電轉氣

電力轉氣體技術，是電力轉換為氣體燃料的技術。方法是將電力通過電解的方式將水分解為氧氣和氫氣。氫氣可以作為儲存能量的手段，所以這種用途也被成為氫儲能。氫氣可以傳輸給加氫站，提供給氫燃料電池（Fuel cell）汽車使用。氫氣還可以進一步合成甲烷，引入天然氣管道。

基本介紹

• 中文名：電力轉氣體技術
• 外文名：Power to gas
• 產品：氫氣，甲烷
• 主要技術：電解
• 一級學科：工程技術
• 二級學科：能源技術

簡介

電轉氣將水電解獲得氫氣，以及進一步將氫氣與二氧化碳等合成甲烷等氣體，從而實現電能轉化為相對方便儲存的氣體。在可再生能源電力大規模擴張的形勢下，電能儲存需求日益高漲。相對成熟的儲能技術中，典型的如電池、壓縮空氣儲能、抽水蓄能等技術都存在規模限制，只能在較小的時間尺度進行電量調節。但配備地下儲氣庫的電轉氣儲能技術，是一種大規模儲能技術，能夠實現季節及以上的調節功能。電轉氣技術實現了能量從電力系統向天然氣系統的傳輸及能量的大規模、長時間存儲，為能源網際網路中可再生能源的消納提供了新的思路。

原理

電轉氣技術包括電轉氫氣和電轉甲烷兩類。前者的化學反應原理為電解水反應；後者的化學反應原理包括電解水反應和甲烷化反應。

電解水反應

電解水反應是通過電解水產生氫氣和氧氣。電解水制氫過程是一種能量轉換的過程，即將一次能源轉換為能源載體氫能的過程。電解水制氫方法主要有鹼性電解水制氫、固體聚合物電解水制氫、高溫固體氧化物電解水制氫。鹼性電解水制氫是技術最成熟、成本低的大規模製氫方法，H₂和O₂的純度一般可達99. 9%；固體聚合物電解水制氫成本較高、制氫規模較小，H₂和O₂的純度在99.99%以上；高溫固體氧化物電解水制氫工作溫度約為800～950℃，高溫在提高電解效率的同時也限制了電解池關鍵材料的選擇。電解水反應的效率約為56%～73 %。

甲烷化反應

CO₂催化加氫甲烷化反應是CO₂循環再利用的有效途徑之一，主反應產物為CH₄和H₂O，副反應產物有CO₂C、CO₂、C₂H₆、C_xH_y、O₂等。
甲烷化反應為放熱反應，從熱力學角度，高溫下CO₂甲烷化反應受熱力學平衡的制約，低溫更有利於反應的正向進行；從動力學角度看，低溫CO2甲烷化反應具有低的反應速度。由此可知，實現低溫CO₂甲烷化的關鍵是高活性催化劑。CO₂甲烷化反應催化劑主要以VIII B族金屬（如Ni、 Co、 Rh、 Ru和Pd等）為活性組分的負載型催化劑。甲烷化反應的效率約為75%～80%。

電轉氫氣和電轉甲烷的比較

電轉氫氣僅進行電解水反應，反應效率約為56%～73%，避免了甲烷化反應的能量損失，同時削減了甲烷化反應相關的基礎建設費用。但氫氣注人到現有天然氣管道會引起管材方面的風險（氫脆和滲透），故存在一定的限制。天然氣管道混合氣中氫氣的最大允許體積分數約為10%～15%，燃氣輪機的燃料中氫氣的最大允許體積分數約為5%。

效率

電轉氣技術用來儲能可以存儲兆瓦級MWh到吉瓦級GWh的電能。而轉換效率為

路徑：	產生的氣體	轉換效率	氣體環境
電轉氣	氫氣	57–73%	壓強 80 bar
	天然氣甲烷	50–64%
電轉氣，再 氣轉電	氫氣	34–44%	氣體壓強80 bar。輸出電力最多為輸入電力的60%
	天然氣甲烷	30–38%
來源：Fraunhofer IWES

套用

在德國已經至少有20個電轉氣的科研項目正在運行。德國能源署（Deutsche Energie-Agentur，dena）設立了專門的試點項目信息追蹤平台，提供了相關的項目信息。dena和中國也開始了合作。