風(fēng)電制氫系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、電解水裝置、儲氫裝置、燃料電池、電網(wǎng)等組成。如圖1為風(fēng)電制氫系統(tǒng)吸納風(fēng)電棄風(fēng)量示意圖，上半部分為棄風(fēng)制氫部分，下半部分為風(fēng)電并網(wǎng)部分。在風(fēng)電并網(wǎng)部分，風(fēng)電經(jīng)過低階濾波單元、AD-DC整流變換單元、逆變和高階的濾波單元，將風(fēng)電的諧波濾去，產(chǎn)生達(dá)到并網(wǎng)需求的高質(zhì)量電能，經(jīng)由升壓變壓器為電網(wǎng)供電;在棄風(fēng)制氫部分，風(fēng)電被濾波后經(jīng)過AD-DC整流變換單元，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再經(jīng)過直流支撐電路接入DC-DC電路，將直流電進(jìn)行降壓或升壓處理，使直流電變換為可以制氫的電能，進(jìn)而制氫。在此過程中，北京柏艾斯的高精度電流傳感器可以精確的測量直流電的大小。風(fēng)電并網(wǎng)側(cè)與制氫側(cè)應(yīng)進(jìn)行合理的功率分配，在風(fēng)電滿足電網(wǎng)需求的前提下，剩余的風(fēng)能進(jìn)行制氫，做到能源的最大利用。

1.風(fēng)電制氫技術(shù)類型

(1)離/并網(wǎng)型風(fēng)電制氫

根據(jù)風(fēng)電來源的不同，風(fēng)電制氫技術(shù)分為并網(wǎng)型風(fēng)電制氫和離網(wǎng)型風(fēng)電制氫。

——并網(wǎng)型風(fēng)電制氫，是指將風(fēng)電機(jī)組接入電網(wǎng)，從電網(wǎng)取電的制氫方式，比如從風(fēng)場的 35kV或220kV電網(wǎng)側(cè)取電，進(jìn)行電解水制氫，主要應(yīng)用于大規(guī)模風(fēng)電場的棄風(fēng)消納和儲能。由于與電網(wǎng)相連，單機(jī)容量較大。

——離網(wǎng)型風(fēng)電制氫，是指將單臺或多臺風(fēng)機(jī)所發(fā)的電能，不經(jīng)過電網(wǎng)直接提供給電解水制氫設(shè)備進(jìn)行制氫，主要應(yīng)用于分布式制氫或局部應(yīng)用于燃料電池發(fā)電供能。由于獨(dú)立于電網(wǎng)運(yùn)行，單機(jī)容量較小。

(2)堿性/質(zhì)子交換膜/固體氧化物電解水制氫

根據(jù)電解水制氫技術(shù)的不同，風(fēng)電制氫技術(shù)分為：堿性(ALK)電解水制氫、質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫和固體氧化物(SOE)電解水制氫。

——堿性(ALK)電解水制氫，是以KOH、NaOH等堿液為電解質(zhì)，如采用石棉布等作為隔膜，在直流電的作用下，水電解生成氫氣和氧氣。

——質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫，是指應(yīng)用質(zhì)子交換膜(PEM)替代隔膜，傳導(dǎo)質(zhì)子，并隔絕電極兩端氣體，在直流電的作用下，水電解生成氫氣和氧氣。

——固體氧化物(SOE)電解水制氫，采用固體氧化物作為電解質(zhì)材料，在700-1000℃的高溫下，對兩側(cè)施加直流電，陽極產(chǎn)生O2，陰極產(chǎn)生H2。 目前，目前ALK技術(shù)已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化;PEM技術(shù)尚處于從研發(fā)走向工業(yè)化，商業(yè)化水平低;SOE技術(shù)正處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，各制氫技術(shù)有如下特點(diǎn)。

2.風(fēng)電制氫技術(shù)要求 從技術(shù)角度來看，因?yàn)轱L(fēng)電具有隨機(jī)性、不穩(wěn)定性、波動性較大的特點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)、電解水制氫設(shè)備、風(fēng)電場能量控制系統(tǒng)都有著較高的要求。

(1)風(fēng)力發(fā)電機(jī) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)不僅需要將電能通過變流裝置輸送到電網(wǎng)，同時也要將棄風(fēng)發(fā)電為電解裝置供電。因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要很強(qiáng)的扛風(fēng)波動能力，即高適應(yīng)性。

(2)電解水制氫系統(tǒng) 由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的間歇性、隨機(jī)性的特點(diǎn)，電解水制氫系統(tǒng)需要具備在不穩(wěn)定電能下能夠安全、可靠和高效制氫的能力，即高適應(yīng)性。此外，電解水制氫技術(shù)的高效性、環(huán)保性、成本和技術(shù)成熟度也很重要。當(dāng)前三種制氫技術(shù)在這些性能上表現(xiàn)各異。

從高適應(yīng)性來看，PEM技術(shù)和風(fēng)電的耦合性較好，適合風(fēng)電制氫系統(tǒng)。SOE技術(shù)尚需要進(jìn)一步研究探索其與風(fēng)電制氫的適應(yīng)性。

從高效性來看，目前ALK技術(shù)的制氫能力更強(qiáng)，但是能耗效率相對最低。PEM技術(shù)和SOE技術(shù)能耗效率相對較高，但目前PEM技術(shù)的單堆制氫能力主要為幾十標(biāo)方每小時，而SOE技術(shù)制氫能力最小，尚在探索階段。

從環(huán)保性來看，ALK技術(shù)使用腐蝕性的堿液作為電解質(zhì)，會對環(huán)境造成污染。PEM技術(shù)和SOC技術(shù)相對較為綠色環(huán)保。

從成本和技術(shù)成熟度的來看，ALK技術(shù)成熟、成本較低，適用大規(guī)模的風(fēng)電制氫系統(tǒng)。

三類電解水制氫技術(shù)要求 目前，由于ALK技術(shù)與PEM技術(shù)的動態(tài)響應(yīng)時間較短，動態(tài)響應(yīng)能力較好，適用于風(fēng)電制氫系統(tǒng)。相比之下，SOE技術(shù)的動態(tài)響應(yīng)時間比較長，目前并不適合大規(guī)模風(fēng)電制氫。再從制氫能力、成本和技術(shù)成熟度來看，目前ALK技術(shù)的總體優(yōu)勢大于PEM技術(shù)，因此我國當(dāng)前的風(fēng)電制氫主要采用ALK電解水制氫技術(shù)。 北京柏艾斯的電流傳感器深耕于制氫行業(yè)多年，取得了不少客戶的認(rèn)可。