制氢技术
水电解制氢技术连接着可再生能源与氢气的存储系统，是氢储能最主要的环节之一。水电解制氢技术的发展直接影响着氢储能系统的规模与稳定性。目前主要的3种水电解方式分别为碱水电解制氢技术、固体氧化物电解技术及PEM电解技术。本文主要对这3种水电解技术进行具体介绍。
1.1碱水电解制氢技术
碱水电解制氢技术是一种很成熟的水电解制氢技术，早在上个世纪初就有大规模制氢设备应用于工业领域。1972年，挪威HYDRO公司研制出了第一台常压碱水电解制氢装置，并将其应用于合成氨领域。我国碱水电解制氢发展较快，目前已经接近国外先进技术，国内具有生产兆瓦级碱水电解槽的公司主要有苏州竞力、天津大陆、中船重工718所等，电解槽的最佳电解效率能够达到80%，产氢量不小于600Nm3/h。由于碱水电解的技术成熟、设备成本低、产氢量大，世界上的很多公司都在开展利用可再生能源与水电解相结合的能源项目。但是由于碱水电解制氢技术存在工作电流密度小、耐功率波动范围窄以及响应时间慢等问题，导致碱水电解技术与可再生能源的储能系统设计复杂，能源利用率低、维护费用高。
1.2固体氧化物电解技术
固体氧化物电解技术在上世纪70年代由美国通用电气和布鲁克海文国家实验室开始研究。上世纪80年代，Donitz和Erdle第一次使用以固体电解质为支撑体的管式固体氧化物电解槽（SOEC），并测试其长期稳定性。近10年来，随着固体氧化物燃料电池（SOFC）技术的快速发展，固体氧化物电解技术同样引起广泛关注，HaldorTopsoe、FuelCellEnergy、Toshiba以及SunFire等公司都在努力将这种技术从实验室向市场进行转化。其中，SunFire公司己经制造了额定功率为150kW的小型商用化固体氧化物电解水系统。
1.3PEM电解技术
聚合物电解质膜或PEM电解技术，有时也被称为固体聚合物电解（SPE）技术，是由美国通用电气公司在20世纪70年代最开始进行研究，并将其应用于航天和水下航行器领域。国内在PEM电解技术领域起步较晚，但目前很多单位都展开了较为深入的研究。中船重工718所、山东赛克赛斯、中科院大连化物所以及深圳市绿航星际太空科技研究院等都在实际应用的过程中取得了一定进展，目前最大的电解系统可达到兆瓦级。PEM电解技术作为新一代电解技术，具有电流密度大、启动时间快、气体纯度高、功率负载范围大、产品体积小、耐髙压、安全可靠等技术特点。其中，启动时间快和功率负载范围大的特点使PEM电解系统具有处理电力波动或间歇负载的特点；同时PEM电解技术不存在气体混合的安全问题，因此很适合建立可再生能源的储能系统。通过使电解系统的输入特性与太阳能光伏或风力发电机的输出特性相匹配，可以实现两个系统的直接耦合。
2. 氢储能在电力行业的应用研究综述
随着可再生能源发电技术的成熟，氢储能在电力行业中的重要性愈加突出，与能源供应端融合、与分布式能源发电结合以及与电网结合为发展趋势，减少了能源的出力不确定性因素对电网的不利影响，提高了分布式能源发电的利用效益，
在下游产业的应用也为其规模化发展提供有利
空间。
2.1在分布式能源系统方面的应用
氢储能与分布式发电相结合，能够解决分布式能源接入配电网后的消纳问题。以含分布式光伏发电与气电混合的区域多能互补配电系统为例，在众多的多能互补系统形态中，其作为多能互补分布式能源发电的一种典型形式，位于能源消费末端，能够解决分布式光伏高渗透率地接入配电网后的消纳问题，主要由分布式光伏发电系统、气电混合装置、氢储能装置、配电网、燃气网和控制系统等部分组成。氢储能因其高能量密度、长期储存能力和模块性而成为有效的电能储存方案，以解决区域可用的可再生能源和负荷的匹配问题。在孤立的微电网和离网的偏远地区，间歇性可再生能源与氢储能系统集成，可以减少甚至消除柴油发动机的使用，同时能够避免建设外来电网的高成本。
2.2在下游产业方面的应用
2.2.1氢燃料电池汽车应用
氢能由于其质量能量密度高，具有较高的化学能，续航里程厂，被认为是一种理想的汽车燃料，受到了国内外的普遍关注。氢和燃料电池汽车通常被认为是运输系统脱碳的关键因素，燃料电池车用氢需要高纯度标准。对于车载储能，燃料电池电动汽车需要紧凑、轻便、价格合理的储氢系统来替代加压储氢罐，并对储氢技术要求极高。目前氢燃料电池汽车技术的最大瓶颈在于后期的配套设施建设，随着氢作为汽车燃料应用的日益普及，氢燃料站的开发建设也在显著增加，但其易燃性引起了极大的安全问题，对充能基础设施的需求较高。根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》，目前我国已实现了小规模全产业链示范运营，为氢燃料电池汽车大规模商业化运营奠定了良好基础。但消费者的行为以及技术、能源价格和公共政策共同影响氢燃料电池汽车的发
展，这些因素在商业化运营初期影响较为深刻。
2.2.2电转气系统应用
间歇性可再生电力生产所占的份额不断增加，对储能产生更高要求，以确保电力系统高效可靠地运行。电转气（P2G）概念提供了储存多余可再生电力的可能性，能够提高可再生能源发电的利用率。电转气系统是将电能转换为天然气或氢气，将得到的气体存储在天然气管网或天然气存储设备，在可再生能源出力高峰时期进行转化存储，在电力短缺时供能，从而提高系统可再生能源的消纳能力的系统。电转气设备的出现可以很大程度上促进风电消纳，其工作原理如图２所示：氢储能是解决可再生能源发电不稳定的有效方式之一，通过电转气技术可以实现有效、长期、广域的储能。新兴的电转气技术实现了从可再生能源发电厂远距离传输能源，推进燃气与电力系统的深度协调，同时较高的电转气转换率能够降低天然气系统的运行成本。
2.3在能源互联网方面的应用
随着中国“一带一路”战略的实施，能源互联网将有效利用各地区的可再生资源，在发展电力的同时发展相关产业。氢储能系统可以以氢能作为互联媒介，将风能、光能、热能、天然气、生物质能和电能互联和相互转换，来实现多能互补协调发展，提高能源的整体利用效率；。
3结语
本文对水电解制氢在电力行业储能系统的应用进行了较为全面的综述。随着我国大力发展可再生能源，可再生能源的消纳和存储是下个阶段我国重点发展的方向。氢储能相对于其他储能方式，具有一次性投资资本较小、存储时间长、存储能量范围广等优点，与可再生能源相结合有很广阔的应用前景。
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