《可再生能源柔性制氢解决方案》
阳光氢能科技有限公司
解决方案总监
金稳
电解水制氢本身不是一个新的技术，但是当前在可再生能源制氢场景下，从前端的能量来源，到后端的应用场景，都发生了非常大的变化，对电解水制氢系统提出了更高的要求，包括高性能、灵活性和智能化等。具体到技术层面主要是三个挑战：
第一，制氢电源的快速动态响应能力，输入波动及负载启停、不均衡工况下的谐波性能，对电网/微网的支撑能力。
第二，电解水制氢设备的动态响应能力，宽负荷调节及频繁启停的适应能力，波动工况下工艺参数的稳定控制，热待机和热启动的功能。
第三，系统的组网及运行控制策略，源网荷储能量管理策略，多台电解槽协调运行的策略。
基于对可再生能源制氢的理解，我们提出“可再生能源柔性制氢”的理念，基于六大核心技术，三大核心设备，实现制氢系统与风、光、储、网等多种能源形式及多种应用场景的柔性融合，构建灵活、高效和友好的绿电制氢系统。
柔性组网技术，主要解决电解水制氢系统与可再生能源系统之间的耦合方式和运行方式，因地制宜，满足不同应用场景需求，其底层技术包括电力系统暂/稳态仿真分析，中压级联技术，黑启动、故障穿越、微电网控制技术等。
电力电子技术，主要对应制氢电源，起着搭建高效友好的电氢耦合桥梁的作用，涉及的底层技术包括拓扑技术、驱动技术、控制技术和平台技术等。
电化学和过程控制技术，主要对应电解槽、气液分离和纯化单元等。通过在结构、材料、电解槽本体和工艺控制方面的技术研究，使电氢转换过程更加高效、安全和灵活。
能量管理技术，解决电、热、质多物理过程的耦合，实现跨时间尺度上物质和能量的平衡，最终构建电氢协同一体化管理体系。
最后是集群控制技术，主要涉及电解槽的状态表征和基于状态表征的运行策略优化。通过电解槽的小室电压监测、故障分析诊断、能效分析等技术实现对电解槽的状态表征。
围绕六大核心技术，阳光氢能提供一体化柔性制氢系统解决方案及核心设备，包括碱性水电解槽，PEM电解槽，IGBT制氢电源，气液分离与纯化设备，智慧氢能管理系统等。
IGBT制氢电源，我们提供AC/DC整流电源和DC/DC的直流变换电源，分别对应交流耦合和直流耦合两种应用场景。IGBT制氢电源采用全控型功率器件及PWM控制算法，转换效率高、响应速度快、电网接入友好、输出精度高、安全可靠，同时具备良好的电网支撑能力，有力支撑了柔性制氢技术的发展。
碱性水电解制氢设备，我们提供1000Nm3/h及以上撬装和集装箱式解决方案。通过在电极、隔膜、结构与流场、控制算法及安全保障等方面做了很多优化设计，实现了更低能耗，更优动态性能、更智能和更安全。另外，针对大规模水电解制氢需求，我们开发了多对一解决方案。
这是500Nm?/h集装箱式PEM水电解制氢设备。PEM在能耗水平、电流密度、动态性能方面非常具有优势。将来我们可以通过分级调节控制技术实现碱性与PEM水电解制氢设备的协同，更经济、更好地支撑柔性制氢技术。
和传统的监控系统相比，Hybrain智慧氢能管理系统除了具备状态监测、分析诊断、协调控制、运营管理等功能，我们重点打造三大核心能力：系统集成、能量管理、集群控制。Hybrain智慧氢能管理系统获得了德国IF产品设计大奖。
下面分享一些目前应用较多和典型的解决方案。
第一个是集中式并网柔性制氢解决方案。其采用交流耦合的方式，风光发电通过并网的方式汇集，集中制氢。通过智慧氢能管理系统实现“荷随源动”，与电网实现“弱”连接。适合大规模风光集中式制氢。目前国内外大规模制氢基本上都采用这种解决方案。
第二个是分散式离网柔性制氢解决方案。风光不需要通过传统逆变升压的方式连接到电网，直接通过直流耦合方式就地离网制氢，最后通过管道把氢气统一汇集起来。这种方案适合大规模风光分散制氢，特别是深远海海上风电离岸制氢。
第三个是分布式在站制加氢一体化柔性制氢解决方案。该方案采用直流耦合方式，减少了逆变及升压、降压设备的投资，能量利用效率也更高，同时配置双向变流器（PCS），白天余电上网，夜间谷电补充，进一步提升制加氢一体站的经济性。通过智慧氢能管理系统实现制加氢一体化系统的集成控制和管理。
最后简单介绍一下阳光氢能。
阳光氢能是阳光电源的子公司。阳光电源成立于1997年，专注于新能源发电领域，聚焦“光风储电氢”五大赛道，其中光伏、风电和储能已经做到细分领域翘楚，特别是光伏和储能出货量稳居全球第一。
阳光电源从2016年开始布局研究氢能，2019年成立氢能事业部专注于可再生能源制氢领域，2020年可再生能源柔性制氢及氢储能发电实证平台投运，2021年正式注册阳光氢能，同年也发布了碱性和PEM电解水制氢产品，目前制氢装备产能1GW+，明年会扩产至3GW+。
阳光氢能注重研发投入，申请专利240+，2022年全球氢能产业发明专利排行榜制氢设备厂家排名第一。在产品认证方面，1000Nm3/h碱性水电解制氢系统获得Bureau Veritas首个能效认证证书和TUV莱茵颁发的国内第一个安全认证证书。制氢电源产品也获得了TUV认证，可直接出口海外。
这里展示了部分典型的应用案例。
第一个是大安风光制绿氢合成氨一体示范项目。该项目是全球最大的绿氢合成绿氨创新示范项目。采用风光发电+柔性制氢+柔性绿色化工一体化解决方案。我们提供了包括IGBT制氢整流电源、1000Nm3/h碱性水电解槽、气液分离、纯化和智慧氢能管理系统在内的整体解决方案。
这是位于湖北宜昌长江三峡的绿电绿氢示范项目（见PPT图），该项目是世界上第一个内河兆瓦级PEM制氢加氢一体化项目，为国内首艘入级中国船级社氢燃料电池动力船“三峡氢舟1” 号提供加氢服务。采用200Nm3/h 集装箱式PEM水电解制氢方案，包含IGBT制氢电源，制氢集装箱（PEM电解槽，气液分离和纯化），公辅集装箱和智慧氢能管理系统。在这个项目中，我们实现了合同签订三个月内完成设备的生产，测试，安装和调试，顺利产出第一方氢气，强大的研发和交付实力获得客户一致好评。
我的报告就到这里，谢谢各位！
氢听剧场现场
