目录：

1.太阳能光电应用及智能微电网实验报告

2.太阳能光电技术

3.太阳能光电利用技术

4.太阳能光电技术的研究有哪些

5.太阳能光电系统工作原理

6.太阳能光伏技术与应用

7.太阳能光电设备

8.太阳能光电是什么意思

9.太阳能光电技术有哪些

10.太阳能光电技术的研究

1.太阳能光电应用及智能微电网实验报告

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2.太阳能光电技术

关注【微能网】，您可以及时了解光伏、电力、煤炭、石油天然气、生物质等未来能源，以及电动汽车、储能、城市矿产、节能环保、碳排放等新兴行业前沿技术、国家政策、现状及发展趋势等方面资讯甲府市下向山町的10MW“米仓山光伏电站”，坐落于甲府站约30分钟车程的山间（图1）。

3.太阳能光电利用技术

是山梨县企业局作为与东京电力的共同业务，在县有地上建设的2012年1月开始运转时，以是日本最大规模而自豪，是百万光伏电站时代的先驱

4.太阳能光电技术的研究有哪些

图1：甲府市下向山町的“米仓山光伏电站”山梨县企业局开展着运营着输出功率约为120MW的水力发电站并售电等电力业务以固定价格收购制度（FIT）的实施为契机，又涉足了光伏发电业务，目前运营着约11MW的光伏电站。

5.太阳能光电系统工作原理

“米仓山光伏电站”是最大的一座山梨县的日照时间之长，在日本全国也是数一数二的水平，适合开展光伏发电山梨县企业局作为公营企业，在开展电力业务的同时，还把业务收益用到了当地产业的发展上在米仓山光伏电站旁边同期开设的“梦太阳能馆山梨”就是其中之一（图2）。

6.太阳能光伏技术与应用

该馆主要用来介绍米仓山光伏电站和太阳能的相关知识，同时还发挥着推动旨在实现光伏发电大量普及的新产业培育的作用

7.太阳能光电设备

图2：在屋顶上设置20kW太阳能电池板的“梦太阳能馆山梨”导入三种蓄能系统企业局期待的新产业是，为使变动的可再生能源输出得以为定利用的“蓄能技术”“梦太阳能馆山梨”除了可再生能源外，还通过实证性地导入多种蓄能设备，使馆内所需的电力（最大需求约为10kW）基本自给自足。

8.太阳能光电是什么意思

面部是今后将这些先进的蓄能系统用于县内的产业振兴导入的发电设备有在屋顶上设置的光伏发电设备（输出功率为20kW）、利用雨水的小型水力发电设备（1.5kW），以及纯氢型燃料电池系统（0.75kW）三种蓄能设备有双电层电容器（3kWh）、锂离子蓄电池（约30kWh）和制氢装置（相当于约30kWh）三种。

9.太阳能光电技术有哪些

制氢装置制造的氢作为燃料电池的燃料，转换为电力一进入馆内首先是“太阳能区域”，主要介绍太阳能电池的原理和地球变暖问题的现状等接下来是“山梨能源区域”，主要是关于该馆能源自给自足的介绍，隔着玻璃可以看到相关设备的实机，有尼吉康制造的锂离子蓄电池和双电层电容器、松下制造的纯氢型燃料电池系统，以及神钢环境舒立净制造的水电解制氢装置等（图3）。

10.太阳能光电技术的研究

图3：神钢环境舒立净制造的PEM型水电解制氢装置利用剩余电力制氢利用三种蓄能技术，不依赖系统电力就可基本满足全部电力需求在全世界也未见先例虽然与连接了电网，但除了将蓄能后的剩余电力逆潮售电，及在夜间等充电和氢不足时受电外，电力基本全部自给自足。

“验证实验已经实施了大约3年，以光伏电力为主体的能源自给自足的机制已步入了正轨首先，利用三种蓄能系统的特性，证实了可以按照需求顺利运行，这是最大的成果”，山梨县企业局电气课研究开发主任坂本正树就三年来的成果回顾道。

该馆夏日的晴天对光伏发电设备和三种蓄能设备（图4）是这样控制运行的：（1）早上8点左右光伏设备开始发电后，全部用来为锂离子蓄电池充电，馆内的1～2kW的待机电力则利用从东电购买的电力供应（2）锂离子电池的充电量达到约70％时停止购电，利用光伏电力来满足馆内的需求，剩余电力继续用来为锂离子蓄电池充电。

（3）锂离子蓄电池的充电量达到90％后开始电解水制氢（4）在电解水消耗不完光伏电力时，剩余电力向东电系统逆潮售电（5）傍晚至夜间，太阳能发电量减少，利用锂离子蓄电池的放电和燃料电池的发电来满足馆内的电力需求。

图4：夏季晴天的运用模式如果白天阴天，光伏发电量较少，剩余电力就会减少，因此氢的制造量和向系统的售电量也会减少大体来说就是，从光伏发电和水力发电量中，减去馆内的电力需求，利用剩余电力电解水（图5）制氢使用的电力主要是光伏电力的不稳定部分。

具体就是利用尼吉康开发的能源管理系统（EMS）对供求状况进行运算处理，按秒给出电解水可使用的电流值指令。据称，因水电解装置是电气负载设备，若无如此细致的控制，其就会抢占电流。

图5：“梦太阳能馆山梨”的能源管理系统（EMS）模式图按“短期”、“中期”、“长期”区分使用蓄能技术之所以作这样的控制，是因为山梨县企业局对蓄电设备有自己的思路坂本主任称，“要使变动性可再生能源得以稳定利用，需要以蓄能技术吸收短期、中期、长期三种可再生能源输出变动。

不是以单一的蓄电设备满足全部需求，而是区分使用多项技术比较理想”短期变动是以数毫秒～数分钟为单位的剧烈输出变动，“短期蓄电”要求极高的循环充放电特性和kW单价的降低中期变动的范围为数分钟～1天，“中期蓄电”要求高充放电特性及kW单价和kWh单价的均衡。

另外，长期变动的范围为数十分钟～1个月，“长期蓄电”要求深度充放电和kWh单价的最少化基于这些观点，“梦太阳能馆山梨”的短期蓄电利用双电层电容器，中期蓄电利用锂离子蓄电池，长期蓄电利用基于水电解装置和纯氢型燃料电池的储氢系统（图6）。

就是说，光伏电力的输出变动以双电层电容器→锂离子蓄电池→水电解的顺序吸收运用，电容器和蓄电池充满电时，则利用太阳能的变动输出直接制氢

图6：尼吉康制造的锂离子蓄电池和双电层电容器其结果，“随着日照量的变化，光伏电力输出变动大部分都可由水电解制氢吸收水电解系统能否承受住这么严峻的使用条件原是一大重点问题，但已经证实了可以顺利运用”（坂本主任）。

水电解装置采用神钢环境舒立净制造的“固体高分子（PEM）型”产品制氢装置除了PEM型外，还有在碱性电解液中电解的“碱性水电解”型后者适合大规模化，价格较低，但效率也相对较低PEM型采用以电极夹住固体高分子膜的“电解单元”，通过燃料电池的逆反应从水中提取氢。

虽然使用铂催化剂等，价格较高，但效率和变动追踪性也比较高，适合小规模系统投入运转后，截至2015年5月的总运转时间为2900小时，氢发生量累计达到1900Ncm3据称对光伏电力变动输出的追踪性优良，达到以1秒为单位的水平。

但整体系统2012年一直在解决初期故障，全面运用是从2013年开始的全面投入运用后也因为调节阀和泵的故障停止过不过，关于电解单元自身的劣化，“已经确认了对光伏电力变动电源有约2000小时的耐久性”（神钢环境舒立净）。

据称从2014年夏季开始更换成了高效率型电解单元，经过约1000小时后仍保持稳定另外，还在探讨将追踪性提高至毫秒等级从“ENE-FARM”中去掉改质器另外，纯氢型燃料电池系统是以市场上销售的燃料电池热电联产系统“ENEFARM”为原型开发的。

ENE-FARM是对城市燃气在约700度的温度下进行处理（改质）提取氢，将提取的氢输送至燃料电池组（机身）发电的改质所需的加温，除了城市燃气外，还燃烧燃料电池组未使用的排放氢纯氢型去掉了燃料处理器（改质器），在排气部新设了处理剩余氢的催化剂燃烧器。

在2012～14年的3年里，总发电时间达到3064小时，总发电量达到2108kWh虽然是以一定输出功率的运转为基础，不过EMS还把氢压力等纳入条件中，发送启动指令在实证试验中，下雨导致日照量远远不足的日子也利用储藏的氢，通过燃料电池每天供给5kWh左右的电力等，实现了不依赖系统电力的稳定供电（图7）。

图7：馆外设置的氢燃料罐松下表示，在发电时间超过3000小时的时候，燃料电池组的劣化程度与普通的“ENE-FARM”为同等水平电池组的电压从实施实证试验之初开始一直保持着一定水平另外，催化剂燃烧器的温度变化也在预想之内，没有出现明显的劣化。

据称松下目前正在开发新款纯氢型燃料电池系统，预定2016年度初期可替换现在的实证试验设备新系统已确认发电效率在50％以上，启动时间在1分钟以内氢的储能课题是效率性将电力转换为氢的水电解效率方面，即使是PEM型也只有70％左右，利用燃料电池恢复为电力时，即使利用废热，也会损失约一半。

比蓄电池的充放电效率的70～90％要差山梨县企业局的坂本主任称，“在迄今为止的实证试验中，已确认可以利用追踪太阳能输出变动的储氢系统，耐久性也有了眉目接下来的目标是提高系统效率”接下来是超导轴承飞轮另外，该企业局还在米仓山光伏电站旁边建设并运转了1MW的蓄电池系统等并网试验用光伏电站，预定2016年8月导入“新一代飞轮蓄电系统”（图8）。

飞轮是将电力转换为旋转能存储的机制，优点是可以应对瞬间输出变动

图8：新一代飞轮蓄电系统不过，轴承为接触式时会产生损失，维护的负担也比较大而“新一代飞轮蓄电系统”将采用日本铁道综合技术综合研究所开发的超导轴承轴承为非接触式，因此有望克服原飞轮的课题预定投入百万光伏电站的变动输出，验证其作为新蓄能系统的实用性。

（日经BP社）相关阅读：氢储能——解决“弃风弃光”问题的新思路氢储能，是近两年受德国等欧洲国家氢能综合利用后提出的新概念“十二五”以前没有立项，支持项目也是以制氢、发电、储氢等过程单独资助的，但“十三五”期间该概念已经列入国家电网公司规划。

氢储能技术被认为是智能电网和可再生能源发电规模化发展的重要支撑，并日趋成为多个国家能源科技创新和产业支持的焦点大力发展氢储能技术，重点突破电氢两种能量载体之间的高效转化、低成本大规模存储和综合高效利用等关键技术，解决新能源波动性制氢、电网与管网络互连互通和协调控制等关键技术，实现能源网络化大规模存储，实现高效率、低成本的储能技术规模化应用。

为构建配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源互联网提供技术支撑解决“弃风”、“弃光”问题的新思路随着我国可再生能源发电比例的快速增大(据国家发展改革委能源研究所最新预测：2030年中国电力结构中可再生能源发电比例将从2015年的24%扩大到53%)，同时也存在发电和负荷中心在地理上的布局不均(风能陆上资源的80%-90%在“三北”地区,太阳能资源好的地方也在西部和北部,而用能中心位于中、东部)，考虑到日益紧迫的环保压力和化石能源束缚，这些都迫使我国将目光聚焦到可再生能源的产生、存储和消纳上，2014年初，李克强总理考察了德国氢能混合发电项目，特别指示国内相关部门组织实施氢能利用示范项目。

国家能源局已指示河北、吉林省加快可再生能源制氢示范工作，将氢储能列为解决“弃风”、“弃光”问题的新思路2015年初的两个月内，国家能源局再次连续下发与风电的消纳有关通知(《国家能源局关于做好2015年度风电并网消纳有关工作的通知》、《国家能源局关于在京开展可再生能源清洁供热示范有关要求的通知》、《国家能源局综合司关于进一步做好可再生能源发展“十三五”规划编制工作的指导意见》)，可再生能源消纳工作迫在眉睫。

为此，国家电网公司也已开展氢储能关键技术及其在新能源接入中的应用前期研究，积极建设氢储能系统实验研究平台，突破波动性新能源电解制氢技术的适应性问题，具备氢储能系统效率测试能力，为日后大规模可再生能源制氢的关键技术研究及应用提供理论基础。

氢储能可看作是一种化学储能的延伸，其基本原理就是将水电解得到氢气和氧气以风电制氢储能技术为例，其核心思想是当风电充足但无法上网、需要弃风时,利用风电将水电解制成氢气(和氧气),将氢气储存起来;当需要电能时,将储存的氢气通过不同方式(内燃机、燃料电池或其他方式)转换为电能输送上网。

通常所指的氢储能系统是电-氢-电的循环，且不同于常规的锂电池、铅酸电池其前端的电解水环节，多以功率(kW)计算容量，代表着氢储能系统的“充电”功率;后端的燃料电池环节，也以功率(kW)计算容量，代表着氢储能系统的“放电”功率;中间的储氢环节，多以氢气的体积(标准立方米Nm3)计算容量，如换算成电能容量，1Nm3氢气大约可产生1.25kWh电能，储氢环节的容量大小决定了氢储能系统可持续“充电”或“放电”的时长，所以如果想增加电能的储存容量，加大储氢罐的体积或压力即可。

如果将氢储能技术用于储能领域(如图1)：

理论上能够存储多少氢气/合成气/合成油就能储存多大规模的能量，是仅有的能够储存百GWh以上且可维持几周供电的能量储备技术方式，具有广阔的发展潜力和应用前景，需从资源开发的角度，加大开发和利用欧、美、日都制定了氢能发展战略和详细的计划。

目前欧、美、日等都制定了氢能发展战略和详细的计划，并在迅速而有步骤地推进，已经取得了积极成果欧盟目前的可再生能源发电发展较快，欧盟计划在2020年、2030年、2040年、2050年可再生能源发电占总电力的比例分别达到35%、50%、65%、80%，并在2060年最终完全实现不依赖化石能源的可持续发展。

而实现不依赖化石能源的可持续发展这一目标的其中重要一环就是实现Power-to-Gas(P2G)技术路线，即把可再生能源以氢气或甲烷等方式大规模储存起来并加以应用根据德国制定的《氢能与燃料电池计划》中的“氢的生产和配送”部分分析，德国目前的发展进度已经大大提前，原定2020年开始的计划现在就已经初露端倪。

德国一些大型能源电力公司，如EON和ENERTRAG等都在政府的宏观指导和具体支持下积极实施P2G项目，以期最终实现利用风能等可再生能源的大规模制氢，这将是今后大规模利用风能最有前景的技术路线之一下一步德国计划开展更大规模的20-50MW风力发电制氢的P2G示范项目，为未来的氢能源经济培育基础。

日本可能是世界上最接近氢社会的国家这并不单单是因为燃料电池汽车(FCV)的产业化，而是因为全世界燃料电池进入千家万户的国家只有日本2009年，家用燃料电池“ENE-FARM”的上市在全球开了先河这种电池利用煤气和煤油提取氢气，注入燃料电池中发电。

发电时产生的废热用来烧水、泡澡和地暖使用，能源效率超过9成ENEFARM的主机由松下和东芝制造，通过东京瓦斯、大阪燃气、吉坤日矿日石能源等公司销售东日本大地震发生后，受到电力短缺的推动，以首都圈为中心，其销量一路攀升。

截至2015年1月底，松下在日本全国已累计出货约5.2万台ENE-FARM目前国内仅有四所35MPa加氢站在氢储能系统示范应用方面，我国刚刚开展相关建设，在氢储能系统关键技术环节的氢燃料电池和加氢站方面有示范工程建设，主要用于示范新能源汽车和分布式电源。

如目前国内仅有四所35MPa加氢站，分别位于北京、上海、河南郑州和广东，而70MPa加氢站正在大连建设当中现阶段风电耦合项目发展主要有三项：一是中国节能环保集团公司于2014年4月启动了国家863项目“风电直接制氢及燃料电池发电系统技术研究与示范”，该项目在中节能风电公司张北分公司建设风电场，制氢功率为100kW，燃料电池发电为30kW;

二是中德合作的示范项目，由河北建投新能源有限公司投资，联合德国McPhy、Encon等公司，在河北沽源投建10MW电解水制氢系统，配合200MW风电场制氢，该项目已于2015年4月开工建设，项目建成后，可形成年制氢1752万标准立方米的生产能力，成为我国目前最大的风电制氢示范项目;

三是金风科技在吉林获批的风电装机100MW，氢储能容量10MW的项目国家电网公司也开展了相关项目的立项和研究，如国网上海市电力公司于2009年承担了“风光电结合海水制氢技术前期研究”项目，对风电、光电制氢提出了多种应用方案，并以东海风电场为例，开展了风、光电制氢的综合效益评价;国网智能电网研究院也于2014年10月启动了“氢储能关键技术及其在新能源接入中的应用研究”，初步具备氢储能系统试验能力。

解决能源资源危机和环境危机的最佳途径随着可再生能源的飞速发展，开拓消纳市场已趋紧迫，如不断增长的装机容量已给风电消纳带来持续压力，从中电联获悉，截至2015年2月底，并网风电装机容量首次突破1亿千瓦，达到10004万千瓦，继续稳居我国第三大发电类型和世界风电装机首位。

全国31个省份均有并网风电场，其中内蒙古、甘肃并网风电装机容量分别达到2125万千瓦和1053万千瓦，河北、新疆、山东和辽宁超过500万千瓦对国网辽宁省电力公司、国网甘肃省电力公司而言，有待采用高效的SPE电解路线，瞄准规模化制氢方向，积极开拓风电消纳市场，将富余的风电、光伏等波动性新能源通过高效电解制氢的方式转换成氢气存储起来，直接通过燃料电池发电为负荷供电，或将氢气输送至附近的化工企业，进入氢产业链，或生成合成燃料，均可有效解决波动性新能源的消纳问题。

偏远地区或海岛的自然资源，如风能、太阳能等一般较为丰富，但电力供应不足通过高效清洁的SPE电解制氢技术制取高纯氢气，并存储起来;在可再生能源发电不足时，通过氢燃料电池发电为负载供电，形成一套微电网系统，实现偏远地区的独立供电。

全球能源互联网将形成以清洁能源为主导、以电为中心的格局，能源转化和利用将面向高效化、低碳化发展氢能是一种柔性的“绿色”能源载体，可以一次性获得并可以长期储存，可以通过氢能燃料电池的技术整合成为电、热、气网一体化的结合点，是大规模消纳新能源，实现电网和气网互联互通的重要手段，被认为是同时解决能源资源危机和环境危机的最佳途径。

与之相关的氢储能技术将成为国内外大型能源公司重点发展的战略性储备技术，逐步实现规模化应用预计在2020年全球氢总储量达到1亿m3，功率总量达100MW，2030年全球氢总储量达到400亿m3，功率总量达10万MW，2050年时全球氢能实现真正普及。

基于氢储能技术的发展，电网本身的角色可依靠氢能的节点作用实现从电能供应商到全球能源供应商的转变与提升，主要管理能源接口（《中国战略新兴产业》  肖宇）来源：日经BP社、《中国战略新兴产业》微能网小编编辑整理。

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3.太阳能光电利用技术

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5.太阳能光电系统工作原理

6.太阳能光伏技术与应用

7.太阳能光电设备

8.太阳能光电是什么意思

9.太阳能光电技术有哪些

10.太阳能光电技术的研究

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3.太阳能光电利用技术

是山梨县企业局作为与东京电力的共同业务，在县有地上建设的2012年1月开始运转时，以是日本最大规模而自豪，是百万光伏电站时代的先驱

4.太阳能光电技术的研究有哪些

图1：甲府市下向山町的“米仓山光伏电站”山梨县企业局开展着运营着输出功率约为120MW的水力发电站并售电等电力业务以固定价格收购制度（FIT）的实施为契机，又涉足了光伏发电业务，目前运营着约11MW的光伏电站。

5.太阳能光电系统工作原理

“米仓山光伏电站”是最大的一座山梨县的日照时间之长，在日本全国也是数一数二的水平，适合开展光伏发电山梨县企业局作为公营企业，在开展电力业务的同时，还把业务收益用到了当地产业的发展上在米仓山光伏电站旁边同期开设的“梦太阳能馆山梨”就是其中之一（图2）。

6.太阳能光伏技术与应用

该馆主要用来介绍米仓山光伏电站和太阳能的相关知识，同时还发挥着推动旨在实现光伏发电大量普及的新产业培育的作用

7.太阳能光电设备

图2：在屋顶上设置20kW太阳能电池板的“梦太阳能馆山梨”导入三种蓄能系统企业局期待的新产业是，为使变动的可再生能源输出得以为定利用的“蓄能技术”“梦太阳能馆山梨”除了可再生能源外，还通过实证性地导入多种蓄能设备，使馆内所需的电力（最大需求约为10kW）基本自给自足。

8.太阳能光电是什么意思

面部是今后将这些先进的蓄能系统用于县内的产业振兴导入的发电设备有在屋顶上设置的光伏发电设备（输出功率为20kW）、利用雨水的小型水力发电设备（1.5kW），以及纯氢型燃料电池系统（0.75kW）三种蓄能设备有双电层电容器（3kWh）、锂离子蓄电池（约30kWh）和制氢装置（相当于约30kWh）三种。

9.太阳能光电技术有哪些

制氢装置制造的氢作为燃料电池的燃料，转换为电力一进入馆内首先是“太阳能区域”，主要介绍太阳能电池的原理和地球变暖问题的现状等接下来是“山梨能源区域”，主要是关于该馆能源自给自足的介绍，隔着玻璃可以看到相关设备的实机，有尼吉康制造的锂离子蓄电池和双电层电容器、松下制造的纯氢型燃料电池系统，以及神钢环境舒立净制造的水电解制氢装置等（图3）。

10.太阳能光电技术的研究

图3：神钢环境舒立净制造的PEM型水电解制氢装置利用剩余电力制氢利用三种蓄能技术，不依赖系统电力就可基本满足全部电力需求在全世界也未见先例虽然与连接了电网，但除了将蓄能后的剩余电力逆潮售电，及在夜间等充电和氢不足时受电外，电力基本全部自给自足。

“验证实验已经实施了大约3年，以光伏电力为主体的能源自给自足的机制已步入了正轨首先，利用三种蓄能系统的特性，证实了可以按照需求顺利运行，这是最大的成果”，山梨县企业局电气课研究开发主任坂本正树就三年来的成果回顾道。

该馆夏日的晴天对光伏发电设备和三种蓄能设备（图4）是这样控制运行的：（1）早上8点左右光伏设备开始发电后，全部用来为锂离子蓄电池充电，馆内的1～2kW的待机电力则利用从东电购买的电力供应（2）锂离子电池的充电量达到约70％时停止购电，利用光伏电力来满足馆内的需求，剩余电力继续用来为锂离子蓄电池充电。

（3）锂离子蓄电池的充电量达到90％后开始电解水制氢（4）在电解水消耗不完光伏电力时，剩余电力向东电系统逆潮售电（5）傍晚至夜间，太阳能发电量减少，利用锂离子蓄电池的放电和燃料电池的发电来满足馆内的电力需求。

图4：夏季晴天的运用模式如果白天阴天，光伏发电量较少，剩余电力就会减少，因此氢的制造量和向系统的售电量也会减少大体来说就是，从光伏发电和水力发电量中，减去馆内的电力需求，利用剩余电力电解水（图5）制氢使用的电力主要是光伏电力的不稳定部分。

具体就是利用尼吉康开发的能源管理系统（EMS）对供求状况进行运算处理，按秒给出电解水可使用的电流值指令。据称，因水电解装置是电气负载设备，若无如此细致的控制，其就会抢占电流。

图5：“梦太阳能馆山梨”的能源管理系统（EMS）模式图按“短期”、“中期”、“长期”区分使用蓄能技术之所以作这样的控制，是因为山梨县企业局对蓄电设备有自己的思路坂本主任称，“要使变动性可再生能源得以稳定利用，需要以蓄能技术吸收短期、中期、长期三种可再生能源输出变动。

不是以单一的蓄电设备满足全部需求，而是区分使用多项技术比较理想”短期变动是以数毫秒～数分钟为单位的剧烈输出变动，“短期蓄电”要求极高的循环充放电特性和kW单价的降低中期变动的范围为数分钟～1天，“中期蓄电”要求高充放电特性及kW单价和kWh单价的均衡。

另外，长期变动的范围为数十分钟～1个月，“长期蓄电”要求深度充放电和kWh单价的最少化基于这些观点，“梦太阳能馆山梨”的短期蓄电利用双电层电容器，中期蓄电利用锂离子蓄电池，长期蓄电利用基于水电解装置和纯氢型燃料电池的储氢系统（图6）。

就是说，光伏电力的输出变动以双电层电容器→锂离子蓄电池→水电解的顺序吸收运用，电容器和蓄电池充满电时，则利用太阳能的变动输出直接制氢

图6：尼吉康制造的锂离子蓄电池和双电层电容器其结果，“随着日照量的变化，光伏电力输出变动大部分都可由水电解制氢吸收水电解系统能否承受住这么严峻的使用条件原是一大重点问题，但已经证实了可以顺利运用”（坂本主任）。

水电解装置采用神钢环境舒立净制造的“固体高分子（PEM）型”产品制氢装置除了PEM型外，还有在碱性电解液中电解的“碱性水电解”型后者适合大规模化，价格较低，但效率也相对较低PEM型采用以电极夹住固体高分子膜的“电解单元”，通过燃料电池的逆反应从水中提取氢。

虽然使用铂催化剂等，价格较高，但效率和变动追踪性也比较高，适合小规模系统投入运转后，截至2015年5月的总运转时间为2900小时，氢发生量累计达到1900Ncm3据称对光伏电力变动输出的追踪性优良，达到以1秒为单位的水平。

但整体系统2012年一直在解决初期故障，全面运用是从2013年开始的全面投入运用后也因为调节阀和泵的故障停止过不过，关于电解单元自身的劣化，“已经确认了对光伏电力变动电源有约2000小时的耐久性”（神钢环境舒立净）。

据称从2014年夏季开始更换成了高效率型电解单元，经过约1000小时后仍保持稳定另外，还在探讨将追踪性提高至毫秒等级从“ENE-FARM”中去掉改质器另外，纯氢型燃料电池系统是以市场上销售的燃料电池热电联产系统“ENEFARM”为原型开发的。

ENE-FARM是对城市燃气在约700度的温度下进行处理（改质）提取氢，将提取的氢输送至燃料电池组（机身）发电的改质所需的加温，除了城市燃气外，还燃烧燃料电池组未使用的排放氢纯氢型去掉了燃料处理器（改质器），在排气部新设了处理剩余氢的催化剂燃烧器。

在2012～14年的3年里，总发电时间达到3064小时，总发电量达到2108kWh虽然是以一定输出功率的运转为基础，不过EMS还把氢压力等纳入条件中，发送启动指令在实证试验中，下雨导致日照量远远不足的日子也利用储藏的氢，通过燃料电池每天供给5kWh左右的电力等，实现了不依赖系统电力的稳定供电（图7）。

图7：馆外设置的氢燃料罐松下表示，在发电时间超过3000小时的时候，燃料电池组的劣化程度与普通的“ENE-FARM”为同等水平电池组的电压从实施实证试验之初开始一直保持着一定水平另外，催化剂燃烧器的温度变化也在预想之内，没有出现明显的劣化。

据称松下目前正在开发新款纯氢型燃料电池系统，预定2016年度初期可替换现在的实证试验设备新系统已确认发电效率在50％以上，启动时间在1分钟以内氢的储能课题是效率性将电力转换为氢的水电解效率方面，即使是PEM型也只有70％左右，利用燃料电池恢复为电力时，即使利用废热，也会损失约一半。

比蓄电池的充放电效率的70～90％要差山梨县企业局的坂本主任称，“在迄今为止的实证试验中，已确认可以利用追踪太阳能输出变动的储氢系统，耐久性也有了眉目接下来的目标是提高系统效率”接下来是超导轴承飞轮另外，该企业局还在米仓山光伏电站旁边建设并运转了1MW的蓄电池系统等并网试验用光伏电站，预定2016年8月导入“新一代飞轮蓄电系统”（图8）。

飞轮是将电力转换为旋转能存储的机制，优点是可以应对瞬间输出变动

图8：新一代飞轮蓄电系统不过，轴承为接触式时会产生损失，维护的负担也比较大而“新一代飞轮蓄电系统”将采用日本铁道综合技术综合研究所开发的超导轴承轴承为非接触式，因此有望克服原飞轮的课题预定投入百万光伏电站的变动输出，验证其作为新蓄能系统的实用性。

（日经BP社）相关阅读：氢储能——解决“弃风弃光”问题的新思路氢储能，是近两年受德国等欧洲国家氢能综合利用后提出的新概念“十二五”以前没有立项，支持项目也是以制氢、发电、储氢等过程单独资助的，但“十三五”期间该概念已经列入国家电网公司规划。

氢储能技术被认为是智能电网和可再生能源发电规模化发展的重要支撑，并日趋成为多个国家能源科技创新和产业支持的焦点大力发展氢储能技术，重点突破电氢两种能量载体之间的高效转化、低成本大规模存储和综合高效利用等关键技术，解决新能源波动性制氢、电网与管网络互连互通和协调控制等关键技术，实现能源网络化大规模存储，实现高效率、低成本的储能技术规模化应用。

为构建配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源互联网提供技术支撑解决“弃风”、“弃光”问题的新思路随着我国可再生能源发电比例的快速增大(据国家发展改革委能源研究所最新预测：2030年中国电力结构中可再生能源发电比例将从2015年的24%扩大到53%)，同时也存在发电和负荷中心在地理上的布局不均(风能陆上资源的80%-90%在“三北”地区,太阳能资源好的地方也在西部和北部,而用能中心位于中、东部)，考虑到日益紧迫的环保压力和化石能源束缚，这些都迫使我国将目光聚焦到可再生能源的产生、存储和消纳上，2014年初，李克强总理考察了德国氢能混合发电项目，特别指示国内相关部门组织实施氢能利用示范项目。

国家能源局已指示河北、吉林省加快可再生能源制氢示范工作，将氢储能列为解决“弃风”、“弃光”问题的新思路2015年初的两个月内，国家能源局再次连续下发与风电的消纳有关通知(《国家能源局关于做好2015年度风电并网消纳有关工作的通知》、《国家能源局关于在京开展可再生能源清洁供热示范有关要求的通知》、《国家能源局综合司关于进一步做好可再生能源发展“十三五”规划编制工作的指导意见》)，可再生能源消纳工作迫在眉睫。

为此，国家电网公司也已开展氢储能关键技术及其在新能源接入中的应用前期研究，积极建设氢储能系统实验研究平台，突破波动性新能源电解制氢技术的适应性问题，具备氢储能系统效率测试能力，为日后大规模可再生能源制氢的关键技术研究及应用提供理论基础。

氢储能可看作是一种化学储能的延伸，其基本原理就是将水电解得到氢气和氧气以风电制氢储能技术为例，其核心思想是当风电充足但无法上网、需要弃风时,利用风电将水电解制成氢气(和氧气),将氢气储存起来;当需要电能时,将储存的氢气通过不同方式(内燃机、燃料电池或其他方式)转换为电能输送上网。

通常所指的氢储能系统是电-氢-电的循环，且不同于常规的锂电池、铅酸电池其前端的电解水环节，多以功率(kW)计算容量，代表着氢储能系统的“充电”功率;后端的燃料电池环节，也以功率(kW)计算容量，代表着氢储能系统的“放电”功率;中间的储氢环节，多以氢气的体积(标准立方米Nm3)计算容量，如换算成电能容量，1Nm3氢气大约可产生1.25kWh电能，储氢环节的容量大小决定了氢储能系统可持续“充电”或“放电”的时长，所以如果想增加电能的储存容量，加大储氢罐的体积或压力即可。

如果将氢储能技术用于储能领域(如图1)：

理论上能够存储多少氢气/合成气/合成油就能储存多大规模的能量，是仅有的能够储存百GWh以上且可维持几周供电的能量储备技术方式，具有广阔的发展潜力和应用前景，需从资源开发的角度，加大开发和利用欧、美、日都制定了氢能发展战略和详细的计划。

目前欧、美、日等都制定了氢能发展战略和详细的计划，并在迅速而有步骤地推进，已经取得了积极成果欧盟目前的可再生能源发电发展较快，欧盟计划在2020年、2030年、2040年、2050年可再生能源发电占总电力的比例分别达到35%、50%、65%、80%，并在2060年最终完全实现不依赖化石能源的可持续发展。

而实现不依赖化石能源的可持续发展这一目标的其中重要一环就是实现Power-to-Gas(P2G)技术路线，即把可再生能源以氢气或甲烷等方式大规模储存起来并加以应用根据德国制定的《氢能与燃料电池计划》中的“氢的生产和配送”部分分析，德国目前的发展进度已经大大提前，原定2020年开始的计划现在就已经初露端倪。

德国一些大型能源电力公司，如EON和ENERTRAG等都在政府的宏观指导和具体支持下积极实施P2G项目，以期最终实现利用风能等可再生能源的大规模制氢，这将是今后大规模利用风能最有前景的技术路线之一下一步德国计划开展更大规模的20-50MW风力发电制氢的P2G示范项目，为未来的氢能源经济培育基础。

日本可能是世界上最接近氢社会的国家这并不单单是因为燃料电池汽车(FCV)的产业化，而是因为全世界燃料电池进入千家万户的国家只有日本2009年，家用燃料电池“ENE-FARM”的上市在全球开了先河这种电池利用煤气和煤油提取氢气，注入燃料电池中发电。

发电时产生的废热用来烧水、泡澡和地暖使用，能源效率超过9成ENEFARM的主机由松下和东芝制造，通过东京瓦斯、大阪燃气、吉坤日矿日石能源等公司销售东日本大地震发生后，受到电力短缺的推动，以首都圈为中心，其销量一路攀升。

截至2015年1月底，松下在日本全国已累计出货约5.2万台ENE-FARM目前国内仅有四所35MPa加氢站在氢储能系统示范应用方面，我国刚刚开展相关建设，在氢储能系统关键技术环节的氢燃料电池和加氢站方面有示范工程建设，主要用于示范新能源汽车和分布式电源。

如目前国内仅有四所35MPa加氢站，分别位于北京、上海、河南郑州和广东，而70MPa加氢站正在大连建设当中现阶段风电耦合项目发展主要有三项：一是中国节能环保集团公司于2014年4月启动了国家863项目“风电直接制氢及燃料电池发电系统技术研究与示范”，该项目在中节能风电公司张北分公司建设风电场，制氢功率为100kW，燃料电池发电为30kW;

二是中德合作的示范项目，由河北建投新能源有限公司投资，联合德国McPhy、Encon等公司，在河北沽源投建10MW电解水制氢系统，配合200MW风电场制氢，该项目已于2015年4月开工建设，项目建成后，可形成年制氢1752万标准立方米的生产能力，成为我国目前最大的风电制氢示范项目;

三是金风科技在吉林获批的风电装机100MW，氢储能容量10MW的项目国家电网公司也开展了相关项目的立项和研究，如国网上海市电力公司于2009年承担了“风光电结合海水制氢技术前期研究”项目，对风电、光电制氢提出了多种应用方案，并以东海风电场为例，开展了风、光电制氢的综合效益评价;国网智能电网研究院也于2014年10月启动了“氢储能关键技术及其在新能源接入中的应用研究”，初步具备氢储能系统试验能力。

解决能源资源危机和环境危机的最佳途径随着可再生能源的飞速发展，开拓消纳市场已趋紧迫，如不断增长的装机容量已给风电消纳带来持续压力，从中电联获悉，截至2015年2月底，并网风电装机容量首次突破1亿千瓦，达到10004万千瓦，继续稳居我国第三大发电类型和世界风电装机首位。

全国31个省份均有并网风电场，其中内蒙古、甘肃并网风电装机容量分别达到2125万千瓦和1053万千瓦，河北、新疆、山东和辽宁超过500万千瓦对国网辽宁省电力公司、国网甘肃省电力公司而言，有待采用高效的SPE电解路线，瞄准规模化制氢方向，积极开拓风电消纳市场，将富余的风电、光伏等波动性新能源通过高效电解制氢的方式转换成氢气存储起来，直接通过燃料电池发电为负荷供电，或将氢气输送至附近的化工企业，进入氢产业链，或生成合成燃料，均可有效解决波动性新能源的消纳问题。

偏远地区或海岛的自然资源，如风能、太阳能等一般较为丰富，但电力供应不足通过高效清洁的SPE电解制氢技术制取高纯氢气，并存储起来;在可再生能源发电不足时，通过氢燃料电池发电为负载供电，形成一套微电网系统，实现偏远地区的独立供电。

全球能源互联网将形成以清洁能源为主导、以电为中心的格局，能源转化和利用将面向高效化、低碳化发展氢能是一种柔性的“绿色”能源载体，可以一次性获得并可以长期储存，可以通过氢能燃料电池的技术整合成为电、热、气网一体化的结合点，是大规模消纳新能源，实现电网和气网互联互通的重要手段，被认为是同时解决能源资源危机和环境危机的最佳途径。

与之相关的氢储能技术将成为国内外大型能源公司重点发展的战略性储备技术，逐步实现规模化应用预计在2020年全球氢总储量达到1亿m3，功率总量达100MW，2030年全球氢总储量达到400亿m3，功率总量达10万MW，2050年时全球氢能实现真正普及。

基于氢储能技术的发展，电网本身的角色可依靠氢能的节点作用实现从电能供应商到全球能源供应商的转变与提升，主要管理能源接口（《中国战略新兴产业》  肖宇）来源：日经BP社、《中国战略新兴产业》微能网小编编辑整理。

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