全国首个固态储氢项目 解决“绿电”与“绿氢”转换难题

  3月25日,国家重点研发计划固态储氢开发项目率先在广东广州和云南昆明实现并网发电。这是我国首次利用光伏发电制成固态氢能并成功应用于电力系统,对于推进可再生能源大规模制氢、加快建成新型电力系统具有里程碑意义。

  “固态储氢解决了‘绿电’与‘绿氢’灵活转换的难题,这一重大变革性技术未来有望成为推动电力系统向高级形态演化的重要驱动力量。”中国工程院院士王成山说。

  常温状态也能实现氢能存储

  走进固态储氢开发项目成果之一的广州南沙小虎岛电氢智慧能源站,7个储存氢气的长方体金属块映入眼帘,这就是刚刚投运不久的固态储氢装置。

  “装置里面填充了储氢合金,在一定条件下能吸收和放出氢气。”南方电网广东广州供电局氢能源研究中心的卢彦杉博士介绍:“它的原理是通过氢气与新型合金材料发生化学反应,从而‘吸引’氢原子进入金属空隙,实现存储目的。如果将合金的环境温度升高,其间的氢气就会被释放出来,通过燃料电池转化为电能。”

  气态储氢存在气压高、易燃易爆等风险,液态储氢要求温度低于-250℃,成本极高。相比于高压气态储氢和低温液态储氢,固态储氢的体积储氢密度高、充放氢压力低、安全性好,可跨季节长周期存储。固态储氢开发项目成功破解了常温条件下以固态形式存储氢气的技术瓶颈。

  “固态储氢装置就像一个大容量充电宝,可以把光伏、风电等不稳定的可再生能源制成氢气并高密度存储起来,既解决了风光发电波动性的问题,也将改变目前过度依赖煤炭、石油等化石能源制氢的现状。”南方电网广东广州供电局氢能源研究中心总经理雷金勇介绍。

  此外,固态储氢装置还可直接为新能源汽车加氢,目前该应用场景已在广州落地,实现了能源网和交通网的“双网”融合。

  储氢密度指标达国内领先水平

  电网氢储能是一种将绿色能源转化成氢能储存起来的技术,它清洁无污染、能量密度高、储存时间长,被认为是构建新型电力系统的有力支撑,与之相关的技术已成为全球研发重点。

  由于电网应用场景对重量并不敏感,固态储氢与电网大规模、长周期安全存储的需求有很高的契合点。因此,南方电网广东广州供电局在国内率先开展高安全固态储供氢装置在车用加氢及电网侧储氢一体化系统的示范验证。

  固态储氢开发项目的研发汇聚了国内相关科研机构和高校,经过3年多的研发和示范工程建设,南沙小虎岛电氢智慧能源站于3月25日投运,在国内首次实现了固态氢能发电并网,同时具备给燃料电池汽车加氢能力,建成了国内首个基于固态储供氢技术的电网侧储能型加氢站。

  该智慧能源站所采用的核心技术和装置全部实现国产化,固态储氢装置核心单元的体积储氢密度指标达到国内领先水平。不仅如此,固态储氢装置可替代传统加氢站中的氢压缩机、高压储罐和纯化系统,可使单站建设成本节约200余万元。

  固态储氢装置的核心——储氢合金主要原料来自我国相对过剩的高丰度稀土元素和钛资源,如果项目广泛推广,既可缓解稀土元素应用不平衡的问题,又可促进我国钛资源的高效利用。

  将逐步在氢能供应链中得到应用

  随着氢气的应用规模不断扩大,固态储氢技术在安全性、运输效率、储存密度方面的优点将逐步在氢能供应链中得到应用。2022年,国家发布的《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》明确了氢能的能源属性,并提出“开展氢储能在可再生能源消纳、电网调峰等应用场景的示范,探索培育‘风光发电+氢储能’一体化应用新模式”。

  固态储氢开发项目在广东广州和云南昆明实现并网发电,正是南方电网服务国家重大战略、建设新型电力系统、推进能源绿色低碳转型、促进氢能产业高质量发展的创新探索实践。

  目前,广州南沙小虎岛电氢智慧能源站已被列入《广州能源发展“十四五”规划》,将在国内率先开展集成应用于交通和电网的氢能全产业链示范,推动我国氢能新技术应用和新模式落地,促进氢能与电能互补融合。据了解,目前站内存储的90公斤氢气,在用电高峰时,可持续稳定出力12小时、发供电1200度。

  “未来,固态储氢将得到更广泛的应用。”郑欣认为,基于氢燃料的应急发电装置未来或可取代传统的柴油应急发电车。

  据中国工程院最新预测,2060年我国氢气需求量将超过1.3亿吨,氢能占终端能源消费比重将达到20%,其中“绿氢”占比将超过80%。

  “氢电融合,将为加快‘绿氢’开发与利用提供有效的实现途径,助力实现碳达峰碳中和目标。”雷金勇说。

  ◎本报记者 叶 青

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