——固体氧化物(SOE)电解水制氢，采用固体氧化物作为电解质材料，在700-1000℃的高温下，对两侧施加直流电，阳极产生O2，阴极产生H2。

　　目前，目前ALK技术已实现工业化;PEM技术尚处于从研发走向工业化，商业化水平低;SOE技术正处于实验室研发阶段，各制氢技术有如下特点。

　　表3 三类电解水制氢技术参数

　　2.风电制氢技术要求

　　从技术角度来看，因为风电具有随机性、不稳定性、波动性较大的特点，风力发电机、电解水制氢设备、风电场能量控制系统都有着较高的要求。

　　(1)风力发电机

　　风力发电机不仅需要将电能通过变流装置输送到电网，同时也要将弃风发电为电解装置供电。因此风力发电机需要很强的扛风波动能力，即高适应性。

　　(2)电解水制氢系统

　　由于风力发电系统的间歇性、随机性的特点，电解水制氢系统需要具备在不稳定电能下能够安全、可靠和高效制氢的能力，即高适应性。此外，电解水制氢技术的高效性、环保性、成本和技术成熟度也很重要。当前三种制氢技术在这些性能上表现各异。

　　从高适应性来看，PEM技术和风电的耦合性较好，适合风电制氢系统。SOE技术尚需要进一步研究探索其与风电制氢的适应性。

　　从高效性来看，目前ALK技术的制氢能力更强，但是能耗效率相对最低。PEM技术和SOE技术能耗效率相对较高，但目前PEM技术的单堆制氢能力主要为几十标方每小时，而SOE技术制氢能力最小，尚在探索阶段。

　　从环保性来看，ALK技术使用腐蚀性的碱液作为电解质，会对环境造成污染。PEM技术和SOC技术相对较为绿色环保。

　　从成本和技术成熟度的来看，ALK技术成熟、成本较低，适用大规模的风电制氢系统。

　　表4 三类电解水制氢技术要求

　　目前，由于ALK技术与PEM技术的动态响应时间较短，动态响应能力较好，适用于风电制氢系统。相比之下，SOE技术的动态响应时间比较长，目前并不适合大规模风电制氢。再从制氢能力、成本和技术成熟度来看，目前ALK技术的总体优势大于PEM技术，因此我国当前的风电制氢主要采用ALK电解水制氢技术。

　　(3)风电场能量控制系统

　　风电场能量控制系统主要包括：1)风电场能量的控制，可以根据电网调度和制氢及燃料电池发电系统的需求进行风电场发电控制，实现功率的发电及负荷平衡;2)风电场电压控制，可以依据风电场的运行模式，利用协调无功补偿设备、风电机组等实现风电场输出电压的稳定;3)风电直接制氢及燃料电池发电系统站的控制，可以根据电网需求、风能等情况控制制氢系统、燃料电池发电装置等的启动、停止及功率控制等。

　　风电制氢发展挑战及建议

　　近年来，风电制氢在全球范围内开始得到重视和关注，而我国也在研究加快风电制氢的发展和部署，但同时越来越多的问题也逐渐显示，主要体现在技术、政策和应用方面。

　　1.开发高适应性和可快速响应的电解水制氢技术

　　由于风力的不确定性较强，导致风力发电可能会产生大规模低品质的电力，而水电解制氢装置对电力的稳定性要求较高，频繁的电力波动将对设备的运行寿命和氢气纯度质量造成较大影响。

　　针对技术方面的挑战，需要进行有效的电能匹配，提高制氢设备的可利用率。提高电解水制氢设备对间歇性电源功率波动的适应性，深入研究制氢装备的功率波动适应性，开发大功率、低成本的高效率的工业化碱性电解水制氢技术，以及开发可快速响应功率波动的质子交换膜电解水制氢技术。

　　2.制定风电制氢利好政策消除发展不利因素

　　在政策方面。由于氢属于易燃易爆的危化品，根据我国相关政策，危化品生产必须进入化工园区，但通常风电场的分布比较广，对于就地消纳风电的制氢项目来说不可能全部进入化工园区，极大程度上阻碍了风电制氢的发展。

　　但随着可再生能源制氢的发展，部分地区的制氢要求有所松动，2019年8月，河北省发展和改革委员会联合安全生产委员会发布《关于调整化工建设项目备案权限的通知》，规定风力发电配套制氢项目可不进化工园区。对可再生能源制氢特别是风电制氢起到了积极的影响。未来可以鼓励更多的地区在保证安全生产的前提下，制定适合本地具体情况的风电制氢政策，解除风电制氢必须进入化工园区的限制。

　　3.“降本扩量”实现风电制氢规模化商业运营

　　受限于成本，目前氢气主要来自煤制氢和天然气重整制氢等化石原料，可再生能源电解水制氢的成本相对较高，还不具备大规模商业化运营优势。

　　针对应用方面的挑战，主要宗旨是“降本扩量”，即降低成本和规模化。当前电解水制氢的成本明显高于其他制氢技术，需要在电价、储运和加注等环节协同降低成本以刺激需求。同时鼓励符合条件的地区推进风电制氢示范运营，通过示范培育推广环境，并鼓励市场参与进来，逐步将政府推动过渡到市场运作为主，不断扩大风电制氢的市场，实现风电制氢的大规模商业化应用。

　　参考资料：

　　-国家能源局，风电并网运行情况(2016-2019)

　　-《关于完善风力发电上网电价政策的通知》(发改价格[2009]1906号)

　　-张丽,陈硕翼.风电制氢技术国内外发展现状及对策建议[J].科技中国,2020(01):13-16.

　　-毛宗强、毛志明，《氢气生产及热化学利用》2015. 部分数据来源国内主要电解水制氢制造商。

　　-Korpås M, Greiner C J. Opportunities for hydrogen production in connection with wind power in weak grids[J]. Renewable Energy, 2008, 33(6):1199-1208.

　　-张宪平,潘磊,冯健. 探索解决大规模风电储存的新途径——风电直接制氢及燃料电池发电系统[C]. .-中国农机工业协会风能设备分会《风能产业》(2013年第9期).:中国农业机械工业协会风力机械分会,2013:60-65.

　　-《化工(危险化学品)企业保障生产安全十条规定》，国家安全生产监督管理总局，2013年.