依靠分布式风力发电制氢并存储的住宅能源系统

据文献记载，风力产生动力已不是新资讯，风车的历史可以追溯到公元前200年。从刚开始的小规模内尝试利用风能，到如今发展成为多兆瓦的生产机器，风力发电已经走入人们的日常生活。随着科技进步，相较以往的任何方法，风力发电的方法都能更有效的使用能源。现如今，人们也正努力试图在更大范围内从风力资源中收集清洁可再生能源，但对于那些中小型风电系统……难道我们就应该扔下不管了吗？

风力发电的利用方式主要有两类：一类是独立运行供电系统，即在电网未能通达的偏远地区，如高山、草原和海岛等，用小型风力发电机为蓄电池充电 , 再通过逆变器转换成交流电向终端用户供电；或者采用中型风电机与柴油发电机或光伏太阳电池组成混合供电系统 , 可解决小的社区用电问题。另一类是作为常规电网的电源并网运行，此类商业化机组单机容量较大，目前已达到了MW级，既可以单独并网，也可以由多台，甚至成百上千台组成风电场。

除了考虑到中小型风电的环境效益，也许最好的方案是将涡轮机纳入到人居区中，提高风力发电的灵活性，以便于其独立、轻松的把风能集成到混合动力系统中，与太阳能发电系统（或是石油，如果需要可以降低它的一些影响）或储氢系统一起工作。除此以外，分布式的中小型风电还具有就近入网、就地消纳，不需要电网的远距离输送等优势。

国网能源研究院新能源研究所所长李琼慧日前表示，考虑到调整能源结构的需求，大力发展分布式能源势在必行，预计到2020年，我国各类分布式能源的发展总装机有望达到1.3亿千瓦(http://news.bjx.com.cn/html/20110117/267365.shtml)。

最近开发的风力-氢气转换和存储的技术为分布式能源的发展提供了一个合理的合作模式。为此，美国国家可再生能源实验室（NREL）在美国科罗拉多国家风力技术中心还发起了一个风力—氢气（wind2H2）的示范项目。该项目把涡轮机与风力—氢气转换器的电解槽相连，利用风能产生的电力把水分解成氢气和氧气，氢气可被储存并随后被用于内燃机或燃料电池中发电（www.nrel.gov）。就小规模的分布式风力发电的价值而言，这个方案是可行的。例如，来自东欧的项目开发商，利用氢气发生器和燃料电池已开发了一个分布式的数字化社区风电项目。

在美国能源部能量效率与可再生能源办公室的一个关键组成部分——燃料电池技术部，相关人员正努力寻找涉及到家庭氢气系统h-prize*潜在竞争力的相关信息，这也将进一步促进h-prize技术在商业氢能领域的应用。这些系统将被设计用来产生氢气，为现有住宅提供车辆加氢站的配套基础设施的建设，这使得它潜在的经济价值将达到一百万美元。

图示1为一个系统耦合的分布式小型风力发电机—制氢设备，它可以提供一个高效，环保，友好的综合解决方案，提供存储和加油的系统。由于风能在自然界中的间歇性，一直以来储存问题都没有得到有效的解决，该设备的研发正好填补了该领域技术上的空白，并有可能在风力较小的时候提供持续的动力。

图1 利用风力发电并存储的住宅能源系统

涡轮机规模的大小，完全取决于项目的设计和建造需求。运用有效地技术，和大的涡轮机一样，中小型风力涡轮机也可以提供许多相同的好处。事实上，在系统的使用周期中，风力小的情况下，风力涡轮机每千瓦小时耗能（千瓦时）可以比小型光伏发电和一些小型水力发电更便宜（www.ruralelec.org）。就2011年来看，美国风能协会估计，在美国，小型风力发电机的成本是6040美元/千瓦，同比2010年增加11%（www.awea.org）。当然，前期用户和社区需要支付一定的费用，但在某些情况下，项目可以向政府或私人业主寻求帮助。（注：几乎每一个国家都在奖励可用的方案，详细参照www.dsireusa.org。）就中国国内而言，国家大力推动可再生能源分布式应用的政策紧锣密鼓的出台，2012年国家能源局8月6日正式发布其组织制定的《可再生能源发展“十二五”规划》、国务院新闻办公室2012年10月24日发表《中国的能源政策(2012)》白皮书、 2013年1月1日国务院印发《能源发展“十二五”规划》，足见国家对于新能源分布式发展的鼓励趋势日渐明显。

利用风能工作

分布式社区风能项目通常建于相邻的一个或几个社区，以便于直接为最终用户提供所需能量。社区的能源需求决定了建设的电力规模，但这通常是非常小的。一般来说，这些项目是由几个单一的小型风力涡轮机组成，风机一般配备50KW以下的高效、低维护的中小风机即可，该系统适用于人居区，主要面向社区、小型农庄及现代农业。同时，对于稍大型分布式风电系统的需求，也可配备便于用户侧接入的末端友好型1.5MW风机，主要用于解决区域风供热，主要针对的是三北地区的冬季供暖问题。到目前为止，该项目已经实现在住宅、农业、商业和公共部门等领域的推广应用。

• 农业

现在的农场往往充满各种类型的拖拉机和收割机甚至小飞机。这些都是能源的消费者，在农场经营方面，自持风力涡轮机作为理想的解决方案可以抵消一部分电力费用。此外，美国农业部还提供了各种资助和通过美国农业部乡村能源补贴计划获取其他资金的机会。除了农业，农民还可以通过出售风力涡轮机多余的能量到当地电网来找到新的利润来源。

• 农村社区

农村，尤其是偏远的社区和企业，可以建立并且共享社区风电项目，从而节省电力传输的基础设施建设。一般意义上来说，小型社区能够通过共同决策的方法来投资和建立这个系统。在此，混合动力系统可以作出重大的贡献，特别是在能量存储方面。例如，如果装备了适合的氢气发生器和储罐，存储系统可以进一步实现稳定的能源供给，居民们可以悠闲的享受乡村生活而不必担心能源成本和功率损耗。

• 城市社区

针对基础设施发达的城区，风力涡轮机似乎只是提供一个辅助作用。然而，在不久的将来，用氢驱动的公共交通系统即将建立，加氢站的建设将成为必要项目并且广受欢迎。对此，小型风力涡轮机可以辅助电解制氢设备完成制氢流程。

• 商业

根据商业领域能量消耗大的特点，商业区的风能项目都应该设计和配备比普通项目要大的风力涡轮机。目的不仅是为了产生足够的能量来满足商业需求，还可以把一些多余的能量出售给公共事业公司。虽然大型设备成本较高，但相对于较小的系统，大型设备每千瓦时的成本也有相应的降低。

除此之外，在建设环保工程、开发低成本能源、保障能源安全和促进经济增长方面，分布式社区风能项目也都有着发挥重大贡献的潜力。对于一个特定的地点或社区来说，小型风电项目具有构建灵活以及结合混合动力系统运行的特点。在理想的情况下，针对间歇性风能的利用还应加强小型风力涡轮机的开发，应进一步简化和集成这些涡轮机的安装，维修和操作服务，保障在任何风力情况下存储系统的正常稳定的运作。

*h-prize的目的是为了通过提供奖励，进一步加快研究、开发以及建设氢能和燃料电池技术的示范项目，并且推进其商业应用程序。目前h-prize由氢教育基金会（HEF）为能源部进行管理。

公司介绍：安思卓（南京）新能源有限公司是世界第一个能将不稳定的可再生能源完全高效转化为氢能进行存储和再利用的公司，其主营业务为风力、太阳能等新能源制氢储能，利用富余的可再生新能源制备氢气。公司在制氢和储氢方面拥有多项国际领先水平的专利技术，产品可以在各种恶劣和不稳定环境下实现高效生产。公司与美国最大的新能源实验室（国家可再生能源实验室NREL）合作多年，核心技术已成功申请多项美国国家专利。经过多年发展，公司已经在世界100多个国家和地区建立了客户关系网络，目前已成为世界上最大的氢能源公司之一。公司在美国拥有6条国际先进水平的柔性设备生产线，可以加工各种苛刻要求的定制制氢设备。安思卓（南京）新能源有限公司参与国家科技部“863科技计划”，填补了中国新能源储能市场的空白。

作者/Nick Ni、宋江涛、蒋晨芸 【摘自安思卓（南京）新能源公司】