【专家PPT】秦晓辉：支撑新型电力系统平衡与减碳的新能源制氢及综合利用.pdf

支撑新型电力系统平衡与减碳的 新能源制氢及综合利用 一、新型电力系统面临的平衡挑战 二、新型电力系统的减碳路径 三、新能源制氢及综合利用 汇报 内容 1 随着电源主体发生根本变化 ， 新型电力系统将主要面临 电力电量 平衡 、 安全稳定分析 控制 、 能源电力深度脱碳 三个方面 的巨大挑战 。 一、新型电力系统面临的平衡挑战 源荷双侧随机波动影 响电力电量平衡 电力系统中发电和用电瞬 间完成，发电功率和用电 负荷实时平衡。随机性的 电源波动、负荷冲击形成 的问题将 对电力电量平衡 产生 极大影响。 能源电力系统深度脱 碳路径不 明晰 能源电力系统转型中煤电、 核电、天然气发电演进路 径不明晰； CCUS、储能、 电制氢等前瞻技术快速发 展，但单一技术实现电力 零碳排放的经济挑战巨大。 充裕 性、灵活性 技术经济性 适应新型电力系统的安全 稳定支撑机理还需明确 新能源接入电压支撑较弱、 短路比不足的交流系统， 无法实现锁相同步；电力 电子装置的快速响应特性， 带来宽频振荡等与电力电 子相关的新稳定形态 。 安全性 2 3 新型 电力系统需要同时面对供需两端的巨大变化 ， 风光出力的强随机性波动性 和 用电负荷的日益 尖峰化 都给电力电量平衡带来了巨大的挑战 ， 传统的源 、 荷实时平衡模式难以为继 。 如何在更大的时 间尺度和空间范围内 ， 重新构建源 、 荷 、 储三者参与的非完全实时电力电量平衡模式 ， 确保可靠的电 力供应和灵活高效的高比例新能源消纳 ， 是必须解决的核心问题之一 。 负 荷 尖 峰 双侧随机波动 新能源出力随机波动 新型负荷尖峰 化 供需的物理逻 辑不匹配 强对立矛盾性 年份 指标 数值（亿千瓦） 2025 装机容量 10 日最大波动 3.6 2030 装机容量 12 日最大波动 5 2060 装机容量 50 日最大波动 1015 2020 2025 2030 2060 用电量 （万亿千万时） 7.4 9.2 10.3 16 最大负荷 （亿千瓦） 12.4 15.7 17.7 / 平均负荷 （亿千瓦） 8.45 10.50 11.76 / 最大负荷 / 平均负荷 1.47 1.49 1.51 1.5 最大负荷与平均负荷之比持续提升，最大负荷持 续时间极短 新能源出力随机波动，且幅度持续增大 发用电解耦 一、新型电力系统面临的平衡挑战 1. 新能源 最小出力处于较低水平 ， 而且可能出现连续数日的小出力 ， 对系统电力电量平衡 和供电保障支撑 能力不足 2019年各省 、 各区域 、 公司经营区新能源 最小日平均出力 水平分别为 3.6、 8.0和 10.7， 新能 源 最小瞬时出力 水平分别为 0.2、 1.1和 5.0， 区域间互补效果不明显 。 今年 7月 28日 ， 东北全网风 力发电创历史 新低 ， 不足风电装机容量的 0.1。 而且即使从省级范围内来看 ， 仍会出现连续数日的小 出力时段 。 随着 新能源装机占比的不断提升 ， 新能源虽然对全年电量平衡有一定贡献 ， 但 对周 （ 月 ） 级 电量平衡和电力平衡的支撑能力仍较弱 ， 不足以保障高比例 新能源电力 系统的供电可靠性 。 公司不同范围内新能源最小瞬时出力 3 .6 8 .0 10.7 5 .9 9 .1 11.6 0 2 4 6 8 10 12 14 各省平均 区域平均 国网 新能源 1 天最小日平均出力 新能源 3 天最小日平均出力 1.8 2.9 4.1 0.2 1.0 5.0 0 1 2 3 4 5 6 各省平均 区域平均 国网 30 年新能源最小瞬时出力 新能源最小瞬时出力 公司不同范围内新能源最小日平均出力 一、新型电力系统面临的平衡挑战 4 某省风电连续数日小出力曲线 （某周， 15分钟采样间隔） 2. 寒潮 等极端 气候下电力 供应需求显著增加 ， 电力 供应保障 难度进一步加大 我国中东部非供暖区域过去 35年共发生寒潮 43次 ， 单次最大影响面积为 110万平方公里 ， 气温最大 下降 14， 负荷最大增长可达 2亿千瓦 。 2021年 1月 7日寒潮导致用电负荷创历史新高 ， 国网经营区最大负 荷达 9.6亿千瓦 ， 同比增长 25。 2021年 7月 28日 ， 东北地区天气连续多日高温 ， 东北全网用电负荷最高 达到 7058万千瓦 ， 同比增长 8.2；而 风力发电却创 历史 新低 。 亟待配置足够的保障电源 ， 加强极端气中 长期预测与需求 侧 响应 ， 以 保证常规电力平衡和应对极端气候下的新增电力供应需求 。 一次寒潮影响面积分布情况 国网经营区 1月 7日用电负荷曲线 一、新型电力系统面临的平衡挑战 5 3. 新能源 发电与用电季节性不匹配 ， 存在季节性电量平衡难题 从负荷需求特性来看 ， 我国 负荷 表现为夏 、 冬高峰 ， 而电源侧 风 电 为春 、 秋高峰 ， 光伏 发电为夏 、 秋高峰 。 虽然风电 、 光伏发电月度电量分布具有一定的互补性 ， 按电量平衡分析 ， 风光互补可在一定 程度上减少新能源季节性的影响 。 但新能源月度电量分布与负荷需求不匹配 ， 夏季负荷电量高 ， 而新 能源发电量低 ， 存在季节性电量平衡难题 。 一、新型电力系统面临的平衡挑战 6 6 7 8 9 10 11 12 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 占比 月份 负荷 光伏 6 7 8 9 10 11 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 占比 月份 负荷 风电 风电发电量月度分布与负荷需求电量月度分布之间的对比关系 光伏发电量月度分布与负荷需求电量月度分布之间的对比关系 7 4. 高比例新能源的消纳问题 发展早期 追求 保障新能源的高利用率主要是 由于当时新能源发电设备的成本较高 ， 为了充 分利用新能源发电设备 ， 避免短期内投资过热 和设备浪费 ， 促进行业的健康可持续发展 ， 才 确立了高利用率保障目标 。 新能源电量占比与利用率变化 趋势示意图 发展中后期 新能源 发电设备成本不断加速下 降的趋势下 ， 单纯追求新能源的高利用率已经 没有必要 ， 而 应转向 “ 由保到促 ” ， 即由保利 用率向促消纳转变 ， 主要致力于促进电力系统 中新能源发电量占比的提升 。 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 风电全年小时级出力从大到小排序 时间（小时） 出力（ p .u ., 相对于总的装机容量） 风电场全年小时级出力排序曲线 一、新型电力系统面临的平衡挑战 电力电量平衡示意图 8 双碳目标下 ， 我国能源系统 低碳转型路径复杂 ， 技术依赖度 较高；且须主要依靠自身完成深度脱碳 。 以新能源为主体的新型电力系统 高度依赖 电网灵活性资源 ， 但现有技术条件下可利用灵活性资源规模有 限 ， 还有保障系统供电的压力 ， 因此未来亟需突破 火电 CCUS、 储能 、 需求侧响应 等关键技术 ， 进一步 提升新能源接入规模 ， 促进能源电力系统深度脱碳 。 此外 ， 高比例新能源接入下电网弃风 、 弃光率将会 显著上升 ， 有必要应用 新能源电制氢 技术开辟新的新能源非电消纳途径 ， 进一步提高一次能源消费中的 非化石能源消费占比 ， 降低电网消纳途径的压力 ， 提升能源系统整体效率 。 电氢综合利用示意图 长 管 拖 车 管道 运输 液 氢 槽 车 热电联供 CCUS发展前景预估 一、新型电力系统面临的平衡挑战 5. 能源电力深度脱碳 二、新型电力系统的减碳路径 9 1. 能源 电力系统演化的关键要素 及相互关系 研究 根据 社会 技术系统转型 理论， 电力系统的演化关键要素分为三层宏观层的政策环境，中观 层的行业结构，微观层的技术创新。 中观结构层的转型路径将取决于宏观环境、微观技术上下两 层的节奏匹配与协调力度， 在不同的政策导向与技术 驱动下 ，中观结构层将会呈现出不同的转型 演化路径 。重点研究中观层路径演化及其与技术的关系，并探索微观具体技术发展路径。 路径 1 低碳演进路径 路径 N 零碳演进路径 2 0 6 0 年 推荐目标 场景 当前状态 （ 电源结 构 、 电量结 构 、 电网形 态等 ） 2030 年 2060 年2045 年 路径选择 宏观环境层 微观技术层 路径 2 低碳演进路径 宏观环境层 中观结构层 微观技术层 环境变化对现有中观结 构产生压力 ， 为技术创 新带来机会 新的社会技术体制结构 形成 ， 并影响宏观环境 包括多个维度的现有体 制形成稳定关联结构 技术开始与现有中观结构抗衡 ， 稳定结构被打破 ， 与技术融合或 者坍塌 ， 导致中观结构重构 技术逐步发展 ， 资源配置能力 和制度影响力不断提升 多个技术出现 ， 通过学习过 程成长 ， 发展方向逐步明晰 市场 、 用户偏好 标准 政策 技术 文化 典型的社会 技术系统转型 过程 及技术推动作用 电力系统 转型 演化 过程 二、新型电力系统的减碳路径 10 2. 新型 电力系统演进路径及关键影响技术  新型电力系统的双轮驱动演进 模式 传统的规模驱动发展模式 从世界范围来看 ， 电力 系统从无到有 ， 单机 容量从 低到高 ， 系统装机规模从小到大 ， 系统 电压等级从低到高 ， 系统互联范围从小到大的发展历程 ， 都体现 了传统工业化思维指导下的发 展特点 ， 即遵循 规模经济的发展范式主要 通过规模驱动发展 ， 以规模 效益与相应的技术改进 来 实现系统能效 （ 经济性 ） 与安全稳定性 （ 安全性 ） 的提升 。 电力系统主要技术指标的发展演变 电源 的 集约化 电网规 模扩大 电压 升级 安全 经济 环境 矛盾三角形 二、新型电力系统的减碳路径 11 2. 新型 电力系统演进路径及关键影响技术  新型电力系统的双轮驱动演进 模式 新能源系统规模效益逐渐陷入瓶颈 风 电 、 光伏等能量密度低 、 能源供应不可靠的新能源发电大量并网后 ， 系统 规模效益将 逐渐陷入瓶颈 。 规模效 益瓶颈 源端技 术特性 土地资 源占用 原材料 供应 发输电 设备利 用率 备用容 量和调 节资源 供电保 障能力  电源的技术特性从 “ 硬、集、大、稳 ” 向 “ 软、散、小、 晃 ” 变化，不具备自主支撑能力，无法通过规模增大而自 然实现互助增强， 系统安全性下降 ；  一次能源供应不可靠，出力大幅波动， 系统可靠性下降 ；  设备利用率低，系统附加投资和备用调节资源多， 系统经 济性下降 ；  能量密度低，占地多，原材料供应充裕度问题， 系统发展 规模远期受限 二、新型电力系统的减碳路径 12 2. 新型 电力系统演进路径及关键影响技术  新型电力系统的双轮驱动演进 模式 技术驱动与技术创新体系 在 “ 技术驱动 ” 方面 ， 技术 创新将在新型电力系统的发展和路径选择中发挥越来越 关键的 作用 。 总体上看技术 创新可 分为 三层  （ 系统内 ） 基础支撑 技术 对 电力 系统内部 各要素 具有重要支撑作用  （ 跨行业 ） 关键影响 技术 对能源电力系统 减碳 路径具有重大影响力  （ 跨领域 ） 颠 覆 性 技 术 对 电力 系统结构形态具有 重大 颠覆 性 影响 小型核电站可控核聚变 直接 CO 2 捕集存储 高性能材料及器件 典型颠覆性 技术 （跨领域） 关键影响 技术（跨行业） 基础支撑 技术（系统内） 新能源主动支撑极端天气预报预警 先进输电技术 需求侧响应 大规模长时储能CCUS 大规模长时储能 电氢综合利用 二、新型电力系统的减碳路径 13 2. 新型 电力系统演进路径及关键影响技术  新型电力系统 演进路径 总体来看，新型电力系统存在两条大的演进路径，即 低碳演进路径 和 零碳演进路径 。 低碳演 进路径无法靠系统自身完成碳中和，所以项目 重点针对零碳演进路径展开分析研究。根据 前述 直 接降碳 （ CCUS）、 替代降碳 （新能源 大容量长时储能）、 结构降碳 （电氢综合利用）三种降碳 模式及其关键 影响技术 的发展，零 碳演进路径主要存在三种可能演进方向 。 二、新型电力系统的减碳路径 14 2. 新型 电力系统演进路径及关键影响技术  零碳路径下演进方向 1大规模新能源 煤电 CCUS 现有发展模式下延续性最好的演进方向 ， 在 新能源大规模发展的同时， 煤 电仍得以较多保留， 但需要依靠 CCUS技术实现煤电碳排放的移除 。 煤电 减碳不减 容 ，预计到 2030年，煤电总装机仍需 保持约 13.514亿千瓦， 2060年煤电总装机需保留约 8.210.7亿千瓦，但煤电总体利用小时数将低于 1000，到中和目标年 需要 CCUS移除的碳排放量将达 10亿 吨 /年。 2030 年高峰负荷日电力平衡 2060 年高峰负荷日电力平衡  零碳路径下演进方向 2超大规模新能源 储能 需求侧响应 在方向 1的基础上，如考虑到 CCUS技术的成熟度和经济性没能及时突破，以及高调节性 能、低利用小时数煤电的技术经济性和生存机制等问题，导致 煤电无法有效保留 ， 新能源装机发 展规模需进一步增加 ，同时 需要配置更多的抽蓄和储能以部分解决日内调峰和电力平衡问题 ，但 在日电量不足时则无法应对， 需要依靠需求侧 响应技术以有限 解决电力平衡缺额问题 。 二、新型电力系统的减碳路径 15 2. 新型 电力系统演进路径及关键影响技术 二、新型电力系统的减碳路径 16 2. 新型 电力系统演进路径及关键影响技术  零碳路径下演进方向 3更大规模新能源 储能 电氢 与方向 2相比 ， 该 方向的主要特色是 依靠电氢综合利用技术来应对日电量不足 的 情况 ， 可从电能需求 、 保 供手段和制氢来源三方面进行分析  降低电 力保供压力 在终端 ， 电能与氢能存在 一定竞争 关系 ， 未来如果 氢能和 用 氢 /氢基负荷得以 较好发 展 ， 将会减少电能消费的 需求 。  新增保 供 电源 氢燃料电站和氢燃机发电技术发展成熟后 ， 具有快速启动调节特性 ， 新增电力支撑手段 。  增加新能源非电消纳途径 该方向下新能源 装机规模将进一步增加 ， 新增部分主要用于在源端以非并网形 式 （ 至少为非功率交互形式 ） 进行独立绿电 制氢 。 2022年 9月全球 最大煤制氢变压吸附装置项目在陕西榆林正式 投运 综合能源生产单元典型结构示意图 二、新型电力系统的减碳路径 17 2. 新型电力系统演进路径及关键影响技术  新型电力系统演进方向 以上两条 路径以及零碳路径的三个演进方向 的特征对比如下表所示 。 路径 /方向 路径 /方向选择关键影响技术 化石能源发电保 留规模 新能源 开发规模 新能源 并网规模 保供 能力 系统总电量 低碳 传统技术 最大 较大 较大 强 大 零碳 /方向一 CCUS 大 大 大 强 大 零碳 /方向二 大规模长时储能 小 超大 超大 弱 大 零碳 /方向三 电氢 小 ,但中间过程中 可较大 最大 大或 超大 强 相对 较小 二、新型电力系统的减碳路径 18 2.新型电力系统演进路径及关键影响技术  新型电力系统演进方向 前述零碳路径三个演进方向的描述是三种降碳模式各自单一驱动下的极限发展场景 ， 可以看 作是电力系统降碳演化路径集合曲线簇的边缘包络线 。 目前影响 零碳路径演进方向选择 的三类关键 影响技术都在加快研发和 示范 ， 从以往历史 发展 经验来看 ， 各种技术都是边实践边进步 ， 既竞争又合作 。 因此 ， 可 按照包含多种关键影响技术 的 综合 方案来推荐未来最 可能的 目标场景 和具体演进路径 。 火电 当前 2030 2060 新能源 电 -氢 CCUS 大规模长时储能 抽蓄 负荷侧响应 二、新型电力系统的减碳路径 19 3.能源电力协同演进场景及减碳成本敏感性分析  推荐演进路径下的场景 通过重点对 CCUS、 大容量长时储能 、 电氢 综合利用三大关键影响技术的远期发展规模进行分 析研判 ， 并综合 考虑 “ 1N” 政策体系要求 、 能源消费总量上限 、 非化石能源消费占 比 、 自然碳汇 能力 、 电力 碳 预算 等重大边界条件 ， 经 统筹优化分析 ， 提出我国 能源电力推荐演进路径 ， 包括一次 能源消费 、 终端能源消费 、 用电需求 、 电源装机规模 、 电源发电量及结构等变量的路径轨迹 。 经济 发展目标 2060年国民生产总值较 2020年翻两番， 2020-2030年 期间 GDP年均增速约 5.1， 20302060年 期间 GDP年均增速约 2.9。 能源 消费总量 一次能源消费 2030年前后达峰 ，峰值控制在 60亿吨标煤 以内。 能源结构 非 化石能源消费占一次能源消费 比重 2030年 达到 25以上， 2060年 达到 80以上。 碳汇 预计 2020-2060年间碳汇能力稳步提升，本课题取 2060年碳汇能力为 15亿吨 作为研究基础。 碳减排目标 2030年前碳排放达峰， 2060年碳中和， 2030年单位 GDP二氧化碳排放比 2005年下降 65以上。 非化石能源开发潜力 及目标 常规水电、核电技术可开发量约 6亿和 4亿 5亿千瓦； 2030年新能源装机规模 12亿千瓦以上。 电力碳预算 20202060年我国电力碳排放预算约 780亿 1300亿吨 。 二、新型电力系统的减碳路径  推荐演进路径下的场景 能源消费总量及结构 20  一次能源 以风电 、 光伏发电为代表的 清洁能源 逐步成为一次能源供应的主体 ， 非化石能源 占一次能源消费比重 2030年超过 25， 2060年超过 80。  终端能源 电力作为清洁能源配置的主要载体 ， 在终端能源消费中的角色愈发重要 ， 终端电 气化水平 2030年超过 39， 2060年超过 70， 氢能远期应用加速 ， 在工业和交通领域替代 逐步加强 ， 2060年有望达到 7200亿立方米 ， 占终端能源消费的比重有望达到 15左右 。 零碳情景下 2020-2060年一次能源结构演进路径 零碳情景下 2020-2060年终端能源 结构演进路径 3.能源电力协同演进场景及减碳成本敏感性分析 二、新型电力系统的减碳路径  （ 1）推荐演进路径下的场景 电力需求及电源结构 21 2020-2060年全社会用电量增长趋势 2020-2060年电源 装机规模及结构 演进路径  电力需求 预计 2030年全社会用电量为 11.8万亿千瓦时 ， 2060年达 15.7万亿千瓦时 。  电源装机 2030、 2060年电力系统总装机达 40亿 、 68亿千瓦 ， 风光新能源装机占比 ， 2030年达到 38， 2060年达到 62；  发电量结构风光新能源发电量占比 ， 2030年达到 21， 2060年达到 54。 3.能源电力协同演进场景及减碳成本敏感性分析 2020-2060年发电量及结构 演进路径 二、新型电力系统的减碳路径  推荐演进路径下的场景 电力需求及电源结构 22 2020-2060年全社会用电量增长趋势 2020-2060年电源 装机规模及结构 演进路径  电力需求 预计 2030年全社会用电量为 11.8万亿千瓦时 ， 2060年达 15.7万亿千瓦时 。  电源装机 2030、 2060年电力系统总装机达 40亿 、 68亿千瓦 ， 风光新能源装机占比 ， 2030年达到 38， 2060年达到 62；  发电量结构风光新能源发电量占比 ， 2030年达到 21， 2060年达到 54。 3.能源电力协同演进场景及减碳成本敏感性分析 2020-2060年发电量及结构 演进路径 氢能未来可在 新能源电制氢 、 调峰调频 等场景灵活应用 ， 是能源电力深度脱碳的关键技术 。 IEA认为电制氢是未来全球最大的电力需求增长因素 ， 预计 到 2050年全球商业化电制氢将达到 12万 亿千瓦时 ， 占全球电力需求的 20。 未来重点突破 规模化可再生能源直接电制 氢 、 储氢 、 电网融合互动核心技术 ， 以氢电融合发展 为核心 ， 因地制宜布局电氢融合基础设施 ， 扩展绿氢在终端用能领域的 应用场景 ， 助力能源系统整 体实现深度脱碳 。 氢能技术发展趋势 来源中国氢能源及燃料电池产业白皮书 氢能应用场景 H 2 发电 ≤需 求 发电＞需 求 电解水制 氢 储 氢 加 氢 站 燃料电池发 电 充 电 站 工商业负 荷 热综合利 用 可再生能 源 电池储 能 H 2 能量管理系统 DC- DC DC- DC H 2 天燃 气管 道 成本不高于 20元 /公斤 成本不高于 20元 /公斤 技 术 指 标 技 术 热 点 制 氢 燃 料 电 池 寿命 5000h 成本 8000元 /KW 当前 2025年 2035年 成本不高于 15元 /公斤 寿命 20000h（固定式发电 ） 成本 4000元 /KW 寿命 100000h（固定式发电 ） 成本 800元 /KW 制 氢 碱性提高电流密度 质子交换膜低贵金属担载催化剂、大面积膜电极、差压式电解槽 质子交换膜低 Pt或非 Pt催化剂、高温质子交换膜、金属双极板 固体氧化物燃料电池可逆固体氧化物电池 储 运 35MPa气态； 20MPa长拖车 70MPa气态， 45MPa长拖 车，储氢密度 4.0wt 低温液态，固态储氢，管道运输 储氢密度 5.5wt 储 运 气态储氢提高储氢密度， 70MPa的 Ⅳ 型储氢瓶 液化储氢减少气化损失、降低保温能耗 燃 料 电 池 23 23 三、新能源制氢及综合利用 三、新能源制氢及综合利用 24 1 .全球氢能战略 截至 2023年初 ， 全球约有 40个国家制定了国家氢能战略 ， 其中大部分以绿氢为主要发展 方向 。 国际氢能委员会预测 2050年 全球氢能将占全球能源消耗总量的 18， 5.2亿吨的氢能需求 将达到 2019年的 7倍 、 2020年的 6倍 。 全球范围内氢能产业链已经初步实现商业化 ， 预计未来 5 年内将迎来产业爆发期 。 三、新能源制氢及综合利用 25 2 . 氢能现状 4 18 30 48 全球范围 工业用氢来源 电解水 煤炭 石油 天然气 目前从 全球范围来看 ， 天然气制氢 、 石油制氢是氢能的最主要的来源 ， 占比接近 80， 化石能源制氢 （ 灰氢 ） 占比接近 96。 我国氢气生产消费现状 三、新能源制氢及综合利用 氢气可以采用多种工艺和能源制取 ， 为表述方便 ， 经常以颜色进行区分 ， 诸如绿 氢 、 蓝氢 、 灰氢等 。 但是上述分类方法难以对所有制氢工艺进行明确量化区分 ， 即使 针对同一制氢工艺 （ 如电解水制氢 ） 也很难体现为一种颜色 。 因此 ， 基于生命周期温 室气体排放方法客观量化定义不同制氢方式 逐步被业界认可 。  可再生氢 、 清洁氢与绿氢大体相当 ， 低碳氢与蓝氢大体相当 3 .绿氢、蓝氢、灰氢与低碳氢、清洁氢、可再生氢之间的关系 项目名称 指标 低碳氢 清洁氢 可再生氢 单位氢气碳排放量 （ kgCO2eq/kgH2） ≤ 14.51 4.9 4.9 制氢所消耗的能源必须 为可再生能源 否 否 是 中国低碳氢、清洁氢与可再生氢标准 26 三、新能源制氢及综合利用 2.电解水制氢技术  技术路线 根据电解质种类不同电解水制氢技术可以分为 碱性 、 质子交换膜 、 固体氧化物 和 阴离子交换膜 电解水制氢技术 ， 质子交换膜电解制氢技术是未来的大中型可再生能源 制氢技术的主要发展方向 ， 固体氧化物电解水制氢技术适用于具有高温启动热源的稳 定制氢应用场景 。 我国电解水制氢宜采用碱性电解水 （ AWE） 和质子交换膜电解水 （ PEM） 技术并举路线 。 27 氢的物理参数 在标况 （ 0℃ ， 1 个 大 气 压 , ） 下 ， 氢 气 的 密 度 约 为 0.0899g/l, 折合 89.9g/nm3， 只有空气密度的 1/14。 氢气的 质量能量密度很大 ， 约为 142351kJ/kg， 约为汽油的 2.8倍；但氢气的 体积能量密度 较低 。 制取一标方氢 89.9g需要 4.2度电 ， 能量转换效率约为 85；如按转换效率 70算 ， 则制取一 标方氢需要约 5度电 。 28 三、新能源制氢及综合利用 3 .电氢综合利用 氢燃料电池发电技术路线 氢燃料电池发电技术是将氢气和氧气通过电化学反应直接将化学能转化为电能的 发电技术 ， 其过程不涉及燃烧 ， 不受卡诺循环的限制 ， 能量转化率高 ， 产物为电 、 热 和水 ， 是氢能应用的重要形式 。 目前 ， 质子交换膜 和 固体氧化物 燃料电池技术较为成 熟 。 4. 氢能发电技术 PEMFC 工作原理图 氢燃料电池 29 三、新能源制氢及综合利用