光伏與風電是一種無碳排放的可再生能源，但是其能量具有波動性的特征，對電網系統的安全運行沖擊較大，國內很多地區可供并網的風電、光伏裝機容量已達上限。使用光伏、風能進行耦合離網電解水制氫，不但可以解決光伏、風電的消納難題，還有助于國家在工業、交通運輸及民用領域深度脫碳，實現國家“碳中和、碳達峰”政策。

目前技術成熟的大型電解水制氫設備主要有堿性電解水槽（ALK）和質子交換膜電解水槽（PEM）。PEM電解水槽雖然可以匹配風電、光伏的波動性，但是膜電極催化劑依賴鉑族貴金屬，而全球90%的鉑礦位于南非、加拿大等英聯邦國家，優質的質子交換膜則主要由美國杜邦公司提供，導致PEM電解槽的價格大約是ALK電解槽的5倍。而且在中美貿易摩擦的背景下，大規模發展PEM電解水技術存在著極大的能源安全風險。堿性電解槽不需要使用貴金屬催化劑，且核心部件都能實現國產，因此是當前大規模生產綠氫的最優選擇。

為解決離網風光耦合制取綠氫的卡脖子問題，蘇州希倍優氫能源科技有限公司與姑蘇實驗室、固德威技術股份有限公司、蘇州科技大學等機構合作，在蘇州構建離網光伏電解水制綠氫系統，旨在解決綠氫的制取的難題。該系統包含寬負載功率電解槽及離網制氫電源，實現了離網光伏電流驅動堿性電解槽制綠氫，氫氣無須提純即可達到99.98%以上。

圖 1.離網光伏電解水制氫系統。（a）屋頂離網光伏系統；（b）和（c）堿性電解槽及其后處理系統。

根據離網光伏和風電波動性的特點，希倍優氫能定制了寬負載功率電解槽系統，額定輸入電壓200V，直流能耗≤4.1kW·h/Nm3，電流密度3200 A/㎡，可在額定負載30%-110%范圍內動態運行，能匹配光伏電流的波動性特點。在正常光照強度波動下，電解槽出口氫氣無須進行提純即可穩定達到99.98%，在最佳工況下直流能耗低至4.0 kW·h/Nm3。電解槽還可以承受極端電流擾動，可以在30秒內響應5倍的電流波動。實驗過程中，整個光伏制氫系統可以將100%額定負載功率30秒內降至30%，或者將30%負載功率30秒內升至100%，過程中氫氣純度始終維持在99.8%以上。

圖 2. 離網光伏電解水制氫實驗。（a）堿性電解水槽操作界面；（b）離網光伏電解水制氫的氫氣純度隨光照和電流的變化，綠色區域內為正常光照變化下的氫氣純度，棕色區域為人工模擬極端情況下將輸出電流調整數倍導致的氫氣純度變化。

依據光照能源波動性的特點，蘇州科技大學唐叔賢院士團隊采用IGBT方案開發設計了新型的離網光伏制氫電源，預留交流電（AC）接口，融合DC/DC和AC/DC電源轉化模塊，動態追蹤光伏的最大輸出功率點（MPP），通過優化系統軟件算法實現直流電（DC）和交流電（AC）耦合轉化成電解槽所需的直流電（DC），使制氫電源可穩定輸出約200V電壓，并根據光照強度變化動態改變輸出電流，進而調整電解槽工作IV曲線，最大程度上優化界面耦合，使得光伏直流電轉換成電解槽所需直流電的效率達到96%，完美匹配電解槽運行工況，運行過程中氫氧純度達到電解槽的設計標準。未來制氫電源的AC接口可以接入風電，實現純離網風光互補耦合制綠氫。

圖 3. 基于IGBT方案設計的200V制氫電源系統。（a）設計原理；（b）研制的制氫電源設備。

在當前全球能源轉型的大背景下，如何生產平價綠氫正受到越來越多的關注。在新疆、內蒙古等風力、光照資源豐富的地區，光伏、風電的發電成本已經降至0.1元/度。按此電價估算，采用純離網風光互補的堿性電解水制氫價格可以降至9元/kg H2，相較于傳統的制氫方式，這一價格無疑更具競爭力。

離網風/光制綠氫技術，將成為未來能源發展的重要趨勢。希倍優氫能設計的寬功率負荷堿性電解槽設計與離網制氫電源聯合，對推動國內綠氫開發有著重要影響。展望未來，希倍優氫能源將持續致力于這一領域的創新研發，為構建清潔、可持續的能源未來貢獻力量。