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全國(guó)首個(gè)固態(tài)儲(chǔ)氫項(xiàng)目 解決“綠電”與“綠氫”轉(zhuǎn)換難題
科技日?qǐng)?bào) / 2023-04-11 / ：122
3月25日，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃固態(tài)儲(chǔ)氫開發(fā)項(xiàng)目率先在廣東廣州和云南昆明實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。這是我國(guó)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(duì)于推進(jìn)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(chǔ)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(lái)有望成為推動(dòng)電力系統(tǒng)向高級(jí)形態(tài)演化的重要驅(qū)動(dòng)力量。”中國(guó)工程院院士王成山說(shuō)。
常溫狀態(tài)也能實(shí)現(xiàn)氫能存儲(chǔ)
走進(jìn)固態(tài)儲(chǔ)氫開發(fā)項(xiàng)目成果之一的廣州南沙小虎島電氫智慧能源站，7個(gè)儲(chǔ)存氫氣的長(zhǎng)方體金屬塊映入眼簾，這就是剛剛投運(yùn)不久的固態(tài)儲(chǔ)氫裝置。
“裝置里面填充了儲(chǔ)氫合金，在一定條件下能吸收和放出氫氣。”南方電網(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(guò)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(jìn)入金屬空隙，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)目的。如果將合金的環(huán)境溫度升高，其間的氫氣就會(huì)被釋放出來(lái)，通過(guò)燃料電池轉(zhuǎn)化為電能。”
氣態(tài)儲(chǔ)氫存在氣壓高、易燃易爆等風(fēng)險(xiǎn)，液態(tài)儲(chǔ)氫要求溫度低于-250℃，成本極高。相比于高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫和低溫液態(tài)儲(chǔ)氫，固態(tài)儲(chǔ)氫的體積儲(chǔ)氫密度高、充放氫壓力低、安全性好，可跨季節(jié)長(zhǎng)周期存儲(chǔ)。固態(tài)儲(chǔ)氫開發(fā)項(xiàng)目成功破解了常溫條件下以固態(tài)形式存儲(chǔ)氫氣的技術(shù)瓶頸。
“固態(tài)儲(chǔ)氫裝置就像一個(gè)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(chǔ)起來(lái)，既解決了風(fēng)光發(fā)電波動(dòng)性的問(wèn)題，也將改變目前過(guò)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(chǔ)氫裝置還可直接為新能源汽車加氫，目前該應(yīng)用場(chǎng)景已在廣州落地，實(shí)現(xiàn)了能源網(wǎng)和交通網(wǎng)的“雙網(wǎng)”融合。
儲(chǔ)氫密度指標(biāo)達(dá)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平
電網(wǎng)氫儲(chǔ)能是一種將綠色能源轉(zhuǎn)化成氫能儲(chǔ)存起來(lái)的技術(shù)，它清潔無(wú)污染、能量密度高、儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，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(diǎn)。
由于電網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)重量并不敏感，固態(tài)儲(chǔ)氫與電網(wǎng)大規(guī)模、長(zhǎng)周期安全存儲(chǔ)的需求有很高的契合點(diǎn)。因此，南方電網(wǎng)廣東廣州供電局在國(guó)內(nèi)率先開展高安全固態(tài)儲(chǔ)供氫裝置在車用加氫及電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)氫一體化系統(tǒng)的示范驗(yàn)證。
固態(tài)儲(chǔ)氫開發(fā)項(xiàng)目的研發(fā)匯聚了國(guó)內(nèi)相關(guān)科研機(jī)構(gòu)和高校，經(jīng)過(guò)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3月25日投運(yùn)，在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了固態(tài)氫能發(fā)電并網(wǎng)，同時(shí)具備給燃料電池汽車加氫能力，建成了國(guó)內(nèi)首個(gè)基于固態(tài)儲(chǔ)供氫技術(shù)的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，固態(tài)儲(chǔ)氫裝置核心單元的體積儲(chǔ)氫密度指標(biāo)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。不僅如此，固態(tài)儲(chǔ)氫裝置可替代傳統(tǒng)加氫站中的氫壓縮機(jī)、高壓儲(chǔ)罐和純化系統(tǒng)，可使單站建設(shè)成本節(jié)約200余萬(wàn)元。
固態(tài)儲(chǔ)氫裝置的核心——儲(chǔ)氫合金主要原料來(lái)自我國(guó)相對(duì)過(guò)剩的高豐度稀土元素和鈦資源，如果項(xiàng)目廣泛推廣，既可緩解稀土元素應(yīng)用不平衡的問(wèn)題，又可促進(jìn)我國(guó)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(kuò)大，固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)在安全性、運(yùn)輸效率、儲(chǔ)存密度方面的優(yōu)點(diǎn)將逐步在氫能供應(yīng)鏈中得到應(yīng)用。2022年，國(guó)家發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021—2035年)》明確了氫能的能源屬性，并提出“開展氫儲(chǔ)能在可再生能源消納、電網(wǎng)調(diào)峰等應(yīng)用場(chǎng)景的示范，探索培育‘風(fēng)光發(fā)電+氫儲(chǔ)能’一體化應(yīng)用新模式”。
固態(tài)儲(chǔ)氫開發(fā)項(xiàng)目在廣東廣州和云南昆明實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，正是南方電網(wǎng)服務(wù)國(guó)家重大戰(zhàn)略、建設(shè)新型電力系統(tǒng)、推進(jìn)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型、促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的創(chuàng)新探索實(shí)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(guó)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?dòng)我國(guó)氫能新技術(shù)應(yīng)用和新模式落地，促進(jìn)氫能與電能互補(bǔ)融合。據(jù)了解，目前站內(nèi)存儲(chǔ)的90公斤氫氣，在用電高峰時(shí)，可持續(xù)穩(wěn)定出力12小時(shí)、發(fā)供電1200度。
“未來(lái)，固態(tài)儲(chǔ)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(lái)或可取代傳統(tǒng)的柴油應(yīng)急發(fā)電車。
據(jù)中國(guó)工程院最新預(yù)測(cè)，2060年我國(guó)氫氣需求量將超過(guò)1.3億噸，氫能占終端能源消費(fèi)比重將達(dá)到20%，其中“綠氫”占比將超過(guò)80%。
“氫電融合，將為加快‘綠氫’開發(fā)與利用提供有效的實(shí)現(xiàn)途徑，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)。”雷金勇說(shuō)。
