全國首個固態(tài)儲氫項目解決“綠電”與“綠氫”轉(zhuǎn)換難題

2023年3月25日，國家重點研發(fā)計劃固態(tài)儲氫開發(fā)項目率先在廣東廣州和云南昆明實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。這是我國首次利用光伏發(fā)電制成固態(tài)氫能并成功應(yīng)用于電力系統(tǒng)，對于推進可再生能源大規(guī)模制氫、加快建成新型電力系統(tǒng)具有里程碑意義。

“固態(tài)儲氫解決了‘綠電與‘綠氫靈活轉(zhuǎn)換的難題，這一重大變革性技術(shù)未來有望成為推動電力系統(tǒng)向高級形態(tài)演化的重要驅(qū)動力量。”中國工程院院士王成山說。

常溫狀態(tài)也能實現(xiàn)氫能存儲

走進固態(tài)儲氫開發(fā)項目成果之一的廣州南沙小虎島電氫智慧能源站，7個儲存氫氣的長方體金屬塊映入眼簾，這就是剛剛投運不久的固態(tài)儲氫裝置。

“裝置里面填充了儲氫合金，在一定條件下能吸收和放出氫氣?！蹦戏诫娋W(wǎng)廣東廣州供電局氫能源研究中心的盧彥杉博士介紹：“它的原理是通過氫氣與新型合金材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而‘吸引氫原子進入金屬空隙，實現(xiàn)存儲目的。如果將合金的環(huán)境溫度升高，其間的氫氣就會被釋放出來，通過燃料電池轉(zhuǎn)化為電能?！?/p>

氣態(tài)儲氫存在氣壓高、易燃易爆等風(fēng)險，液態(tài)儲氫要求溫度低于-250 ℃，成本極高。相比于高壓氣態(tài)儲氫和低溫液態(tài)儲氫，固態(tài)儲氫的體積儲氫密度高、充放氫壓力低、安全性好，可跨季節(jié)長周期存儲。固態(tài)儲氫開發(fā)項目成功破解了常溫條件下以固態(tài)形式存儲氫氣的技術(shù)瓶頸。

“固態(tài)儲氫裝置就像一個大容量充電寶，可以把光伏、風(fēng)電等不穩(wěn)定的可再生能源制成氫氣并高密度存儲起來，既解決了風(fēng)光發(fā)電波動性的問題，也將改變目前過度依賴煤炭、石油等化石能源制氫的現(xiàn)狀。”南方電網(wǎng)廣東廣州供電局氫能源研究中心總經(jīng)理雷金勇介紹。

此外，固態(tài)儲氫裝置還可直接為新能源汽車加氫，目前該應(yīng)用場景已在廣州落地，實現(xiàn)了能源網(wǎng)和交通網(wǎng)的“雙網(wǎng)”融合。

儲氫密度指標(biāo)達國內(nèi)領(lǐng)先水平

電網(wǎng)氫儲能是一種將綠色能源轉(zhuǎn)化成氫能儲存起來的技術(shù)，它清潔無污染、能量密度高、儲存時間長，被認(rèn)為是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的有力支撐，與之相關(guān)的技術(shù)已成為全球研發(fā)重點。

由于電網(wǎng)應(yīng)用場景對重量并不敏感，固態(tài)儲氫與電網(wǎng)大規(guī)模、長周期安全存儲的需求有很高的契合點。因此，南方電網(wǎng)廣東廣州供電局在國內(nèi)率先開展高安全固態(tài)儲供氫裝置在車用加氫及電網(wǎng)側(cè)儲氫一體化系統(tǒng)的示范驗證。

固態(tài)儲氫開發(fā)項目的研發(fā)匯聚了國內(nèi)相關(guān)科研機構(gòu)和高校，經(jīng)過3年多的研發(fā)和示范工程建設(shè)，南沙小虎島電氫智慧能源站于2023年3月25日投運，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了固態(tài)氫能發(fā)電并網(wǎng)，同時具備給燃料電池汽車加氫能力，建成了國內(nèi)首個基于固態(tài)儲供氫技術(shù)的電網(wǎng)側(cè)儲能型加氫站。

該智慧能源站所采用的核心技術(shù)和裝置全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，固態(tài)儲氫裝置核心單元的體積儲氫密度指標(biāo)達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。不僅如此，固態(tài)儲氫裝置可替代傳統(tǒng)加氫站中的氫壓縮機、高壓儲罐和純化系統(tǒng)，可使單站建設(shè)成本節(jié)約200余萬元。

固態(tài)儲氫裝置的核心——儲氫合金主要原料來自我國相對過剩的高豐度稀土元素和鈦資源，如果項目廣泛推廣，既可緩解稀土元素應(yīng)用不平衡的問題，又可促進我國鈦資源的高效利用。

將逐步在氫能供應(yīng)鏈中得到應(yīng)用

隨著氫氣的應(yīng)用規(guī)模不斷擴大，固態(tài)儲氫技術(shù)在安全性、運輸效率、儲存密度方面的優(yōu)點將逐步在氫能供應(yīng)鏈中得到應(yīng)用。2022年，國家發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》明確了氫能的能源屬性，并提出“開展氫儲能在可再生能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰等應(yīng)用場景的示范，探索培育‘風(fēng)光發(fā)電+氫儲能一體化應(yīng)用新模式”。

固態(tài)儲氫開發(fā)項目在廣東廣州和云南昆明實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，正是南方電網(wǎng)服務(wù)國家重大戰(zhàn)略、建設(shè)新型電力系統(tǒng)、推進能源綠色低碳轉(zhuǎn)型、促進氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的創(chuàng)新探索實踐。

目前，廣州南沙小虎島電氫智慧能源站已被列入《廣州能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃》，將在國內(nèi)率先開展集成應(yīng)用于交通和電網(wǎng)的氫能全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉?，推動我國氫能新技術(shù)應(yīng)用和新模式落地，促進氫能與電能互補融合。據(jù)了解，目前站內(nèi)存儲的90公斤氫氣，在用電高峰時，可持續(xù)穩(wěn)定出力12小時、發(fā)供電1 200度。

“未來，固態(tài)儲氫將得到更廣泛的應(yīng)用。”鄭欣認(rèn)為，基于氫燃料的應(yīng)急發(fā)電裝置未來或可取代傳統(tǒng)的柴油應(yīng)急發(fā)電車。

據(jù)中國工程院最新預(yù)測，2060年我國氫氣需求量將超過1.3億噸，氫能占終端能源消費比重將達到20%，其中“綠氫”占比將超過80%。

“氫電融合，將為加快‘綠氫開發(fā)與利用提供有效的實現(xiàn)途徑，助力實現(xiàn)碳達峰碳中和目標(biāo)?！崩捉鹩抡f。

（來源：科技日報）