中电建成都设计院赵霁：大规模氢储能关键技术研究
摘要：
中国储能网讯：7月24日-25日，由中国化学与物理电源行业协会联合河北省钒钛行业协会等主办的2025全国液流电池产业发展... 中国储能网讯：
7月24日-25日，由中国化学与物理电源行业协会联合河北省钒钛行业协会等主办的2025全国液流电池产业发展大会暨第五届全国新型储能技术及工程应用大会在成都圆满召开。
大会以“聚焦液流电池技术创新，推动储能产业高质量发展”为主题，针对液流电池及新型储能产业面临的机遇与挑战等重点、热点、难点问题展开充分探讨，分享前沿技术路线、上下游供应链体系、智能化系统集成方案、创新商业模式、技术标准、示范项目应用案例以及新产品与解决方案。
在7月25日上午进行的物理储能与氢储能专场论坛中，中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司新能源分公司氢能技术中心主任赵霁做了题为《大规模氢储能关键技术研究》的主题报告演讲。
以下内容根据大会发言整理提炼，仅供参考。
中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司新能源分公司氢能技术中心主任 赵霁
赵霁：尊敬的各位专家领导，各位来宾，很荣幸有这样的机会给大家汇报一下，在氢储能方面我们做的一些工作。
首先我们先介绍一下，储能其实内涵很广泛，我们要从电到电，从电网取得能量，然后放到电网里面，这是一种储能。这个最典型的就是锂电储能。
然后第二种从电网取得能量，把它变成其他的形式，比如说变成热，这是另外一种储能。然后我们今天讲的氢储能是第三种电-X-电，就是把电网的能量变为其他的能源形式，然后再通过其他方式释放回电网，最典型的就是氢储能。我们今天讲的是第三种相对狭义的氢储能。
氢储能主要的应用场景实际上就是两类，第一类的规模化的场景，第一类就是在风电光伏电源侧去配置这样的氢储能。比较典型的应用场景就是在沙戈荒或者是水风光一体化的这种大基地里面，通过氢储存的形式去消纳部分的这种弃电，来提高通道的利用率，这是一个场景。
第二类是这种电网侧的这种独立的调节电源作为储能，规模化其实就只有这两种。然后现在刚才其实大家也都讲过了，现在电力系统深度脱碳的来电其实就是长时储能。对照我们的火电站来看，就是现在全国的煤电，其实煤就是火电站，本身就是一种储能，储的是煤炭。我们现在全国的统调的煤电厂存煤1.2亿吨，大部分的火电厂堆的煤能够足够保证用20天。
所以说从这个角度上来讲，火电就是一种长时储能，然后储能的时间多长？就得20天，比如说20天之内，如果说有什么极端的天气，那么火电厂的20吨的煤可以保证它这个可以连续地发电发20天。我们现在的风光，现在基本的装机比例大概是45%左右，电量大概占到18%左右，基本已经超过火电成为第一大电源了，但是我们现在配的储能在电源侧基本就是2个小时左右，4个小时，所以说储能肯定是完全不够的，需要这种长时储能的需求。
现在国外做的一些基础的研究，新能源电量占比达到50~60%之后，10小时以上的长时储能，需求就会凸显。现在按照现在的情况来看，我们现在的电量新能源的电量大概是18%左右，距离50%还有一段差距。所以说当前其实长时储能的需求还没有显现出来，但是我们相信到“十五五”到“十六五”之间，应该按照新能源渗透的比例进一步加剧，进一步提升，可能需求就会逐渐出来。
氢能是目前比较理想的长时储能形式，最大原因是容量大时间长，可以实现跨季节的去存储，电网的这种需求它是短期、中期、长期不同的需求，所以在这种不同的需求下，需要不同的储能类型，比如说毫秒级的这种应用，可能锂电或者是飞轮储能更适合。然后中长期的4个小时8个小时的可能压缩空气储能是比较合适的。
对于跨季节以周以月为计量的长时储能，氢能是当前比较理想的一种技术路线氢储能。现在氢储能的几个关键，一个是大型纯氢燃气轮机，现在目前几个主要的燃气轮机厂家，其实已经都开始在布局相关的这种研究工作。
从当前的情况来看，比如说东芝规划的技术路线图大概就是2027年左右，实现100%的大规模的纯氢燃气轮机。因为现在做这些示范，其实大概还是一些比例也没那么高。然后现在你看东芝、西门子也都在做一些相关的布局研发工作，大的范围基本就是2030年、2027年左右，也就说大概5年左右的一个时间，去推出自己商用化大规模的纯氢燃汽轮机产品。
现在国内外也都因为瞄准到尝试储能一个市场空间，其实国内外的厂家也都在做一些试点示范项目，这里面主要就是以德国和加拿大为主在做相关实验。一个是加拿大的Markham，做了一个2.5兆瓦的储能，日本的福岛、犹他州都做了一些新储能示范项目。
我具体给大家报告一下，一个是加拿大的Markham，这是一个2.4兆瓦的用氢储能参与调频辅助服务的一个示范。这个项目规模很小，但是意义很大，因为实际上是完全的证明用氢储能参与电网调频辅助服务，至少在技术上是可行的。然后它相当于是一个离网的风光，然后氢储能去参与电网的辅助服务，具体通过加拿大的IESO都通过AGC来下调度指令，大概是两秒钟一个信号的调频的指令。
从这张图上来看，跟踪的情况比较好，大家可能只看得到一根线，是因为它下发的调度指令和它响应的功率指令完全重合的，就是没有时间上的偏差，也没有调节精度上的偏差，基本就重合成一条线了。所以说通过这个情况来看，氢储能参与电网调频辅助服务技术上是可行的。
然后另外一个就是在美国犹他州开展了一个氢储能的示范项目，这个项目还是在前期的论证阶段，还比较早期，这个是利用犹他州比较多的盐穴空间去做氢储能，然后通过燃气轮机发电，通过燃气轮机发电，这是一个电氢电的大型氢储能项目，整个规模是非常大，规划是840兆瓦的一个燃气能机，要做纯氢的替代应用，目前是已知最大的一个项目大概就是位于犹他州，整体情况还是比较早期，因为这么大规模的纯氢燃机的应用会面临比较大的技术挑战，里面核心的部件就是纯氢燃气轮机。
因为氢气本身它燃烧的温度是比天然气要高，所以对纯氢燃气轮机它的叶片部件的耐高温是有比较大的影响和挑战。氢储能最大的好处就是容量大，刚才说的犹他州项目，一个63万立方米的地下盐穴，可以存储氢气的量大概就是5,500万吨，这个折算成按照效率折算成电的能量，这个项目就比全美所有的锂电储能的装机总量加起来都要大，它空间比较大，并且延续是现成的，也不需要自己去开挖。
然后新储能现在最大的一个价值就是带来这种可再生能源间歇性的特征，这种总量过剩与局部的时段短缺这么一个结构性的矛盾带来一个解决方案。
从美国ISO的这个情况来看，加州的新能源渗透比例是比较高的，但是由于风光自身的间歇性特征，导致总量是过剩的，每年会有大量气象情况发生，但是在局部时段它又是不足的，比如说会有那种连续无风无光的天气，这时候总量又不足，需要从外部去调度能源。
这个时候其实就需要如果是用电池储能去平抑这种矛盾，那么电池储能的费用将超过整个加州的GDP，所以现在美国现在的解决方案，就是说一方面通过市场调节机制，一方面增加一些电池储能。
更重要的另外一方面也是想去尝试，通过一些氢储能的方式来解决大容量的储能的需求。其实目前在国内也做了一些这种相关的示范。国家电投在荆门做了一个项目示范，就是用传统的天然气燃气轮机掺了15%的这个氢气，目前来看掺15%基本是ok的，因为这个比例不大，所以整体来说技术上是可行的。但是如果再往后加，可能问题挑战就会多一些。
另外一个就是日本福岛做的项目，这个是日本福岛核地震核泄漏之后，作为重建福岛重整福岛社会信心的一个项目，通过这种当地的20兆瓦的太阳能发电，配置了10兆瓦的减碱性电解槽制氢来做一个新的储能应用。
目前这个项目整体上来说也是用氢储能作为一个灵活性的调节资源，去响应电网的调度需求。目前这个项目整体来看，基本已经也投产了，运行的效果也还不错，这里面用到了一个10兆瓦的碱性电解水，从实际运行的情况来看，应该说碱性电解水制氢，它的跟踪能力基本上是能够响应电网的调峰需求。
总结一下就制氢与可再生能源协同，不仅可以扩大可再生的比例，也有利于提升制氢的这种经济性，所以现在很多地方也都在提，我能不能利用这种弃风弃光的资源去制氢，把这种近乎零成本的资源、要浪费掉的资源，变成可以销售出来的氢气。
最后还讲一下，现在其实也有一些用户侧的应用，但是我个人觉得可能没有太大的空间。因为这个本身不是新储能的一个长项，就是用氢储能这种大容量长时间存储的去做这种后备电源的应用，我个人觉得应该是没有多大前景。这个市场肯定是锂电的。
然后稍微总结一下，当前的氢储能应用以示范项目为主，装机规模在百千瓦到兆瓦级，距离GW级的应用还有很大的距离，长时间的储能应用国内暂时还没有。
然后再讲一讲氢储能关键技术，首先第一个讲氢储能本身，就是可再生能源制氢加氢储存加氢发电，其实就是三大块，先制出来进行存起来再发出去。从目前国内公开的南网现在做一些国重的氢储能示范项目来看，公开的数据大概效率基本就是26%左右，其实效率很低，就是说4度电换一度电，你充进去4度电用来去电解了，最后能回馈给你的就是1度电，所以整体效率我觉得还是比较低的。
但在某些情况下，在某些长时储能的需求情况下，效率有时候低一点没有那么重要，因为有的时候他就要用。目前主要的几种技术路线就是这么碱性、PEM和SOEC。当前大家用的比较多的还是前面两种，碱性电解水和PEM，碱性制氢技术主要还是说就比较便宜，然后相对来说动态性能差一点。
PEM主要是性价格要高一些，然后相对来说响应的能力也要强一些。目前主要的国内就是以前面两种为主，然后从技术从看氢燃气轮机的技术，目前GE，西门子、日本三菱其实都在进行相关的研究，特别是GE对自己的行业性燃气轮机做了一些尝试示范，基本60%左右的是可以实现的。日本三菱在这种重型燃机700兆瓦以上也进行了30%左右的。
现在大家其实都是在开展相关的研究工作，里面其实有几个比较大的技术问题，第一个，燃烧高温，就是氢气燃烧的温度会比天然气要高得多，然后它燃烧的速度也会要快一些。所以对燃气的研发其实会有一些比较大的挑战，同时它也会有一些回火的问题。
从这张图上可以看出来，它的燃烧速度太快了，会产生回火。另外还有一些高氮氧化合物排放的问题。然后燃料电池这一块，目前的问题还是做不大，现在做到兆瓦级或者是最大做到十几个兆瓦就算很大了，这个氢储能的规模化应用，还差得比较远。
总体来说，氢储能相比于其他储能形式，在长时储能方向具有明显优势，但目前还是缺乏应用场景。需在实践中通过示范形式，逐渐明确其高价值的应用场景。
以上就是我的汇报，谢谢大家！
一审：刘亚珍
二审：裴丽娟
三审：潘 望
