IRENA的2018年全球能源轉型報告指出，按照目前的發(fā)展模式，全球電力需求到2050年相比2012年將會翻倍。目前，發(fā)電導致的碳排放約占能源相關的碳排放的40%。因此，發(fā)電系統(tǒng)“去碳化”對控制全球變暖在2°C以內至關重要。

為了達到《巴黎協(xié)定》的目標，到2050年，電力行業(yè)的碳排放相比于2012年需要降低至少85%，這就需要可再生能源在發(fā)電中的比例達到63%。然而，可再生能源發(fā)電功率不穩(wěn)定的特性，使其覆蓋基礎負荷的能力較差，且需要其他大功率的發(fā)電設備在可再生能源無法產生電力時予以補充。儲能技術能夠有效的降低對發(fā)電功率的要求。

除了電池儲能，氫儲能技術，也是另外一種極具競爭力的發(fā)展方向。所謂氫儲能技術，即：將多余的電力可用于制造可無限期儲存的氫氣，然后在常規(guī)燃氣發(fā)電廠中燃燒氣體發(fā)電，或用于給家庭供熱。

轉換成氫氣的好處是，電解制氫效率很高，目前能達到80%的電能轉化率，此外，氫能夠在利用方面提供多種解決方案，且能夠滿足大規(guī)模、長時間儲能的需要。目前，氫儲能技術如果細分的話，則可以分為以下兩種：

1.電轉電技術(Power-to-power，PtP)：指將電能轉化成其他形式的能量儲存起來，需要時再重新轉化成電能的過程。

2.電轉氣技術(Power-to-gas,PtG):指將電能轉化成燃氣的過程。一般轉化成氫氣，并注入天然氣管道中，或通過甲烷化轉化成甲烷。

除此之外，還有電轉燃料(Power-to-fuel)，電轉合成氣(Power-to-syngas)等。相比之下應用沒有上述兩者廣泛。

氫儲能系統(tǒng)好在哪里？又有哪些不足？

通常來說，儲能系統(tǒng)可以依照儲能密度、放電功率及儲存時間來加以分類。這三個參數最終其決定儲能能力。此外，儲能系統(tǒng)的重要參數還包括預期平均循環(huán)次數，綜合效率，自放電率，利用小時數等。而各類不同的儲能系統(tǒng)，其應用范圍也不盡相同，下圖顯示了各種儲能技術的應用范圍：

從上圖可以看出，無論是從儲能密度還是從儲存時間來說，氫儲能都有著絕對的優(yōu)勢，尤其適用于大規(guī)模儲能中。

然而，相比電池儲能來說，氫儲能會經歷更多的能量轉換環(huán)節(jié)。而每一次轉化，就意味著一次能量損失和設備資金投入。因此一般來說，轉化次數越多，總效率越低。下圖展示了上述兩種技術中各轉化過程的大致效率：

氫儲能除了電解和利用過程，還經歷了壓縮、輸送等過程，而這些過程都會帶來些許損失，當然這些損失相比電解和利用過程的損失，可以說是微不足道。氫儲能的痛點在于壓縮和輸送過程的設備資金投入。根據研究顯示，目前整個氫能產業(yè)鏈中，氫氣的儲存和輸送所需成本幾乎占據全部成本的半壁江山。此外，在氫氣利用方面，氫轉電的單一效率相比電池儲能十分低下，只有依靠熱電聯(lián)產技術，才能夠使得氫能利用的效率大大提升。

那么，上述兩種技術區(qū)別在哪？

上面提到的兩種技術的共同點在于，均包含電解，儲存，轉化三個環(huán)節(jié)。兩種技術都是以電解水反應為基礎，將電能轉化成氫能并進行儲存。其區(qū)別在于氫氣的利用設備和途徑：

在電轉電技術中，氫能通過燃料電池等設備轉換成電能。

對于PtP技術來說，氫能系統(tǒng)在跨季節(jié)儲能上有很好的應用前景，也是唯一能在價格上接近普通燃氣輪機機組的選擇。而相比其他的儲能系統(tǒng)，例如：抽水儲能和壓縮空氣儲能，氫儲能的能量密度很高。而且，利用燃料電池技術，能夠很好得實現(xiàn)行業(yè)耦合，將交通行業(yè)、工業(yè)和建筑行業(yè)的供能整合在一起，實現(xiàn)未來能源系統(tǒng)的一體化和靈活化。

在電轉氣技術中，可以將電解得到的氫氣混入天然氣管道中，產生富氫天然氣，或讓氫氣與二氧化碳反應，生成的甲烷可以用于發(fā)電或其他各種用途。

PtG系統(tǒng)的優(yōu)點在于，使用燃氣輪機將富氫天然氣重新轉化為電力的系統(tǒng)，能夠很好的利用現(xiàn)有的基礎設施，包括儲存，運輸，發(fā)電設備等。同時，將氫氣混入天然氣管網中意味著燃氣輪機可以按照以往的方式正常運行，從而避免了更換設備的投資。

然而，即使不計氫氣成本，PtG發(fā)電的成本也達到了天然氣價格的三倍。因此，除非假設碳稅價格超過400美元/噸，否則，PtG系統(tǒng)的發(fā)電成本不太可能低于普通燃氣輪機機組。但是，如果能夠在天然氣中混入5%的氫氣，PtG系統(tǒng)的發(fā)電成本基本可以與普通燃氣輪機機組一致。如果管網和燃氣輪機能夠承受20%的氫氣摻雜，那么其經濟效率則會相比5%的極限大大增加。

PtG系統(tǒng)的在經濟性上依賴于電解制氫價格的降低，同時在技術上依賴于電力供需的不平衡。從系統(tǒng)的角度來說，如果可能的話，應優(yōu)先考慮產生電能這樣高品質的能源，即在優(yōu)先考慮利用燃料電池的PtP技術。因此，在未來，如果電力系統(tǒng)能夠更好的平衡發(fā)電和用電，留給PtG的發(fā)展空間可能會收到限制。

兩種技術的發(fā)展狀況

電轉氣的核心概念早在19世紀就已經提出，相比之下，直到2009年，第一個電轉電設備才投入運行。截止到目前，兩種技術的實際應用規(guī)模都很小。其中，電轉氣技術的應用相對較多，且主要集中在德國和其他一些歐洲國家。

德國目前投入運行的電轉氣設備有16個，輸入功率從25~6000千瓦不等。其他一些歐洲國家，如奧地利、丹麥、挪威等，也有在運行中的電轉氣設備。盡管目前的應用不是很廣泛。電轉氣技術仍然被給予厚望。許多專家認為，這一技術將會是完成德國能源轉型的關鍵。

然而氫儲能技術的成本目前依然居高不下，主要原因有兩個。

第一，是電解裝置的價格較為昂貴。因此，只有在利用率較高，即年運行時長較長的情況下，才能較為經濟的運行。而新能源發(fā)電設備的年運行時長相較于傳統(tǒng)能源較短，如果僅僅依賴于新能源產生的過剩的電力，很難降低發(fā)電成本。

第二，不論哪種技術都包含多個能量轉化過程，而每一步轉化都會帶來損失。這使得兩種技術的總效率都不高。因此，氫儲能技術的發(fā)展關鍵在于降低成本和提高效率。解決氫能在綜合能源應用的問題，僅僅專注于解決技術問題是不夠的。還應該開發(fā)更新、更多的應用方法，使得新的商業(yè)模式成為可能。

我國對于電轉氣的研究也高度重視。早在“十二五”期間，就啟動了“基于可再生能源制/儲氫的70MPa加氫站研發(fā)及示范項目”，重點研究電轉氣(P2G)技術在燃料電池汽車加氫站方面的應用，部署了“風電直接制氫及燃料電池發(fā)電系統(tǒng)技術研究與示范”，重點研究風電制氫及燃料電池集成系統(tǒng)關鍵技術。

在2016年國家能源局發(fā)布的《關于政協(xié)十二屆全國委員會第四次會議第1013號(工交郵電類056號)提案答復的函》中，國家能源局指出，“儲能技術對于優(yōu)化電力調峰，解決棄風、棄光、棄水等問題具有重要意義。電轉氣(P2G)技術是儲能等領域重要發(fā)展路線之一，具有規(guī)模適應性強、環(huán)境友好、終端應用靈活多樣、可跨季度儲存等優(yōu)點，并可與天然氣管網結合，是有效解決棄風、棄光、棄水等新能源發(fā)展難題的重要途徑?！?br/>