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全國首個固態(tài)儲氫項目 解決“綠電”與“綠氫”轉換難題

2023-04-11 14:09:01來源:科技日報

◎本報記者 葉 青

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。


(資料圖片)

“固態(tài)儲氫解決了‘綠電’與‘綠氫’靈活轉換的難題,這一重大變革性技術未來有望成為推動電力系統(tǒng)向高級形態(tài)演化的重要驅動力量?!敝袊こ淘涸菏客醭缮秸f。

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)生化學反應,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,通過燃料電池轉化為電能?!?/p>

氣態(tài)儲氫存在氣壓高、易燃易爆等風險,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?!蹦戏诫娋W(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。

儲氫密度指標達國內(nèi)領先水平

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

由于電網(wǎng)應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)相關科研機構和高校,經(jīng)過3年多的研發(fā)和示范工程建設,南沙小虎島電氫智慧能源站于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)儲供氫技術的電網(wǎng)側儲能型加氫站。

該智慧能源站所采用的核心技術和裝置全部實現(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達到國內(nèi)領先水平。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。

將逐步在氫能供應鏈中得到應用

隨著氫氣的應用規(guī)模不斷擴大,固態(tài)儲氫技術在安全性、運輸效率、儲存密度方面的優(yōu)點將逐步在氫能供應鏈中得到應用。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)峰等應用場景的示范,探索培育‘風光發(fā)電+氫儲能’一體化應用新模式”。

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)服務國家重大戰(zhàn)略、建設新型電力系統(tǒng)、推進能源綠色低碳轉型、促進氫能產(chǎn)業(yè)高質量發(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)率先開展集成應用于交通和電網(wǎng)的氫能全產(chǎn)業(yè)鏈示范,推動我國氫能新技術應用和新模式落地,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1200度。

“未來,固態(tài)儲氫將得到更廣泛的應用?!编嵭勒J為,基于氫燃料的應急發(fā)電裝置未來或可取代傳統(tǒng)的柴油應急發(fā)電車。

據(jù)中國工程院最新預測,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?!崩捉鹩抡f。

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