华电科工新能源离网制氢技术为能源转型开辟新路径

近年来，以风电、光伏为代表的新能源在我国电力系统中的占比不断提高，由于风光电的波动性、间歇性、随机性特点,将进一步加大消纳难度，同时也给电网带来了较大的输送压力和安全性挑战。氢能作为长周期储能的有效介质，在消纳过剩的新能源电力上展现出了巨大的潜力，离网制氢可降低风光发电对电网冲击，就地消纳新能源电力，有望成为未来重要的消纳方式，备受全行业关注。

据了解，中国华电科工集团有限公司氢能技术团队（以下简称“华电科工氢能团队”）研究的新能源离网制氢一体化技术凭借其在多个关键技术领域的创新性突破和先进性实践。就此，记者走进华电科工调研，并深度挖掘了离网制氢技术的研发创新过程和技术特点与优势。

注重原始创新夯实理论基础

华电科工氢能团队保持强烈的探索精神，敢于开辟新领域、探寻新路径。在攻破新能源大规模离网制氢技术的道路上，勇做“孤勇者”，甚至连项目能否成立的理论基础都敢于自己摸索和探寻。

创新不是一蹴而就,只有持之以恒,才能最终取得成功。探索未知更是一个漫长而艰辛的过程,越是接近未知的“无人区”，越是要夯实基础，企业才能走得稳、走得远。华电科工氢能团队聚焦电解制氢负荷与孤岛系统频率暂态及稳态特性的耦合机理研究，通过建立电解制氢负荷的时变模型，深入分析了电解堆栈建模精确度对制氢负荷暂态调频特性的影响，定量分析系统频率稳态指标对电解制氢负荷性能的影响，明确电解制氢负荷与系统频率的多尺度动态耦合机理。这些研究为系统的协调控制与稳定运行提供了坚实的理论基础。

图1 制氢电解槽中涉及的多物理场耦合

华电科工氢能团队熟悉掌握离网制氢系统中各设备工作原理，建立了包含电能系统与氢能系统的系统状态空间方程与阻抗模型，研究了不同类型构网设备容量变化对系统稳定性的影响机理，探索了在必要硬件构成与系统稳定稳定性之间的科学关系，为构网设备的最优化配置提供了理论依据。

图图2 电解槽在不同运行阶段的等效电路

攻关关键核心装备技术破解技术制约难题

夯实了理论基础之后，又该如何确保离网制氢的各种设备之间系统而稳定地运行？

据介绍，电解槽是电解水制氢的核心设备，被誉为制氢系统的“心脏”。华电科工氢能团队通过近十年的技术积淀，自主开发了大电流密度、低能耗、大产气量电解槽技术，通过匹配新能源波动性电网的大容量直流电源设计技术，显著提高了电解制氢的效率和产能，降低了生产成本，提升了项目的经济效益和竞争力。同时，采用一体化撬装分离框架及纯化装置，简化了系统的安装和运维流程，提高了系统的集成度和可靠性，为项目的规模化推广提供了有力支持。

图3 高性能电解槽

总所周知，构网型储能技术应用尚处于探索阶段。华电科工氢能团队敢于挑战，深度研究开展相关硬件与软件的设计和验证，成功研发了构网型高压直挂储能并网技术及电力电子虚拟同步机技术，实现了对电网电压、惯量、故障穿越能力和阻尼可控能力的有效支持。这些技术的应用显著提升了新能源离网制氢系统与电网的兼容性和互动性，同时解决了系统的黑启动和应急控制等问题，确保了系统复杂工况下的安全稳定。这些探索为未来新型电力系统的构建提供了重要的技术支撑，具有重要示范引领价值。

图4 构网型储能技术实现

坚持数智科技赋能 搭建智能管控平台

做创新发展的探索者，意味着敢闯敢试、敢为人先，为了确保可再生能源大规模离网制氢系统安全稳定高效运行，华电科工氢能团队在研发和实践中建立了能量管理控制平台和智能容量配置与保护控制策略。

能量管理控制平台EMCS是可再生能源离网制氢系统的“大脑”，由华电科工自主开发完成的EMCS系统，是国际上第一个实际商用并可靠运行的可再生能源离网制氢系统能量管控平台。该平台集制氢智能管控系统与能量管理系统于一体，通过自主开发电解槽在多物理场景下的耦合控制算法，建立风/光、储、氢设备系统高效灵活匹配的优化模型，具备荷侧跟随与适应源侧剧烈变化的能力，实现发电单元与制氢单元的功率动态调整，维持系统能量平衡，具有高稳定、高适应、高智能、高产出等优点，为后续项目提供数据和优化方向。

图5 能量管理系统操作主界面

为实现了系统各组件之间的优化匹配，华电科工氢能团队通过深入研究不同约束条件对离网制氢系统中各设备容量的影响规律，掌握了新能源离网制氢系统发电单元、储能设备和制氢负荷的容量配置策略，并形成了多模态离网制氢系统源-储-荷容量自动配置算法，提高了系统整体效率。

一旦系统出现故障，高效的故障应对机制就显得尤为重要。氢能团队通过对新能源离网制氢系统故障演化机制的深入研究，掌握了新能源离网制氢系统故障快速定位和协同保护控制方法，形成了离网模式下的系统继电保护控制体系。使系统在面对故障时能够迅速响应，保障系统的安全稳定运行，减少故障损失。

图6 电压源型变流器在短路故障下的序贯切换过程

如今，华电科工自主研发的新能源离网制氢一体化技术，已在辽宁华电铁岭新台子一期25MW新能源离网储能制氢一体化项目实现应用。该项目既是全球首台套大规模新能源离网制氢项目示范，也是工信部高效可再生能源制氢装备研制及产业化示范工程。这一技术不仅填补了国内在该领域的空白，更为全球为可再生能源高效利用和可持续发展开辟了新路径，助推可再生能源制氢产业的快速发展。