近年來，在能源政策、市場和氫能使用相關技術的推動下，氫能為難以在綜合能源系統中實現電氣化的行業和應用創造了更可行和適用的選擇[8-9]。截至2019年底，已有50多個國家制定了相應的政策激勵措施，以支持在能源系統中使用氫能[2]。文獻[10-12]總結了氫儲能系統的關鍵技術，比較了電解制氫與其他制氫技術的成本，并討論了基于燃氣輪機或燃料電池的熱電聯產（CHP）技術的氫儲能在能源和能源工業中的應用。文獻[13-15]討論了氫作為能量載體的作用以及氫能源系統的經濟性。據估計，到2050年，相當于78 EJ的氫氣可滿足全球最終能源需求的18%，相應的二氧化碳減排潛力為6 Gt/年。 文獻[16-17]全面分析了氫能在日本和德國未來能源系統中的作用，比較了氫供應鏈不同條件下的溫室氣體排放強度，并指出了未來可能的清潔氫供應國。在未來的能源系統中，氫能將主要用于日本的發電，其中一小部分用于運輸和工業，而德國將主要用于運輸，其中一部分用于發電和工業。 文獻[18-19]包括作為研究對象的綜合能源系統中氫能的35個使用案例，討論了氫能價值鏈的成本動態以及各個環節之間的相互關系，并給出了氫能產業鏈的總體結構。據估計，到2030年，氫能的價格將達到1.8美元/千克，占全球能源需求的15%。 能源系統脫碳的深層需求以及將大量揮發性可再生能源整合到電網中，將成為氫能快速發展的動力。研究氫能在未來能源系統中的應用前景具有重要意義。首先，比較了氫儲能和其他儲能方法的技術特點和關鍵參數，未來氫能應用的關鍵節點以及對國內氫能產業發展的解釋。 1氫儲能與常規儲能的比較 1.1常規儲能技術 能量存儲系統（ESS）具有以電荷形式存儲電能并在需要能量時允許放電的能力。隨著技術的不斷發展，有許多類型的儲能方法。常見的機械儲能方法包括抽水蓄能（PHS）、壓縮空氣蓄能（CAES）、飛輪儲能（FES）[20]等。電磁儲能包括超級電容器（Super-C）、超導磁儲能器（SMES）等。電化學儲能主要指電池儲能系統，包括鉛酸電池、鎳鉻電池（NiCd）、鋰離子電池（Li離子）、鈉硫電池（NaS）等。目前，熔鹽主要用于儲能；三種常見的化學儲能類型是氫氣、氨氣和合成氣，其中氫氣是最有吸引力的儲能方法之一。 1.2儲能技術比較 1.2.1技術成熟度 聯合ESS的技術成熟度。大規模儲能技術中的PHS和CAES技術相對成熟，但都是基于特定的地址條件，其大規模發展受到限制。然而，中國國家電網公司和中國南方電網公司仍在陸續投資多個PHS，因為它們具有靈活的啟動和停止、快速響應和調峰填谷、應急準備和黑啟動功能。 為了提高效率并更好地調整電網頻率，研究人員正在開發變速渦輪機。PHS存儲容量超過180 GW，其中80%位于歐洲、中國、日本和美國。其他成熟的系統是電池存儲。由于市場上原材料供應充足，技術進步迅速，成本進一步降低，電池儲能系統正在進一步發展。最近，Elkhorn電池存儲項目（182 MW/730 MW·h）獲得了太平洋天然氣和電力公司（PG&E）的批準，將為世界著名的硅谷技術中心提供電力。隨著氫利用技術的發展和進一步成熟，以及可再生能源氫供應成本的降低，人們已經認識到氫能源可以在未來清潔和安全的能源系統中發揮更重要的作用，技術成熟度快速增長，并呈現出規模經濟[21]。 1.2.2系統效率和使用壽命 普通ESS的系統效率和使用壽命的比較。ESS循環的最高效率是SMES，它將電流存儲在流過超導線圈的電流產生的磁場中。由于超導線圈沒有電阻，損耗幾乎為零，僅為AC/DC轉換器等輔助電流設備造成的損耗的2%至3%[22]。FES和鋰離子的系統效率也很高。ESS的能量損失主要由不同部件之間的能量傳遞引起。調整裝載和卸載過程中的能量損失可以提高ESS的效率。在機械儲能方法中，PHS和CAES的使用壽命最長，分別為40～80年和25～60年。隨著工作時間的延長，電池的化學性能變差，使用壽命相對較短，通常不到20年。氫儲能系統的循環效率為35%~55%[20，23]，低于傳統ESS。它主要受到氫價值鏈中各種技術路徑的使用的影響。例如，汽車中氫燃料電池的效率約為60%，而通過內燃機驅動的效率約20%。如果綜合考慮氫能的價值鏈，氫能儲存的壽命為15~50年[24]。