氫氣是一種重要的清潔能源，能用於電力、熱力、冶煉、冷卻、製造、化工和燃料等多種應用場景，可調整能源**結構。因此，氫被認為是最有希望取代傳統化石燃料的能源載體，未來在能源結構中將占有一席之地。
傳統製氫技術需要消耗大量一次能源或生產原料，並產生二氧化碳等汙染，若採用風光等可再生能源製氫將產生巨大的經濟和環境效益。今天，請跟隨一起全面了解風光製氫技術。
我國水電、風電、光電裝機規模均居世界第一，**機容量約占全球可再生能源總量的28%。但我國發電與負荷的地理分布不均，遠距離外送的技術制約加上可再生能源發電所固有的隨機性、季節性和反調峰特性進，這使得風電和光電存在分布不均和發電量不穩定的特點，對其併網帶來了一定困難，導致棄風、棄光、棄水情況嚴重。
2023年，我國棄風、棄水、棄光電力合計約720億kw·h（相當於佛山全市一年用電量），棄風、棄光電量總和約為215億kw·h；2023年，我國棄風、棄光現象主要集中在「三北」地區，其中甘肅棄風率最高為13.8%，*棄光率最高為25.4%。
而對於具有不均勻性、間斷特性的大量棄風、棄光資源，氫能是一種理想的能量儲存介質，採用電解水製氫技術**棄掉的風光電力，既有效解決我國可再生能源消納及併網穩定性問題，又利用可再生能源替代化石燃料製氫減少碳排放，具有巨大環境和經濟效益。
風電製氫即將富餘風力資源通過風輪轉子轉化為機械能，再將機械能轉換為電能送入電解水製氫裝置實現電—氫轉換，經由壓縮機壓縮存入儲氫罐中，經過運輸在應用終端，通過氫燃料電池發電或直接應用於化工、醫療等行業。
風力發電製氫系統根據與電網連線情況可以分為併網型風電製氫系統和離網型風電製氫系統，目前我國離網條件下風電耦合製氫技術尚處於起步階段，大多採用併網型風電耦合製氫系統，整體系統結構如下圖所示，包括風力發電機組、儲能變流器能量轉換及控制系統、電解槽製氫模組、氫氣壓縮機、高壓儲氫罐等部分。
風電併網製氫系統結構圖。
在整個風力發電製氫系統中，風力發電機裝置接入電網的同時要接入電解槽。電網電力不足時，風力發電機組為電網供電停止製氫；電網電力有富余時，電解槽從風機獲得電力的同時從電網取電，最大程度減少能源浪費，可有效提高風電製氫經濟性。根據研究，風電資源用於大規模製氫及提高風電消納在經濟效益上是可行的，且全過程近乎零碳排放、無汙染，因此風電製氫技術具有很好的應用前景。
光伏發電製氫即將太陽能面板轉化的電能供給電解槽系統電解水製氫，系統整體結構類似風力發電製氫系統。其中，光伏發電技術主要是基於半導體的光電效應，即讓不均勻半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間產生電位差的現象。
光伏發電製氫系統結構圖。
首先由光子轉化為電子、光能量轉化為電能量，最後形成電壓。光伏發電的主要核心元件是太陽能電池，其他還包含有蓄電池組、控制器等元件，系統整體結構如上圖所示。我國光伏發電相關技術及建設規模已達世界領先水平，光伏發電成本持續下降，因此在我國能源清潔化轉型程序中，光伏+氫的組合將在脫碳減排工作中扮演不可或缺的角色。
風光互補耦合發電製氫系統由風力發電系統、太陽能發電系統、電解水製氫裝置及氫能儲存和利用系統組成，系統總體框架如下圖所示。風光互補發電製氫系統工作原理為當區域電網中風光資源富餘時，將棄風棄光資源用於電解水製氫，當電網電力不足時，氫能通過燃料電池為電網供電，達到削峰填谷的作用，同時還可極大提公升風光資源的利用率及併網穩定性，使得風力、光伏發電優勢特性互補。
風光互補耦合發電製氫系統結構圖。
研究發現，在發電機組容量相同時，風光互補發電製氫儲能系統相較於單一風電或光電製氫的系統具有以下優點：
1. 利用風能、太陽能的互補性，可以獲得比較穩定的輸出，系統有較高的穩定性和可靠性；
2. 在保證同樣供電的情況下，可大大減少儲能蓄電池的容量；
3. 通過合理地設計與匹配，基本上可以由風光互補發電系統供電，很少或基本不用啟動備用電源如柴油機發電機組等，能夠獲得較好的社會效益和經濟效益。
風光與氫能大熱的當下，風光製氫專案陸續簽約落地，「風光製氫」勢不可擋。從發展區域來看，內蒙古、新疆、寧夏等地率先成為風光製氫示範專案主要建設地區。其中，內蒙古憑藉累計風光裝機全國第一大省優勢，在眾多發展可再生能源製氫區域中脫穎而出。
截至2023年初，內蒙古累計批復4批風光製氫專案31個，其中併網型27個，離網型4個。配套新能源1315.25萬千瓦，其中光伏466.9萬千瓦、風電848.35萬千瓦，配建儲電13.5萬千瓦時、儲氫21.6萬噸，年制氫能力53.189萬噸。
在雙碳背景下，風光製氫既消納了棄風棄光資源，又利用氫能助力能源結構轉型，實現能源高效利用，是未來能源的發展趨勢。目前我國可再生能源製氫技術處於初步發展階段，由於裝置投資、生產成本、轉化效率等因素制約，風光製氫尚不具備成本優勢，未實現大規模商業化應用。相信隨著風電光伏裝機規模壯大、可再生能源電力成本持續下降、電解水製氫技術不斷進步，風光製氫將呈現快速發展態勢。
參考文章：「雙碳目標」下可再生能源製氫技術綜述及前景展望》李建林。
可再生能源製氫技術及應用綜述》郝世超。
新能源製氫技術發展現狀及前景分析》黃格省。
風光製氫大時代》氫能觀察。
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