核心思想

為實現國家碳中和、碳達峰的能源戰略目標，利用光伏/風電等綠色能源制氫是一條重要技術途徑，但光伏/風電等綠色能源的強波動性會嚴重影響電解水制氫系統的動態適應性和運行可靠性。本文介紹了風力、光伏及風光互補等波動性電源制氫技術的特點，對比分析了電解水制氫技術的原理及經濟性，并針對波動性電源電解水制氫面臨的發展困境，提出了高效穩定的風光波動性電源電解水制氫的技術路線預想，聚焦系統優化配置、運行過程穩定控制和高效延壽控制3個核心技術，以延壽控制管理為最終目標，有力保障風光波動性電源電解水制氫系統安全、穩定、經濟運行，以期為風-光-氫產業鏈的良性發展提供思路。

研究背景

電解水制氫具有純度高、產物無污染（只有氫氣和氧氣）、原料廣泛易得、制備工藝簡單等優點，在氫能綠色制取方面有著極大的優勢和發展空間。近年來，隨著風電和光伏等新能源度電成本的不斷下降，在風能和太陽能資源豐富的地區開發光伏/風電等綠色能源制氫技術，可有效平抑風光等新能源發電的間歇性，極大降低電解制氫成本，為實現我國碳達峰、碳中和目標提供有力支持。但與傳統電源不同，光伏/風電等綠色能源具有強波動性，嚴重影響電解制氫系統的動態適應性和運行可靠性。

主要貢獻

簡要描述國內外風光等波動性電源制氫的發展情況，指出技術發展困境；
對比分析電解水制氫的技術經濟性，討論其發展前景；
從優化配置的規劃思想出發，立足于通過有效的過程控制確保系統穩定性，并以延壽控制管理為最終目標，提出高效穩定的波動性電源電解制氫技術路線預想。

研究內容

一、風光波動性電源制氫技術

風光等新能源發電的波動性是其固有屬性，對當前國內外風光等波動性電源技術制氫所涉及的核心技術進行梳理，指出目前風光波動性電源技術所遇到的發展困境，為風光波動性電源電解水制氫技術提供重要鋪墊。（1）風力波動發電制氫技術     近年來，我國風電的快速發展使電源結構發生了深刻變化，風力發電在全國12個省區成為第二大電源，截至 2021 年第 3 季度，部分省區風電裝機占本地區總裝機的比例如圖1所示，其中內蒙古、甘肅的風電裝機比例均超25%。

圖1 部分地區風電裝機占比

具有波動性的風電并網發電時，電網通過能源管理系統（Energy Management System，EMS）在廣域范圍內實現電網頻率和電壓的穩定控制，從而保證電解槽在額定電壓下運行，風力波動發電制氫特點如圖 2 所示。

圖2 風力波動發電制氫特點

（2）光伏波動發電制氫技術

太陽能的間歇性和波動性是其固有特征，利用太陽能制氫可有效避免直接光伏發電并網對電網穩定性產生的不利影響。光伏電解系統主要分為直接聚光驅動電解的直接耦合技術、利用直流-直流（DC/DC）變換器的間接耦合技術以及光能-熱能的綜合電解技術，這些技術均可有效提高制氫效率。光能-熱能綜合電解制氫是利用光能和來自太陽的直接熱能實現電解，利用光伏電池的余熱預熱液態水，實現高溫電解制氫，提高制氫效率，如圖3所示。

圖3 光能-熱能綜合電解技術

（3）風光互補波動發電制氫技術

風能和太陽能的間歇性和不穩定性是利用可再生能源大量發電的主要障礙，利用電能-熱能-風光能-氫能的綜合能源系統，完成能源的合理調配，并嘗試利用風能和太陽能的周期互補和波動性來降低風光耦合波動性，如圖4所示。

圖4 風光互補發電技術

構建綜合能源系統，實現風光等波動性能源互補發電既要考慮不同能源互通互濟的內部需求，還要考慮信息系統與能源網絡間的耦合及信息系統規劃建設的外部需求，需要充分利用智能電網的建設成果，智能化傳輸與分配電力，從而實現煤炭和風光等多種能源的協調利用，提升電網對可再生能源發電的消納能力，促進多能源互補電力系統發展，將光伏/風電等可再生能源轉化為氫能高效存儲，促進“雙碳”目標的實現。

二、電解水制氫技術

從電解水制氫技術原理、類型以及經濟性角度介紹風光波動性電源電解水制氫技術，對比分析電解水制氫的技術經濟性，討論各技術發展前景，為后續高效穩定的風光波動性電源電解水制氫技術做好技術鋪墊。（1）電解水制氫技術原理三種常見的電解水制氫技術：AWE、PEM、SPEC電解水技術如下面三個圖所示。

圖5 AWE電解水技術

圖6 PEM電解水技術

圖7  SOEC電解水技術

（2）電解水制氫技術經濟性分析

從電解角度來講，AWE 電解槽與 PEM 電解槽工作溫度較低，電解需要的主要能量為電能，即通過電能將水分解為氫氣和氧氣，而 SOEC 電解槽電解時需要電能和高溫熱能。各種電解方式的電解效率、耗電、電極材料均有所不同，制氫的成本也不同。以 AWE，PEM，SOEC 電解技術為基礎，采用優質催化劑、陰陽極材料、交換膜材料等得到的新型電解技術可以提高電解效率以及運行穩定性，從而間接降低電解水成本。隨著可再生能源電價的不斷降低，新型電解水制氫技術相較于其他制氫方式甚至相較于化石能源都具有更強的經濟競爭力。（3）電解水制氫的發展困境目前，制約電解水制氫發展的主要是成本問題和壽命問題。舊式電解水制氫技術無法實現波動性條件下電解池長壽命低成本運行，采用新型材料的電解技術優點突出，缺點是仍處于試驗研發階段，大規模應用效果未知。只有攻克設備長壽命運行過程中存在的如何有效協調波動電源電解制氫系統輸入和輸出，綠能制氫過程中如何調制電流將功率波動控制在合理范圍，如何合理表征、驗證或評價電堆及系統是否適應綠色能源網“生存”環境，如何提取波動和間歇功率輸入條件下電解制氫的復雜工況特征等一系列技術難題，才可突破電解制氫的瓶頸。

三、高效穩定的風光波動性電源電解水制氫技術

在前文的基礎上，從優化配置、過程控制穩定性出發，綜合闡述高效穩定的風光波動性電源電解水制氫技術，以延壽控制管理為最終目標，為實現風-光-氫產業鏈的良性發展，提出波動性電源電解制氫的技術路線預想。高效穩定的風光波動性電源電解水制氫技術示意圖如圖8所示。

圖8 高效穩定的風光波動性電源

電解水制氫技術

（1）風光波動性電源電解水制氫的優化配置風光電源的強不確定性及制氫系統受限于電壓、溫度、壓力等多參數耦合控制的特性，使得風光電源與電解制氫容量較難實現合理優化配置，可從優化配置方法和設備選型2個方面展開分析。本文提出應該首先研究電解制氫裝置的動靜態特性以及新能源波動性特征與電力電量平衡規律，在此基礎上構建風光-荷-氫相協調的波動電源電解氫系統優化配置模型，應用啟發式、人工智能等多種算法對模型進行求解，實現波動電源電解制氫系統自學習優化配置。

（2）風光波動性電源電解水制氫的運行過程控制強紋波/波動功率輸入下，緩慢變化過程（電解制氫系統）與快速響應需求（風光波動電源）之間的矛盾導致風光電源電解制氫系統長期處于非穩定運行狀態。此外，風光波動電源的出力響應時間為秒級，而電解制氫系統由于多參數強控制使其響應時間為秒級、分鐘級等多時間尺度，再加上制氫的需求具有強隨機性，因此，有效協調控制好波動電源電解系統的制氫過程及確保制氫系統的安全穩定運行十分必要。本文提出將波動性電源與隨機性電解制氫需求相協調，研究一種波動電源電解制氫系統高效穩定制氫的邊端協同自適應控制策略，進而研究一種波動電源電解制氫系統的紋波、溫度、壓力等全參數趨優過程控制的全過程高可靠延壽控制策略，以實現風-光-氫產業鏈的良性發展。

（3）風光波動性電源電解水制氫的延壽控制實現制氫系統長壽命運行的本質即研發長壽命電堆和長壽命電解制氫系統。長壽命電堆研發的關鍵技術包括宏微觀適應電堆的結構、催化劑材料及催化機理、電極微納結構及材料；長壽命電解制氫系統研發的關鍵技術包括優化配置方法以及延壽過程控制技術。為實現長壽命電堆，需要研究電堆所承載的波動特征檢測及融合方法，功率寬范圍調節、電流紋波調制及階躍快響應控制技術，構建復雜工況下基于狀態估計的安全產出、耐久經濟的多目標優先和多目標適應指標集以及電解制氫電堆及電源的規范化試驗驗證與理論評估體系，最終建立“優化配置→動態適應→過程可靠→主動延壽”的波動性電源制氫系統最優保障機制，以延長風光波動性電源制氫系統的壽命，實現電堆自適應波動輸入，滿足風光等新能源制氫系統高比例取用綠電功率、規范化運行的良性發展需求。

 結 論

立足于實現高效穩定的風光波動性電源電解水制氫，在國家“碳達峰、碳中和”的能源戰略下，綜合全文可得出以下結論。

 1）充分利用我國在智能電網領域的建設成果，加快構建綜合能源互聯網，通過不同能源系統之間的有機協調，實現各類能源負載的移峰填谷，提高對應能源供用系統的設備利用率水平，助力傳統一次能源利用效率提升，實現社會能源可持續發展。

2）分析對比穩定額定功率輸入及波動功率輸入2種情況下的各種電解水制氫技術的技術經濟性可以得出，SOEC電解水制氫技術的電解效率最高，但所需的固定投資最高，經濟性最差，當前僅處于實驗室研發階段；AWE 制氫技術最為成熟，成本最低，經濟性最好，但電解效率較低且不能適應波動性電源的變化；PEM 電解水制氫技術比 AWE 制氫技術電解效率高，成本有所提高，經濟性較好，最重要的是能夠精準匹配波動性電源的功率變化，是當前各國研究的主要方向，具有很好的研究前景。

3）提出風光波動性電源電解水制氫的技術路線構想，包括涵蓋波動性電源電解制氫系統的自學習優化配置策略、高效穩定制氫的邊端協同自適應控制策略以及波動性電源電解制氫系統全參數趨優過程控制等多方面全過程的高可靠延壽控制策略，建立“優化配置→動態適應→過程可靠→主動延壽”的波動性電源制氫系統最優保障機制，達成波動性電源電解水制氫延壽控制。

作者：葛磊蛟，崔慶雪，李明瑋

來源：智能配電網態勢感知技術

第六屆世紀氫能與燃料電池大會

會議背景

為進一步構建政產學研用協同創新平臺，CHEC2026第六屆世紀氫能與燃料電池大會定于2026年3月24日在北京召開。大會以 “氫啟新程，聚力騰飛”為主題，聚焦 “十五五” 氫能產業發展布局，邀請央國企、行業領軍企業、高校科研院所及金融機構代表齊聚一堂，圍繞技術創新、降本路徑、商業模式重構及全產業鏈協同展開深度交流，推動制、儲、運、加、用各環節協同發展，助力氫能產業高質量躍升。

大會同期將舉辦氫能觀察 “金鼎獎” 評選及頒獎盛典，表彰行業年度標桿企業與創新成果，凝聚產業發展合力。

會議信息

1、組織形式

主辦：中國氫能100人論壇 | 世紀新能源網

承辦：氫能觀察 | 氫能項目情報

2、參會規模

300人

3、時間地點

時間：2026年3月24日

地點：中國·北京

4、參會范圍

能源化工央國企業、政府主管部門、電解槽、儲氫系統、隔膜壓縮機、燃料電池系統、電堆、質子交換膜、催化劑、氣體擴散層、膜電極(MEA)、雙極板及其他材料等相關企業、科研單位、協會、銀行、投資基金券商等。

5、擬邀單位（排名不分先后）

中核、中石油、中石化、中海油、國家管網、國家電網、華能、大唐、華電、國家電投、三峽、國家能源、國投、招商局、華潤、中國商飛、中國能建、中國電建及美錦能源、國氫科技、陽光氫能、隆基氫能、天合元氫、三一氫能、上能電氣、禾望電氣、派瑞氫能、氫通能源、氫璞創能、億華通、厚普股份、氫晨科技、中集安瑞科、中車株洲所、億緯氫能、明天氫能、海德利森、大陸制氫、航天氫能、科威爾、重慶耐德、福瑞電氣、一汽、上汽、寶武、中交、河鋼、首鋼等相關單位。

“十五五”戰略展望：氫基能源發展、支持政策、全球化

1.2026年中國氫基能源場展望和挑戰

2.2026 年中國電解槽市場展望和挑戰(獨家)

3.2026 年國際對綠色氫能市場展望和挑戰

4.“十五五”中國氫能產業政策展望和挑戰

5.“十五五”氫能資本市場展望和挑戰

6.“十五五”氫能低空經濟展望和挑戰

7.“十五五”氫能交通領域展望和挑戰

8.氫能消費主要市場:歐洲中東綠氫市場及標準準入

重塑能源及工業格局 風光氫醇氨一體化從示范到規模化。

1.以電氫協同助力構建新型電力系統的探索與思考

2.綠氫經濟性拐點:堿性技術度電成本(LCOH)的臨界條件測算

3.大規模綠氫項目堿性電解槽技術難點探討

4.綠氫制備降本-PEM 電解技術突破與應用

5.不同溫度環境下的 AEM 電解性能優化

6.堿性電解槽隔膜的材料選擇與性能優化

7.堿性電解槽制氫電極最新技術進展探究

8.電解槽密封材料與耐久性提升技術

9.雙極板材料選擇與性能優化，性能提升的關鍵密碼

10.適應風光波動電源的10%-150%動態響應技術

11.S0C未來發展趨勢與產業化路徑

12.摻氫天然氣輸送與利用關鍵技術及工程應用

氫能交通專題：重卡、無人機、兩輪車應用技術和商業模式創新和挑戰

1.氫能無人機關鍵技術研究進展

2.氫能無人機場景應用探索與規模化發展

3.液氫飛機輕量化技術趨勢

4.氫燃料電池無人機的商業化經驗分享

5.大重載氫電無人機商業應用探索

6.氫能兩輪車“小場景大價值”的“試驗場”

7.氫兩輪車解決“最后一公里”出行問題

8.氫燃料電池用碳材料的產業化進展

9.基于實際場景的氫安全試驗評價技術研究與實踐

報名聯系

劉老師:13756043953

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