近年來，以風電、光伏為代表的新能源在我國電力系統中的占比不斷提高，由于風光電的波動性、間歇性、隨機性特點,將進一步加大消納難度，同時也給電網帶來了較大的輸送壓力和安全性挑戰。氫能作為長周期儲能的有效介質，在消納過剩的新能源電力上展現出了巨大的潛力，離網制氫可降低風光發電對電網沖擊，就地消納新能源電力，有望成為未來重要的消納方式，備受全行業關注。

據了解，中國華電科工集團有限公司氫能技術團隊（以下簡稱“華電科工氫能團隊”）研究的新能源離網制氫一體化技術憑借其在多個關鍵技術領域的創新性突破和先進性實踐。就此，記者走進華電科工調研，并深度挖掘了離網制氫技術的研發創新過程和技術特點與優勢。

注重原始創新夯實理論基礎

華電科工氫能團隊保持強烈的探索精神，敢于開辟新領域、探尋新路徑。在攻破新能源大規模離網制氫技術的道路上，勇做“孤勇者”，甚至連項目能否成立的理論基礎都敢于自己摸索和探尋。

創新不是一蹴而就,只有持之以恒,才能最終取得成功。探索未知更是一個漫長而艱辛的過程,越是接近未知的“無人區”，越是要夯實基礎，企業才能走得穩、走得遠。華電科工氫能團隊聚焦電解制氫負荷與孤島系統頻率暫態及穩態特性的耦合機理研究，通過建立電解制氫負荷的時變模型，深入分析了電解堆棧建模精確度對制氫負荷暫態調頻特性的影響，定量分析系統頻率穩態指標對電解制氫負荷性能的影響，明確電解制氫負荷與系統頻率的多尺度動態耦合機理。這些研究為系統的協調控制與穩定運行提供了堅實的理論基礎。

圖1 制氫電解槽中涉及的多物理場耦合

華電科工氫能團隊熟悉掌握離網制氫系統中各設備工作原理，建立了包含電能系統與氫能系統的系統狀態空間方程與阻抗模型，研究了不同類型構網設備容量變化對系統穩定性的影響機理，探索了在必要硬件構成與系統穩定穩定性之間的科學關系，為構網設備的最優化配置提供了理論依據。

圖圖2 電解槽在不同運行階段的等效電路

攻關關鍵核心裝備技術破解技術制約難題

夯實了理論基礎之后，又該如何確保離網制氫的各種設備之間系統而穩定地運行？

據介紹，電解槽是電解水制氫的核心設備，被譽為制氫系統的“心臟”。華電科工氫能團隊通過近十年的技術積淀，自主開發了大電流密度、低能耗、大產氣量電解槽技術，通過匹配新能源波動性電網的大容量直流電源設計技術，顯著提高了電解制氫的效率和產能，降低了生產成本，提升了項目的經濟效益和競爭力。同時，采用一體化撬裝分離框架及純化裝置，簡化了系統的安裝和運維流程，提高了系統的集成度和可靠性，為項目的規模化推廣提供了有力支持。

圖3 高性能電解槽

總所周知，構網型儲能技術應用尚處于探索階段。華電科工氫能團隊敢于挑戰，深度研究開展相關硬件與軟件的設計和驗證，成功研發了構網型高壓直掛儲能并網技術及電力電子虛擬同步機技術，實現了對電網電壓、慣量、故障穿越能力和阻尼可控能力的有效支持。這些技術的應用顯著提升了新能源離網制氫系統與電網的兼容性和互動性，同時解決了系統的黑啟動和應急控制等問題，確保了系統復雜工況下的安全穩定。這些探索為未來新型電力系統的構建提供了重要的技術支撐，具有重要示范引領價值。

圖4 構網型儲能技術實現

堅持數智科技賦能 搭建智能管控平臺

做創新發展的探索者，意味著敢闖敢試、敢為人先，為了確保可再生能源大規模離網制氫系統安全穩定高效運行，華電科工氫能團隊在研發和實踐中建立了能量管理控制平臺和智能容量配置與保護控制策略。

能量管理控制平臺EMCS是可再生能源離網制氫系統的“大腦”，由華電科工自主開發完成的EMCS系統，是國際上第一個實際商用并可靠運行的可再生能源離網制氫系統能量管控平臺。該平臺集制氫智能管控系統與能量管理系統于一體，通過自主開發電解槽在多物理場景下的耦合控制算法，建立風/光、儲、氫設備系統高效靈活匹配的優化模型，具備荷側跟隨與適應源側劇烈變化的能力，實現發電單元與制氫單元的功率動態調整，維持系統能量平衡，具有高穩定、高適應、高智能、高產出等優點，為后續項目提供數據和優化方向。

圖5 能量管理系統操作主界面

為實現了系統各組件之間的優化匹配，華電科工氫能團隊通過深入研究不同約束條件對離網制氫系統中各設備容量的影響規律，掌握了新能源離網制氫系統發電單元、儲能設備和制氫負荷的容量配置策略，并形成了多模態離網制氫系統源-儲-荷容量自動配置算法，提高了系統整體效率。

一旦系統出現故障，高效的故障應對機制就顯得尤為重要。氫能團隊通過對新能源離網制氫系統故障演化機制的深入研究，掌握了新能源離網制氫系統故障快速定位和協同保護控制方法，形成了離網模式下的系統繼電保護控制體系。使系統在面對故障時能夠迅速響應，保障系統的安全穩定運行，減少故障損失。

圖6 電壓源型變流器在短路故障下的序貫切換過程

如今，華電科工自主研發的新能源離網制氫一體化技術，已在遼寧華電鐵嶺新臺子一期25MW新能源離網儲能制氫一體化項目實現應用。該項目既是全球首臺套大規模新能源離網制氫項目示范，也是工信部高效可再生能源制氫裝備研制及產業化示范工程。這一技術不僅填補了國內在該領域的空白，更為全球為可再生能源高效利用和可持續發展開辟了新路徑，助推可再生能源制氫產業的快速發展。