容亿行研｜氢储能技术：助力新能源高质量发展的新引擎

●    新能源进入高质量发展新阶段，解决消纳难题成为破局关键。

●    氢储能因其在大规模、长周期、跨区域的突出优势，成为灵活调节资源的必要组成。

●    固态储氢技术基于其高体积储氢密度和安全性，成为固定式储氢的优选方案。

●    氢储能产业格局尚处构建阶段，应审慎捕捉行业发展进程中的商业契机，稳步推进。

在全球范围内，大力推进新能源发展、加速能源低碳转型已然成为广泛共识。于我国而言，风电、光伏等可再生能源呈现出迅猛的发展态势，已然跃升为新增电力的核心支柱。截至2024年6月底，我国风电与光伏发电的累计装机容量高达 11.8 亿千瓦，成功超越煤电装机规模。预计到 2030 年，我国可再生能源装机量将大幅提升，有望突破 22 亿千瓦，发电量占全社会用电的比例将达到 44%。

电力作为一种特殊的能源需求，需要实时平衡供求关系。在高比例新能源场景下，风电、光伏等可再生能源出力在时间、空间维度上的随机性、间歇性、波动性特征进一步凸显，导致电网潮流日内“潮汐式”波动，维持电网功率平衡保障所需的调频、备用需求大增，传统火电机组为主进行峰谷调节规模受限，午间消纳难、晚峰保供难、运行调节难等矛盾愈发突出，部分省份已出现调节容量短缺，电网稳定运行和能源供应挑战。

鉴于新能源发展的迫切需求，我国于2021年率先提出 “构建以新能源为主体的新型电力系统” 这一具有前瞻性的战略构想。步入 2024 年，政策导向进一步聚焦于新能源消纳领域。《国家能源局关于做好新能源消纳工作 保障新能源高质量发展的通知》、《中共中央关于进一步全面深化改革推进中国式现代化的决定》、《加快构建新型电力系统行动方案(2024年—2027年)》等分别提出加快推进新能源配套电网项目建设和加强系统调节能力建设、完善新能源消纳和调控政策措施、打造一批系统友好型新能源电站等相关内容。同时，2024年中央巡视组对多家央企新能源巡视整改，要求部分能源企业在消纳问题解决前不发生实质性投资。政策和行动相互配合，既明确了新能源高质量发展的重要意义，又突出了新能源消纳问题的紧迫性和重要性。

电力系统因其“即发即用”的特性，在可再生能源规模化接入的背景下，面临着时空平衡与安全稳定运行的巨大挑战。储能技术通过将富余的电力作为备用能源及时储存起来，为减少弃风弃光、平滑电力系统波动性、增强电网可调度能力提供了有效方案。

储能技术形式多样，目前我国配合火电和天然气发电机组参与新能源调节的主要是相对传统的抽水蓄能和以锂离子电池为主体的电化学储能。其中，发电机组和抽水蓄能由于碳中和目标和地理条件等因素规模受限；而锂离子电池因容量小和自放电率高等原因，难以实现大规模、长周期的电力存储。因此，未来仍有大量可再生能源功率调节缺口。

Qiang Zhao et.al. A Discussion on the Flexible Regulation Capacity Requirements of China’s Power System. Engineering 33 (2024) 12–16

许传博等：《氢储能在我国新型电力系统中的应用价值、挑战及展望》，中国工程科学，2022年，第24卷第3期

作为新型储能的一种，氢储能技术由于在能力、时间、空间三个维度上具有突出优势，对于解决上述问题至关重要。

Qiang Zhao et.al. A Discussion on the Flexible Regulation Capacity Requirements of China’s Power System. Engineering 33 (2024) 12–16

How Power-to-X could be key in the global energy transition | World Economic Forum

同时，氢能全产业链装备核心技术的突破以及电解水制氢与氢燃料电池产业的发展，推动了电-氢能源的融合式发展。

许传博等：《氢储能在我国新型电力系统中的应用价值、挑战及展望》，中国工程科学，2022年，第24卷第3期

氢储能技术通过在源端将过剩的风能、太阳能转化为绿氢，平抑风光出力的波动性、有效减少弃电现象；同时，氢能网络的建立可以有效缓解长距离输电的成本和稳定性挑战，与电网形成互补。由于实现了储能功率和储能容量的解耦，扩容成本低，氢储能在大规模和长周期的储能场景中优势显著。

林旗力等：《基于“电-氢-电”过程的规模化氢储能经济性分析》，储能科学与技术，Vol.13 No.6 Jun. 2024

2021 年起，国家发改委、能源局陆续发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》、《“十四五”新型储能发展实施方案》、《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》、《关于加强新形势下电力系统稳定工作的指导意见》等政策文件，多次提到氢储能技术。从探索、开展示范到积极推进建设，中国在氢储能领域发展迅速。2024年《新型储能标准体系建设指南》中包含了11项氢储能专项标准、工信部等发布《新型储能制造业高质量发展行动方案（征求意见稿）》提出要适度超前布局氢储能等超长时储能技术，进一步推动氢储能进入发展新阶段。

全球范围内多个国家和地区已经开始探索和实践氢储能技术，例如，韩国斗山燃料电池发电站、法国HYFLEXPOWER项目、英国的约克郡氢气发电项目、日本家用燃料电池热电联供系统等。中国也已经启动了多个氢储能示范项目，如张家口200MW/800MWh氢储能发电工程、安徽六安的兆瓦级氢储能电站、浙江台州大陈岛的绿氢综合能源示范项目等。

近年来，发电领域的氢储能系统及其应用价值备受众多学者关注，许传博等（2022）指出，氢储能在储存容量和放电时长等关键性能指标上完全契合新型电力系统的要求，现阶段应以效率高、成本低“电-氢”广义氢储能方式为主，“电-氢-电”狭义氢储能方式为辅。

不管是P2P还是P2X，均需包含制氢和储氢子系统。当前，制氢端多采用碱水电解和PEM纯水电解工艺。其中，碱水电解制氢技术成熟、商业化完备、成本低廉；PEM电解制氢宽功率波动适应性较好。制氢子系统虽仍处于关键技术持续优化阶段，但产品相对成熟。

百人会氢能中心 车百智库：《氢储能经济性分析及应用前景研究》

固态储氢多指在一定温度、压力条件下，以氢化物或纳米材料等作为储氢载体，通过物理与化学吸附实现可逆存储与释放氢气的技术。20世纪60年代中期荷兰Philips实验室发现FeTi等金属间化合物的可逆储氢特性，研制出稀土镧镍系储氢合金LaNi5并成功应用于镍/氢电池。金属氢化物因其高氢储存容量和良好的循环稳定性，成为研究和应用最广泛、最深入的材料类型，涉及镁系、钛系、钒系、稀土系等。

李海波：《固态储氢技术现状与发展趋势分析》，现代化工，第44卷第4期

Hydrogen gravimetric capacity of proposed storage materials for hydrogen fuel

Image: US Department of Energy, Wikimedia Commons

在海外，固态储氢技术正从早年日本、欧洲在一些商业建筑和住宅能源系统引入，为日常生活供能，逐步向清洁可再生氢固态存储方向转变。典型的如近期欧洲9个项目合作伙伴参与的50kg固态储氢项目HyCARE，以及GKN Hydrogen、Southern California Gas Co.与美国能源部NREL实验室合作开展的NREL Flatirons 园区500kg固态储氢示范项目等。

国内也开展了多项金属氢化物储氢示范与应用，依托备用电源、自行车、叉车、观光车、充电宝等小型移动式应用场景，固态储氢从实验室研究逐步过渡到商业化量产。储氢密度、材料循环寿命以及充放氢速率均稳步提升；供应链日趋成熟、成本持续下行，规模化生产能力已逐步具备，相关核心技术可实现全面国产化。

在电力调峰领域，南方电网、云南电科院、有研科技集团等在南沙、泸定、昆明、张家口等地建设了固态储氢相关示范项目。其中，南沙7个固态储氢装置能储存200立方米的氢气；昆明项目存储的165公斤氢在用电高峰时，可持续稳定出力23小时、发供电2300度；张家口设计单日放氢量可达到50吨以上，规划了96套金属固态储氢装置。

在规模化情况下，固态储氢系统和高压气态储氢系统成本差距较小，其长时储能在安全性方面的优点更为明显，是固定式储氢应用具有竞争优势的技术路线。

百人会氢能中心 车百智库：《氢储能经济性分析及应用前景研究》

国内可再生能源项目不断发展，从早期的风光储、风光火储，到中期的风光储氢，再到现在的风光氢储，氢储能重要性日益凸显。当前，基于 “电-氢” 融和应用的氢储能处于示范阶段，涉足氢储能业务的企业较少，围绕新型电力系统布局氢储能应用场景的企业更是稀缺。氢储能示范项目的参与主体广泛分布于氢能或储能产业链上、中、下游，在氢储能领域尚未形成产业格局，企业集中度低，市场份额分散。未来，加大科技创新投入，研发新材料和新装备，推动安全高效的新型储能商业化势在必行。

以固态储氢子系统来说，目前技术仍处于发展阶段。由于其工作压力低、安全性好，氢化物储罐、阀门、配管管路等附属装置的研发生产难度不大，重点在于提升储氢材料性能、优化储氢系统控制管理。比如通过储氢材料的成分设计、催化体系选择、工艺参数制定等，提高重量储氢密度、延长循环寿命、削减材料成本等。此外，尽管储氢合金本身的体积储氢密度很高，但储氢系统靠罐内换热管道实现加热冷却，介质流经不同位置的热交换将影响储氢合金的反应速率，因此系统传质、传热设计，仿真模拟和内部结构实现是技术难点，也是控制储氢能量损耗和成本的关键。

在深化材料和系统研发时，要通过实际应用来进行迭代反馈、优化性能，逐步提升技术成熟度和可靠性，借助规模化生产降低成本。鉴于固态储氢在新能源消纳等大型固定式应用尚处于示范期，企业需管控运营风险，把握生存和发展节奏。可考虑先从一些小型应用场景切入，如对重量不敏感但注重安全性的工程车载应用，包括叉车、港区和矿井下的物流车、地铁施工车辆、固定路线的环卫车、医院应急电源等，在应用过程中对固态储氢技术和产品进行验证和逐步放大。

李海波：《固态储氢技术现状与发展趋势分析》，

现代化工，第44卷第4期

典型案例如容亿投资企业新氢动力，以固态储氢技术与叉车应用的结合为切入点，联合杭叉和有研院推出单模块储氢量达 1.7kg 的固态储氢叉车产品，可连续工作 6 - 10 小时。相比采用高压储气罐，续航时间翻倍，加氢一次可连续工作一整天。

固态金属储氢模块作为低压常温储氢载体，更换便捷，不仅颠覆了传统氢气运输、存储、加注方式，还解决了叉车配重问题，消除了客户安全顾虑。该产品提升了使用便利性，降低了运营成本，解决了内燃机叉车排放高、电动叉车续航时间短、气态氢瓶燃料电池叉车充氢难等行业痛点，同时助力工业领域清洁低碳氢的利用，顺利加快了氢能工业车辆的市场推进。

在三年多的实际场地应用中，新氢动力固态储氢系统的材料、结构和控制部分不断优化，逐步向其他工程机械（矿卡、港机等）、乘用车（二轮、观光车）、船舶、无人机等移动场景，以及基站、IDC、医院等备用 / 应急电源、制氢或用氢现场缓存和分布式、集中式储能等固定场景拓展。未来，随着质量能量密度进一步提升，固态储氢技术将向大规模氢气运输领域发展，在管道、液氢等输氢方案成熟前，提供平滑的过渡路径。

通过这样的发展路径，固态储氢模块不仅能在现阶段打通不同场景、夯实氢能应用基础，还将作为新能源消纳解决方案的重要组成部分，为实现清洁、高效、可持续的能源未来奠定坚实基础。