田 芳

中国石油大学（华东）新能源学院

摘要(Abstract)：

电-氢-电闭环转换是氢能长时储能、跨季节储能的核心运行路径，也是新能源消纳、新型电力系统容量支撑的重要技术载体。相较于抽水蓄能、电化学电池储能，氢能储能具备储能时长无限制、容量配置灵活、可跨能源品类耦合的优势，但全链路转换效率偏低、不可逆损耗突出的问题，严重制约了规模化工程应用。现有研究多聚焦单一设备工况优化与实测效率提升，缺乏对电-氢-电全链条最优效率理论极限的系统性梳理，对各环节不可逆损失的产生机理、层级归因、数量级差异缺少完整论证，难以区分热力学固有极限与工程可优化损耗，也无法精准解释理论效率与工程实际效率的核心差距。本文以热力学可逆过程、熵增原理为理论基础，系统拆解电-氢-电全流程效率构成体系，分别界定电解水制氢、燃料电池发电单环节热力学最优效率上限，整合得到闭环转换系统的全局效率理论极限；从电化学反应、流体输送、储运相变、电力变换多维度，逐层溯源电解、氢电转换、氢气储运全环节不可逆损失，完成各类损耗的层级归因与数量级对比；结合新能源间歇性出力特征，分析风光随机波动、变负荷运行对系统整体效率的衰减机制，厘清理论极限与工程实践的差异化成因；最后针对性提出缩小效率偏差、抑制不可逆损耗、逼近理论最优工况的核心技术路径。研究结果表明，常温常压标准工况下电-氢-电纯电化学可逆转换存在固定理论效率上限，工程系统所有工况均无法突破该热力学边界；电解极化损耗、欧姆损耗、氢气压缩储运损耗、燃料电池浓差损耗是系统不可逆损失的核心主导项；间歇性新能源的非稳态出力会大幅放大全链条损耗，是工程效率远低于理论极限的重要外部诱因。本文构建的理论极限体系与不可逆损失归因框架，可为氢能储能系统热力学优化、设备结构迭代、运行策略调控、多能耦合系统配置提供理论依据与技术参考。

关键词(KeyWords)：氢能储能；电-氢-电转换；理论效率极限；不可逆损失；电解水制氢；燃料电池；熵增机理；间歇新能源

参考文献(References)：