绿电制氢产业关键技术现状及展望

doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2025.10.001

综合智慧能源 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (10): 1-9.doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2025.10.001

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绿电制氢产业关键技术现状及展望

庄富豪^1a(), 吴军^1b^,²^,^*(), 朱瑞金^1b(), 吴红梅^1b(), 田润^1a(), 薛雨润^1b()

1.西藏农牧大学 a.水利土木工程学院; b.清洁能源与电气工程学院，西藏林芝 860000
2.武汉大学电气与自动化学院，武汉 430072

收稿日期:2024-08-24 修回日期:2024-10-23 出版日期:2025-02-18
通讯作者: *吴军（1977），男，教授，博士，从事电力系统运行分析与控制、综合能源系统、电力系统规划等方面的研究，byronwu@whu.edu.cn。
作者简介:庄富豪（1997），男，硕士生，从事电力系统规划方面的研究，zfh67896789@163.com；
朱瑞金（1986），男，副教授，硕士，从事人工智能在能源领域内的应用等方面的研究，zhuruijin@xza.edu.cn；
吴红梅（1977），女，副教授，从事微电网稳定运行及控制方面的研究，179876961@qq.com；
田润（1999），男，硕士生，从事新能源并网与控制技术方面的研究，1053362766@qq.com；
薛雨润（1999），男，硕士生，从事综合能源系统规划与运行方面的研究，1250842809@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(52167015);西藏农牧大学研究生教育创新计划资助项目(YJS2024-59)

Current status and prospects of key technologies in green hydrogen production industry

ZHUANG Fuhao^1a(), WU Jun^1b^,²^,^*(), ZHU Ruijin^1b(), WU Hongmei^1b(), TIAN Run^1a(), XUE Yurun^1b()

1.a. College of Hydraulic and Civil Engineering; b. College of Clean Energy and Electrical Engineering， Xizang Agricultural and Animal Husbandry University， Linzhi 860000， China
2. School of Electrical Engineering and Automation， Wuhan University， Wuhan 430072， China

Received:2024-08-24 Revised:2024-10-23 Published:2025-02-18
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52167015);Funded by Graduate Education Innovation Program of Tibet Agricultural and Animal Husbandry University(YJS2024-59)

摘要/Abstract

摘要：

氢能是一种绿色、清洁的二次能源，已成为能源互联的重要媒介，是实现中国“双碳”目标的重要载体。然而中国氢能技术的研发和产业的应用尚处于起步阶段，氢能的制备、储存、运输和应用等全产业链的各个环节存在大量技术难题需要解决。绿电制氢利用中国丰富的风电、光伏等可再生能源优势，在源-网-荷之间实现电力与氢能的耦合，促进电网稳定运行，支撑可再生能源大规模发展。从制氢、储氢、运氢和应用等各个环节研究了绿电制氢关键技术的发展现状与趋势，得出绿氢具有广泛的应用场景，风电光伏等可再生能源余电制氢将是未来主流的制氢方式。结合氢能产业发展提出了典型的应用场景和发展建议，为绿电制氢产业发展提供参考思路。

关键词: 可再生能源, 绿电制氢, 储氢, 输氢, 氢能综合利用

Abstract:

Hydrogen energy， as a green， zero-carbon， clean secondary energy， has become an important medium for energy interconnection and a key vector for achieving China's "dual carbon" goals. However， hydrogen technology research， development， and industrial application in China are still in its infancy， and numerous technical problems across the whole industrial chain—such as hydrogen production， storage， transportation， and application—remain to be addressed. Green hydrogen production leverages China's advantages of abundant renewable energy such as wind and solar power to realize the coupled interaction between electricity and hydrogen energy across the source-grid-load systems， thereby enhancing the stable operation of the grid and supporting the large-scale development of renewable energy in China. The current status and development trend of the key technologies of green hydrogen production from various aspects such as hydrogen production， hydrogen storage， transportation， and application are investigated. Green hydrogen demonstrates extensive application scenarios， and producing hydrogen from surplus electricity generated by renewable energy such as wind and solar power is expected to become the mainstream hydrogen production method in the future. Based on the development of China's hydrogen energy industry， typical application scenarios and development recommendations are proposed to provide reference ideas for the development of green hydrogen production industry in China.

Key words: renewable energy, green hydrogen production, hydrogen storage, hydrogen transportation, comprehensive utilization of hydrogen energy

中图分类号:

TK01：TQ116.2

庄富豪, 吴军, 朱瑞金, 吴红梅, 田润, 薛雨润. 绿电制氢产业关键技术现状及展望[J]. 综合智慧能源, 2025, 47(10): 1-9.

ZHUANG Fuhao, WU Jun, ZHU Ruijin, WU Hongmei, TIAN Run, XUE Yurun. Current status and prospects of key technologies in green hydrogen production industry[J]. Integrated Intelligent Energy, 2025, 47(10): 1-9.

图/表 15

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参考文献 29

[1]	张智刚, 康重庆. 碳中和目标下构建新型电力系统的挑战与展望[J]. 中国电机工程学报, 2022, 42(8):2806-2819.
	ZHANG Zhigang, KANG Chongqing. Challenges and prospects for constructing the new-type power system towards a carbon neutrality future[J]. Proceedings of the CSEE, 2022, 42(8): 2806-2819.
[2]	黄雨涵, 丁涛, 李雨婷, 等. 碳中和背景下能源低碳化技术综述及对新型电力系统发展的启示[J]. 中国电机工程学报, 2021, 41(S1): 28-51.
	HUANG Yuhan, DING Tao, LI Yuting, et al. Summary of energy low-carbon technology under the background of carbon neutrality and its enlightenment to the development of new power system[J]. Proceedings of the CSEE, 2021, 41(S1): 28-51.
[3]	李建林, 李光辉, 马速良, 等. 碳中和目标下制氢关键技术进展及发展前景综述[J]. 热力发电, 2021, 50(6): 1-8.
	LI Jianlin, LI Guanghui, MA Suliang, et al. Overview of the progress and development prospects of key technologies for hydrogen production under the goal of carbon neutrality[J]. Thermal Power Generation, 2021, 50(6): 1-8.
[4]	SHAU A, DE P, RAY P. Improvement on efficiencies of dilute alkaline water electrolyzer using membranes[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2016, 41(48): 22652-22662.
[5]	HONG Z P, WEI Z X, HAN X J. Optimization scheduling control strategy of wind-hydrogen system considering hydrogen production efficiency[J]. Journal of Energy Storage, 2022, 47: 103609.
[6]	王林, 刘晓莎, 胡平, 等. 固体氧化物电解槽辅助煤电机组深度调峰技术可行性研究[J]. 热力发电, 2024, 53(2): 133-141.
	WANG Lin, LIU Xiaosha, HU Ping, et al. Feasibility study on deep peak shaving technology for SOEC assisted coal-fired power units[J]. Thermal Power Generation, 2024, 53(2): 133-141.
[7]	CAI X, LIN R, XU J, et al. Construction and analysis of photovoltaic directly coupled conditions in PEM electrolyzer[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2022, 47(10): 6494-6507.
[8]	RAKOUSKY C, REIMER U, WIPPERMANN K, et al. Polymer electrolyte membrane water electrolysis: Restraining degradation in the presence of fluctuating power[J]. Journal of Power Sources, 2017, 342: 38-47.
[9]	张盛, 郑津洋, 戴剑锋, 等. 可再生能源大规模制氢及储氢系统研究进展[J]. 太阳能学报, 2024, 45(1): 457-465. doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1473
	ZHANG Sheng, ZHENG Jinyang, DAI Jianfeng, et al. Research progress on renewable energy system coupled with large-scale hydrogen production and storage[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2024, 45(1): 457-465. doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1473
[10]	马晓锋, 张舒涵, 何勇, 等. PEM电解水制氢技术的研究现状与应用展望[J]. 太阳能学报, 2022, 43(6): 420-427. doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0360
	MA Xiaofeng, ZHANG Shuhan, HE Yong, et al. Research status and application prospect of PEM electrolysis water technology for hydrogen production[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2022, 43(6): 420-427. doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0360
[11]	宋小云, 叶青, 胡晓, 等. 水电解制氢三相界面构筑研究进展[J]. 热力发电, 2022, 51(11): 25-36.
	SONG Xiaoyun, YE Qing, HU Xiao, et al. Research progress on construction of triphase interface for hydrogen production by water electrolysis[J]. Thermal Power Generation, 2022, 51(11): 25-36.
[12]	BLUM L, MALZBENDER J, BERT DE HAART L G J, et al. Recent results in Jülich solid oxide fuel cell technology development[J]. Journal of Power Sources, 2013, 241: 477-485.
[13]	HAGEN A K, FRANDSEN H L. Solid oxide development status at DTU energy[J]. ECS Transactions, 2019, 91(1): 235-245.
[14]	薛福, 马晓明, 游焰军. 储能技术类型及其应用发展综述[J]. 综合智慧能源, 2023, 45(9): 48-58. doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.09.007
	XUE Fu, MA Xiaoming, YOU Yanjun. Energy storage technologies and their applications and development[J]. Integrated Intelligent Energy, 2023, 45(9): 48-58. doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.09.007
[15]	吴张宇, 吴池莉, 于慧铭, 等. 面向大规模光伏电站的无人机巡检路径规划策略[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(11): 46-53. doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2024.11.006
	WU Zhangyu, WU Chili, YU Huiming, et al. Path planning strategy of UAV inspection of large-scale photovoltaic power stations[J]. Integrated Intelligent Energy, 2024, 46(11): 46-53. doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2024.11.006
[16]	时圣尧, 姜明磊, 张贺一, 等. 高比例风电接入的送端混合级联直流输电系统无功协调控制策略[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(11): 83-91. doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2024.11.010
	SHI Shengyao, JIANG Minglei, ZHANG Heyi, et al. Reactive power coordination control strategy for sending-end hybrid cascaded HVDC transmission system with high proportion of wind power integration[J]. Integrated Intelligent Energy, 2024, 46(11): 83-91. doi: 10.3969/j.issn.2097-0706.2024.11.010
[17]	ZENG F, MEBRAHTU C, LIAO L F, et al. Stability and deactivation of OER electrocatalysts: A review[J]. Journal of Energy Chemistry, 2022, 69: 301-329. doi: 10.1016/j.jechem.2022.01.025
[18]	殷卓成, 杨高, 刘怀, 等. 氢能储运关键技术研究现状及前景分析[J]. 现代化工, 2021, 41(11): 53-57. doi: 10.16606/j.cnki.issn 0253-4320.2021.11.012
	YIN Zhuocheng, YANG Gao, LIU Huai, et al. Research status and prospect analysis of key technologies for hydrogen energy storage and transportation[J]. Modern Chemical Industry, 2021, 41(11): 53-57. doi: 10.16606/j.cnki.issn 0253-4320.2021.11.012
[19]	姜海洋, 杜尔顺, 朱桂萍, 等. 面向高比例可再生能源电力系统的季节性储能综述与展望[J]. 电力系统自动化, 2020, 44(19): 194-207.
	JIANG Haiyang, DU Ershun, ZHU Guiping, et al. Review and prospect of seasonal energy storage for power system with high proportion of renewable energy[J]. Automation of Electric Power Systems, 2020, 44(19): 194-207.
[20]	胡晓雨, 曹伟炜, 余浩, 等. 中国氢能产业链发展现状[J]. 电力勘测设计, 2024(3): 12-17.
	HU Xiaoyu, CAO Weiwei, YU Hao, et al. Development status of hydrogen energy industry chain in China[J]. Electric Power Survey & Design, 2024(3): 12-17.
[21]	曹军文, 覃祥富, 耿嘎, 等. 氢气储运技术的发展现状与展望[J]. 石油学报(石油加工), 2021, 37(6): 1461-1478.
	CAO Junwen, QIN Xiangfu, GENG Ga, et al. Current status and prospects of hydrogen storage and transportation technology[J]. Acta Petrolei Sinica (Petroleum Processing Section), 2021, 37(6): 1461-1478.
[22]	许传博, 刘建国. 氢储能在我国新型电力系统中的应用价值、挑战及展望[J]. 中国工程科学, 2022, 24(3): 89-99. doi: 10.15302/J-SSCAE-2022.03.010
	XU Chuanbo, LIU Jianguo. Hydrogen energy storage in China's new-type power system: Application value, challenges, and prospects[J]. Strategic Study of CAE, 2022, 24(3): 89-99. doi: 10.15302/J-SSCAE-2022.03.010
[23]	李靖, 徐天奇, 李琰, 等. 基于多市场耦合的新能源综合发电项目的盈利能力研究[J]. 电力系统保护与控制, 2024, 52(6): 65-76.
	LI Jing, XU Tianqi, LI Yan, et al. Profitability study of multi-market coupled integrated renewable energy generation projects[J]. Power System Protection and Control, 2024, 52(6): 65-76.
[24]	郭博文, 罗聃, 周红军. 可再生能源电解制氢技术及催化剂的研究进展[J]. 化工进展, 2021, 40(6): 2933-2951. doi: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1889
	GUO Bowen, LUO Dan, ZHOU Hongjun. Recent advances in renewable energy electrolysis hydrogen production technology and related electrocatalysts[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2021, 40(6): 2933-2951. doi: 10.16085/j.issn.1000-6613.2020-1889
[25]	VOGL V, MAX Å, NILSSON L J. Assessment of hydrogen direct reduction for fossil-free steelmaking[J]. Journal of Cleaner Production, 2018, 203: 736-745.
[26]	TANG J, CHU M S, LI F, et al. Development and progress on hydrogen metallurgy[J]. International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials, 2020, 27(6): 713-723.
[27]	SHAO C C, FENG C J, SHAHIDEHPOUR M, et al. Optimal stochastic operation of integrated electric power and renewable energy with vehicle-based hydrogen energy system[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2021, 36(5): 4310-4321.
[28]	张鹏成, 徐箭, 孙元章, 等. 氢能驱动下钢铁园区能源系统低碳发展模式[J]. 电力系统自动化, 2022, 46(13): 10-20.
	ZHANG Pengcheng, XU Jian, SUN Yuanzhang, et al. Low-carbon development mode for energy system of iron and steel park driven by hydrogen energy[J]. Automation of Electric Power Systems, 2022, 46(13): 10-20.
[29]	张鹏成, 徐箭, 柯德平, 等. 氢能驱动下钢铁园区能源系统优化配置[J]. 电力系统自动化, 2022, 46(14): 1-10.
	ZHANG Pengcheng, XU Jian, KE Deping, et al. Optimal configuration of energy system in iron and steel park driven by hydrogen energy[J]. Automation of Electric Power Systems, 2022, 46(14): 1-10.

项目	AEL	PEM	SOEC	AEM
反应温度/℃	70 ~90	70 ~80	700 ~1 000	80
电解质	质量分数为25%~30%的KOH溶液	全氟磺酸膜	Y₂O₃/ZrO₂	固体高分子膜
电解效率/%	60.0 ~75.0	70.0 ~90.0	85.0 ~100.0	77.6 ~82.0
技术水平	成熟	较成熟	初期示范	实验室阶段
启停速度	较快	快	慢	快
响应速度	较快	快	慢	快
电源质量	稳定	稳定、波动	稳定	稳定
电流密度/（A·cm^-2）	0.2~0.4	1.0 ~2.0	1.0 ~10.0	1.0 ~2.0
运行维护	复杂	简单	初期研究	试验阶段

储氢技术	优势	缺点	研究现状	成本
SSHS	安全性高	材料贵、充放条件苛刻	实验室阶段	中等
HPGHS	充放可调	密度低、容器耐压性高	成熟阶段	低
CLHS	密度高、纯度高	耗能高、容器耐热性高	起步阶段	高
LOHC	密度高、安全	过程复杂、充放条件苛刻	实验室阶段	高

储氢方法	氢气密度/(kg·m^-3)	储氢质量占比/%	氢气压力/MPa	氢气温度/K
高压气罐	33	13	80.0	298
液态氢	71	100	0.1	21
金属氢化物	150	2	0.1	298
物理吸附	20	4	7.0	65
复杂氢化物	150	18	0.1	298
碱性物质+水	> 100	14	0.1	298

氢气形态	运氢工具	优点	缺点	应用
固态	罐车	安全性高	能量运输密度低	试验阶段
液态	槽车	中远距离	能耗高	航空航天
气态	长管拖车	技术成熟，短距离	运输量小	小规模化工厂
气态	管道	效率高，长距离	初始投资高	应用广泛

地区	材料	运行时长	距离/km	口径/mm	压力/MPa	氢气纯度/%
德国	钢	1938年至今	240	168~273	2.5	100.0
法国	碳钢	1966年至今	290	多种尺寸	6.5~10.0	100.0
加拿大蒙特利尔	碳钢		116	168		92.5
美国得州	钢（原天然气管道）	23年以上	8	114	5.5	100.0
中国巴陵	碳钢	2014年至今	42	350	4.0	99.5

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项目对比	氢燃料电池汽车	锂离子电动汽车	燃油车
动力系统	燃料电池发动机	锂电池组	内燃机
噪声污染	低	低	高
环境污染	可再生能源制氢零排放	污染部分在上游	温室气体和污染物
能源是否可再生	可再生	不可再生	不可再生
续航里程/km	600	450	600
充能时间	3 min	快充1 h，慢充8 h	3 min
应用领域	中长距离，重载运输	中短距离	普适性强

[1]	王宇轩, 郝宁, 赵峰, 蒋俊, 张国坤, 边文杰, 尚恒. 面向微网的源网荷储一体化功率分配策略研究[J]. 综合智慧能源, 2025, 47(8): 58-67.
[2]	李晓宁, 孙娜, 黄阿敏, 董海鹰. 基于蛇优化算法的PEMFC空气供给系统模糊自抗扰控制[J]. 综合智慧能源, 2025, 47(6): 57-73.
[3]	叶幸, 邱辰, 艾琳, 辛颂旭, 郭雁珩. “双碳”目标下可再生能源绿证与碳交易衔接机制的思考[J]. 综合智慧能源, 2025, 47(5): 12-20.
[4]	陈浩, 马刚, 钱达, 马健, 彭乐瑶. 绿证-碳交易机制下考虑阶梯需求响应的区域综合能源系统优化调度[J]. 综合智慧能源, 2025, 47(5): 21-30.
[5]	张冬冬, 单琳珂, 刘天皓. 人工智能技术在风力与光伏发电数据挖掘及功率预测中的应用综述[J]. 综合智慧能源, 2025, 47(3): 32-46.
[6]	张敏, 王雁河, 孙周, 刘斌, 姜之未, 曹灿, 高峰. 交能融合应用场景与技术体系研究[J]. 综合智慧能源, 2025, 47(2): 13-28.
[7]	苏锐, 王希龙, 江阎, 宋晨辉. 基于改进成本分配法的虚拟电厂调度规划[J]. 综合智慧能源, 2025, 47(1): 10-17.
[8]	徐强. 基于NSGA-Ⅲ算法的分布式光伏储能系统优化配置方法[J]. 综合智慧能源, 2025, 47(1): 26-33.
[9]	聂雪颖, 程懋松, 左献迪, 戴志敏. 考虑风光消纳的风光核储混合系统容量优化[J]. 综合智慧能源, 2025, 47(1): 51-61.
[10]	王晓燕, 吴书泉. 基于改进粒子群优化算法的源网荷储系统容量配置研究[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(9): 28-36.
[11]	樊颜搏, 熊亚选, 李想, 田曦, 杨洋. 基于遗传算法的建筑用能多目标优化应用进展[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(9): 69-85.
[12]	邓振宇, 汪茹康, 徐钢, 云昆, 王颖. 综合能源系统中热电联产机组故障预警现状[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(8): 67-76.
[13]	殷林飞, 蒙雨洁. 基于DenseNet卷积神经网络的短期风电预测方法[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(7): 12-20.
[14]	郑庆明, 井延伟, 梁涛, 柴露露, 吕梁年. 基于DDPG算法的离网型可再生能源大规模制氢系统优化调度[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(6): 35-43.
[15]	董强, 徐君, 方东平, 方丽娟, 陈妍琼. 基于光伏出力特性的分布式光储系统优化调度策略[J]. 综合智慧能源, 2024, 46(4): 17-23.