氢氨储能，未来长时储能的角色担当

我国储能技术发展多路线并行，最终的技术使用取决于新型电力系统中多元化的储能适用场景。如抽水蓄能，储能容量大、效率高，在电网侧进行削峰填谷优势突出。但一方面抽水蓄能仅适合在水资源相对丰富的东部地区展开，另一方面规模、地点不够灵活，在发电侧、用户侧等仍需锂电、氢储能等进行补充。

一、氢储能技术

氢储能技术，就是将富余的电力用于制造可长期储存的氢气，然后在常规燃气发电厂中燃烧气体发电，或用燃料电池进行发电用于交通、热电联供等场景。

换句话说，就是利用富余的、非高峰的或低质量的电力来大规模制氢，将电能转化为氢能储存起来，然后再在电力输出不足时利用氢气通过燃料电池或其它方式转换为电能输送上网，发挥电力调节的作用。

对氢储能来说，其技术路径丰富多样，可实现多场景灵活应用。如可采用固态储氢制造储氢模块，用于户用储能；采用管道输氢，实现西北边远地区、海上风电等场景低成本电力外送；采用液氢、醇氨储氢、盐穴储氢等，用于氢储能电站大规模跨季储能等。

氢储能技术环节分解示意图

目前氢储能一般可分为三个方向，即电-氢、电-氢-电、电-氢-其他能源，也就是说，电解制氢是氢储能产业链的源头。

氢燃料电池能量转化过程

氢储能成本与收益受应用场景、商业模式、并网离网使用情况、可再生能源及并网电价、地区用电消纳情况等多维度因素影响，不同考虑情况下，成本不同。

相较于其他常规的储能方式，氢储能的存储规模更大，最高可达百万千瓦级；存储时间也更长，可根据太阳能、风能、水资源等产出差异实现季节性存储，满足长周期、大容量储能要求。

二、氢在长时储能技术中发挥的优势

效率是影响综合用能成本的关键。对发电站配储而言，储能扎根于整体项目中，更似辅助作用。一方面因其可实现大规模存储的特点，帮助将无法上网的、无法利用的“弃电”、“指标”利用起来，让多数发电企业能从捆绑火电等的路径中解放出来。二是其综合成本更与发电成本挂钩，随着风电、光伏等技术成本的快速下降，新疆内蒙等地的光伏、风电发电成本接近0.1元/kwh，如不算其他建设投入，考虑能量转化损失，储能部分发电成本不到0.2元/kwh，却带来了更多发电量的利用。

储能技术分为热储能、电储能和氢储能。其中，抽水蓄能和电化学储能是目前最常用的两种方法，但两者目前仍存在诸多问题。电化学储能存在安全性较差、资源紧缺、实际有效的储能效率较低、配储时长短等问题；抽水蓄能存在水资源地理分配不均、投资回收期长等缺点。对比来看，氢储能最大的优势在于可以实现长时储能。

电化学储能和抽水储能问题分析

不仅如此，氢储能作为一种清洁、高效、可持续的无碳能源存储技术，还具有其他储能技术无法比拟的优势：

1.实现长时储能

在新能源消纳方面，氢储能在放电时间(小时至季度) 和容量规模(百吉瓦级别)上的优势比其他储能明显。采用化学链储氢，氢能以化学链的形式储存，转化效率可达到约 70%，储能时长可以年计，采用固态储氢、有机液态储氢等方式，储能时长可按月计。

2.突破地理限制，实现生态保护

相较于抽水蓄能和压缩空气储能等大规模储能技术，氢储能不需要特定的地理条件且不会破环生态环境。

3.规模储能经济性强

随着储能时间的增加，储能系统的边际价值下降，可负担的总成本也将下降，规模化储氢比储电的成本要低一个数量级。

4.储运方式灵活

氢储能可采用长管拖车、管道输氢、天然气掺氢、特高压输电-受端制氢和液氨等方式,不受输配电网络的限制，从而实现大规模、跨区域调峰。

5.液态氢能量密度大

液态氢能量密度为143MJ/kg，可折算为 40kWh.kg，约为汽油、柴油、天然气的 2.7 倍、电化学储能(根据种类不同，在 100~240Wh/kg) 的百倍，氢储能是少有的能够储存百 GWh 以上的方式。

简而言之，氢储能可以做到跨区域、长时间储能，实现季节性失衡下所需的电力容量或时间跨度，成为解决弃风、弃光、弃水问题的重要途径，保障未来高比例可再生能源体系的安全稳定运行，在长时储能方面能够发挥的优势不容小觑。

三、储能技术，氢氨一体化

1.氢氨一体化是什么？

氢氨一体化将可再生能源电解水产生的绿色氢气作为原料气参与合成氨反应，降低了合成氨工业的碳排放。

由中能建氢能公司研发-投资-建设-运营一体化开发的松原绿色氢氨一体化项目是国内首批规模化绿色氢基化工项目，计划年产绿色合成氨60万吨，一期建设20万吨级柔性合成氨装置。该项目计划采用国际领先的柔性合成氨、超轻度并网技术和新能源发电自发自用余电上网模式，实现了适应风光不稳定条件、满足日调节的多稳态柔性绿氨，显著提升复杂工况条件下的绿氨运行安全性、工艺鲁棒性和运营经济性，大幅度降低电解水制绿氢和合成氨成本。项目对完善氢能产业链，推进可再生能源制氢规模化供应基地和多元化绿色氢基化工示范基地建设，实现“双碳”目标具有重要意义。

2.氢氨一体化有什么作用？

在下游，合成得到的氨可作为原料，用来制造氮肥和硝酸、铵盐和氰化物等无机化合物和各种胺和磺胺等有机化合物。同时，氨也可作为氢能运输的载体。目前氢储运技术尚未解决能效性、安全性等问题，而且广泛采用的高压氢气运输存在储氢密度低、压缩能耗高等问题，无法大规模远距离运输。这时，便需要氨了。

氢的沸点低至-253 ℃，而氨的沸点为-33.36℃，这使得氨与氢相比更易液化，液化成本也更低。氢属于极端易燃物质，而氨不易燃，这使得氨与氢相比安全性更高，便于工业运输。氨也具有较高的热容量，可以帮助控制储存温度，从而减少储存成本。其不易燃，易液化、易储存、便运输等优点，使其成为了绿氢利用的重要载体；其更高的安全性、更可靠的储存能力、更低的成本，使其成为了更安全的可持续性氢储运方式。

氨能利用分为传统行业和新能源行业两种。氨能在化肥、军工、环保、制冷等传统行业已得到广泛应用，是关乎国计民生的基础化工产业。近年来，在氨制氢、氨燃料电池、氨内燃机/燃气轮机等新能源领域，氨能利用迅速发展，用于实现氢能终端、氨能发电、氨能燃料等产业应用的无碳排放。

随着3060双碳目标的实施与推进，我国走绿色低碳发展道路已成为大势所趋，从长远来看也预示着长时储能的势头仍将十分强劲，氢能产业的发展也将迎来新的机遇。