全國首個固態儲氫項目解決“綠電”與“綠氫”轉換難題

2023年3月25日，國家重點研發計劃固態儲氫開發項目率先在廣東廣州和云南昆明實現并網發電。這是我國首次利用光伏發電制成固態氫能并成功應用于電力系統，對于推進可再生能源大規模制氫、加快建成新型電力系統具有里程碑意義。

“固態儲氫解決了‘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向高級形態演化的重要驅動力量。”中國工程院院士王成山說。

常溫狀態也能實現氫能存儲

走進固態儲氫開發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。”南方電網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生化學反應，從而‘吸引氫原子進入金屬空隙，實現存儲目的。如果將合金的環境溫度升高，其間的氫氣就會被釋放出來，通過燃料電池轉化為電能。”

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

“固態儲氫裝置就像一個大容量充電寶，可以把光伏、風電等不穩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狀。”南方電網廣東廣州供電局氫能源研究中心總經理雷金勇介紹。

此外，固態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，實現了能源網和交通網的“雙網”融合。

儲氫密度指標達國內領先水平

電網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的有力支撐，與之相關的技術已成為全球研發重點。

由于電網應用場景對重量并不敏感，固態儲氫與電網大規模、長周期安全存儲的需求有很高的契合點。因此，南方電網廣東廣州供電局在國內率先開展高安全固態儲供氫裝置在車用加氫及電網側儲氫一體化系統的示范驗證。

固態儲氫開發項目的研發匯聚了國內相關科研機構和高校，經過3年多的研發和示范工程建設，南沙小虎島電氫智慧能源站于2023年3月25日投運，在國內首次實現了固態氫能發電并網，同時具備給燃料電池汽車加氫能力，建成了國內首個基于固態儲供氫技術的電網側儲能型加氫站。

該智慧能源站所采用的核心技術和裝置全部實現國產化，固態儲氫裝置核心單元的體積儲氫密度指標達到國內領先水平。不僅如此，固態儲氫裝置可替代傳統加氫站中的氫壓縮機、高壓儲罐和純化系統，可使單站建設成本節約200余萬元。

固態儲氫裝置的核心——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

隨著氫氣的應用規模不斷擴大，固態儲氫技術在安全性、運輸效率、儲存密度方面的優點將逐步在氫能供應鏈中得到應用。2022年，國家發布的《氫能產業發展中長期規劃（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、電網調峰等應用場景的示范，探索培育‘風光發電+氫儲能一體化應用新模式”。

固態儲氫開發項目在廣東廣州和云南昆明實現并網發電，正是南方電網服務國家重大戰略、建設新型電力系統、推進能源綠色低碳轉型、促進氫能產業高質量發展的創新探索實踐。

目前，廣州南沙小虎島電氫智慧能源站已被列入《廣州能源發展“十四五”規劃》，將在國內率先開展集成應用于交通和電網的氫能全產業鏈示范，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。據了解，目前站內存儲的90公斤氫氣，在用電高峰時，可持續穩定出力12小時、發供電1 200度。

“未來，固態儲氫將得到更廣泛的應用。”鄭欣認為，基于氫燃料的應急發電裝置未來或可取代傳統的柴油應急發電車。

據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‘綠氫開發與利用提供有效的實現途徑，助力實現碳達峰碳中和目標。”雷金勇說。

（來源：科技日報）