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广州南沙电氢智慧能源站。(央视《朝闻天下》报道截图)
云南电网公司工作人员给应急氢燃料发电堆加注氢气。 夏瑶 摄
广东电网公司广州供电局氢能研究中心工作人员检查固态储氢装置气体进出阀门的开闭情况。 甘丽莉 摄
编者按：3月25日，国家重点研发项目固态氢能发电并网在广州和昆明同时实现，这是我国首次将光伏发电制成固态氢能应用于电力系统。
中央电视台《新闻联播》当日报道后，《朝闻天下》《新闻直播间》等栏目又陆续在各时段做了详细报道。据统计，央视各栏目共计报道8篇次，新媒体日浏览量超过40万人次。
南网报记者分赴广州、昆明两地，实地探访项目发电并网情况，讲述项目科技攻关的故事。
眼下，我国多个跟新能源有关的工程项目进展顺利。3月25日，国家重点研发项目固态氢能发电并网率先在广州和昆明同时实现，这也是我国首次将光伏发电制成固态氢能应用于电力系统。
在广州南沙电氢智慧能源站，这7个储存氢气的长方体就是刚刚投运的固态储氢装置。固态储氢与目前的气态和液态储氢方式不同，它是在常温下，通过氢气与合金发生化学反应，让氢原子进入金属的空隙中存储，储氢的压力是2—3兆帕，升高合金的环境温度就可以释放氢气。
云南电网公司电力科学研究院氢储能项目负责人郑欣说：“装置能够储存200立方米的氢气。它的储氢密度非常高，如果换成普通常用的3个兆帕储氢罐，体积要增加20倍，这样储存的氢气就要占满这样大半个场地的储罐。”
固态储氢最大的优点就是简单高效，就好比做一个能量的大蓄水池，可以把光伏、风电等不稳定的发电量高密度存储起来。在广州，这项技术还可以升温释放高压氢气，为新能源汽车加氢。
广东电网公司广州供电局氢能源研究中心总经理雷金勇表示，能源站通过氢能的制取、存储、发电、加氢一体化，实现“绿电”与“绿氢”之间的灵活转换，很好地解决了新能源发电的随机性、季节性、波动强的难题。
而在云南，固态储氢同样实现了示范应用，氢气释放出来，通过燃料电池转化为电能并入电网，不管是晚上还是阴天，都能实时对新能源最大程度地进行消纳和转化。
整个项目存储的165公斤氢能，在用电高峰时，可持续稳定出力23小时、发供电2300度，将推动大规模稳定消纳清洁能源、加快建成新型电力系统。 (转载自央视网3月26日消息)
探访
广州 电与氢“跳起了交谊舞”
走进广州市南沙区小虎岛上的电氢智慧能源站，似乎来到一个缩小版的炼油厂：密布的管网、蓄水罐、储气罐，加上各种压力表。银灰色的主色调呈现了一种简约、整洁的工业之美。
这是一套从电解水制氢到固态氢储存，再到加氢、燃料电池发电，余电并网的一整套装置。“氢气在电网的应用场景在这里几乎齐活了。”广东电网公司广州供电局氢能源研究中心总经理雷金勇告诉记者。
50千瓦时光伏电制1公斤氢气
“项目采用先进的PEM(质子交换膜)电解水制氢技术”，雷金勇指着一个白色集装箱的设备介绍说，水在这里变成了氢气和氧气，而它使用的电就是来自屋顶光伏。“制取1公斤氢气大约需要50千瓦时电。”
打开“集装箱”的大门，一大堆密密麻麻的电解槽、气液分离器呈现在记者面前。就是在这里，电与氢，两种异质能源开始了互联互通。“这套设备额定功率是150千瓦，可以实现10%—100%额定功率范围内秒级调节。”也就是说，它可以丰富电网开展需求侧响应的调节手段，提升电网灵活调节能力。
2022年发布的《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》明确了氢的能源属性，是未来国家能源体系的组成部分，是战略性新兴产业的重点方向，是构建绿色低碳产业体系、打造产业转型升级的新增长点。规划提出了氢能产业发展各阶段目标：到2025年可再生能源制氢量达到10万吨到20万吨/年;到2030年形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系;到2035年，形成氢能多元应用生态，可再生能源制氢在终端能源消费中的比例明显提升。
一方面是社会越来越大的用氢需求，一方面是传统氢能在制造、储运、加注、使用上的短板越来越明显。而通过光伏发电来电解水制氢，既解决了新能源的间歇性和波动性问题，又能从源头上实现能源的无碳化。可以说，氢能是实现全社会深度脱碳的最佳途径之一。
1立方米容器储25公斤固态氢
氢气制造出来了，但它与电网的融合才刚刚开始。
在氢能源研究中心卢彦杉博士的指引下，记者看到了从“集装箱”延伸出氢气管道，经过一个缓冲罐，再接入了数个长方体盒子里，“这里正在进行激烈的化学反应。”氢气进入盒子后，与里面的合金发生化学反应，生成了氢化物，以固态的方式储存了下来。固态储氢的体积能量密度要大大高于气态储氢，而且无需高压设备、安全性好。
“就这个1立方米的盒子里，储存了25公斤氢，”卢彦杉算了一下，如果换成是气态储氢，“起码得3倍的容器，而且要在100个大气压下。”在小虎岛电氢智慧能源站，这里有不同储量的7个固态储氢装置，“一共可以储存90公斤的氢气。”
氢气的质量能量密度是汽油的三倍。“如果大规模建设，它就是城市中的充电宝，可以直接布置在负荷中心。”雷金勇告诉记者，“通过电解制氢与储氢，实现跨季节、跨行业的可再生能源存储与调节，解决长周期电量平衡问题。”
更神奇的是，这种固态的氢化物，只要给它加热，就可以释放氢气，能满足燃料电池汽车快速加氢要求。固态储氢装置工作全程无机械运动部件，安静、安全、高效，有效解决了传统加氢站机械式氢压缩的泄漏和磨损问题。
“这是一种前瞻性技术。”雷金勇告诉记者，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。
电制成氢，氢又“还原”成电
在小虎岛上，通过固态加热转换成气态的氢气，被管道输送到了一个燃料电池的装置中，“它发出来的电又并到了大电网。”
从电开始，以氢作为中间形态，又“还原”成了电，作为国家重点研发计划项目，小虎岛上的这个电氢智慧能源站诠释了电氢互联互通的意义：它可用来解决新能源稳定并网、电网削峰填谷等以及电力系统安全性、灵活性问题，并大幅降低碳排放。
中国工程院院士、天津大学国家储能技术产教融合创新平台主任王成山认为：“未来，氢能在终端能源体系占比将持续扩大，‘绿氢’的比重也将持续提升。电氢融合是支撑电力系统向高级形态演化的颠覆性技术之一。”
在碳中和战略目标引领下，能源生产消费体系加快了迈向低碳的脚步。据国际氢能源委员会报告预测，2050年氢在终端能源体系占比将达到18%，产值达2.5万亿美元；中国工程院也有研究报告预测，保守估计到2050年氢在我国终端能源占比约10%，带动形成十万亿级的新型产业。
南网报记者 毛春初 通讯员 江军 何靖治 王颖 发自广东
昆明 保障光伏发电波动不对电网造成冲击
3月，云南电网公司主导建设的氢储能综合示范工程建成，这是国内首次实现低压固态合金储氢技术在电网领域应用。
“让氢气在低压常温状态下把能源储存起来，即使光伏发出的电量有波动也不会对电网造成冲击，这就是我们这个示范工程的意义。”云南电网公司电力科学研究院氢储能项目负责人郑欣介绍。
低压常温实现氢能存储
在电力领域，新能源存在发电出力随机性、季节性、波动强的特点，对电力系统的实时平衡影响极大，可再生能源的实时消纳、存储成为新型电力系统建设亟待解决的关键问题。
氢能能量密度高、储存方式简单，是大规模、长周期储能的理想选择。理论上，氢储能的存储规模可达百万千瓦级，存储时间上可根据太阳能、风能、水能资源等产出差异实现季节性存储。
随着燃料电池等氢能利用技术开发成熟，“氢能—热能—电能”将实现灵活转化、耦合发展。在用电低谷期，利用富余的可再生能源电力以电解水制取氢气，并以高压气态、低温液态、有机液态或固态材料等形式储存下来;在用电高峰期，再将储存的氢通过燃料电池等方式放电，并入电网。
目前高压气态、低温液态储氢均是比较成熟的技术路线。但是，气态储氢气压高，存在易燃易爆风险;液态储氢可以大大提高储氢密度，却需要零下252摄氏度的低温;有机液态储氢、吸脱氢均需要150摄氏度以上的高温。
“综合比较，我们选择固态储氢技术。只需要在常温条件下，将氢气压力提高到2—3兆帕，储氢合金就会吸收氢气生成氢化物，氢原子进入金属原子间隙中，实现高密度储氢。升高一点温度或降低氢气压力后，氢气很容易跑出来。同等体积下，它的储氢量是35兆帕气罐的2.7倍、液态储氢的1.5倍。”郑欣介绍，“固态储氢的最大的特点就是简单高效，高压气瓶压缩存储需消耗氢气能量的40%左右，低温制冷制成液氢差不多消耗其能量的30%—35%。固态储氢合金，极端情况下可以不耗能。”
确定固态储氢技术路线后，郑欣团队对比了多个固态合金材料。“经过比对工作温度、环境条件、抗杂质气体毒化的性能及使用寿命等方面，最后我们选择了钛锰系的储氢合金作为这个装置的核心。”原因只有一个，让整个系统最简化，而简单往往意味着高效。
做好热量管理能储更多氢
在示范工程建设中，郑欣团队需要解决固态储氢合金的热效应。该装置吸氢时需要放热，放氢时需要吸热，如何管理吸放氢过程中产生的热量是整个系统的核心。“我们需要在不增加能量消耗的基础上，解决固态储氢装置供氢过程的热量来源，完成热量管理。难点在于从冷启动到最高功率的全工况范围，我们的热量管理系统都能以最小的能耗供应它所需要的热量，实现整个装置的能效最高。经过设计和计算，最终我们采用与燃料电池冷却系统联合换热的方式实现控制管理。”
最可见的优点是，团队研发的氢燃料应急发电装置，同样采用固态合金储氢技术，能够在有限的空间里储存更多氢，尽可能延长发电车的工作时间，且更加安全。
在示范工程现场，氢燃料应急发电装置是黄色的集装箱，需要时吊装放上专用卡车就可以出发。集装箱内部固态储氢装置与燃料电池被隔开，通过管道相连。固态储氢装置共有8个储氢盒，像是小小的皮箱，通过螺栓固定。每个储氢盒能够储存200立方米的氢气，如果换成同等压力(3兆帕)下的氢气罐，体积要增加20倍，相当于1个12米长的标准集装箱。
团队为这两套100千瓦的燃料电池发电系统设计了换热装置和循环换热的管路。从燃料电池系统回收它发电产生的余热，为固态储氢装置供热。在没有增加额外的能耗的情况下，满足了储氢系统的加热需求，达到整个系统效率最优。
“为保证应急发电装置的可靠供电，氢气的流动速率必须达到2.7立方米/分钟，保证这个速率需要一定的供热。我们不可能专门搞个烧热水装置，而是通过回收利用电池发电过程中产生的余热，满足固态合金储氢装置的吸热需求。在国内我们是第一家。”
《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》提出，到2025年，基本掌握核心技术和制造工艺，燃料电池车辆保有量约5万辆。规划强调，要重点推进氢燃料电池中重型车辆应用。
“将固态储氢装置与燃料电池一体化集成，可充分利用燃料电池余热，吸热放氢，降低系统换热用能，使得整个燃料电池动力系统的能源效率得以提高。”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。“未来，固态储氢应用将更广泛。我们可以大胆想象下，或许有一天它可以变成一种像矿泉水瓶子大小的装置。由于它储氢条件仅需常压常温，氢能作为一种燃料将应用非常广泛。”
专家声音
未来，氢能在终端能源体系中的占比将持续扩大，“绿氢”的比重也将持续提升。电氢融合是支撑电力系统向高级形态演化的颠覆性技术之一。
——中国工程院院士、天津大学国家储能技术产教融合创新平台主任王成山
清洁电能要完全替代化石能源，应辅之以氢能，即以清洁电为主，以氢代煤、油，实行以氢基能源为辅的电氢耦合协调机制，以保证绿色能源的安全供给。因此，电氢耦合协调将是中国未来能源发展格局的必然选择。
——德国国家工程院院士、西南石油大学碳中和首席科学家雷宪章
储能作为新能源消纳的重要手段，是构建新型电力系统的核心技术。云南电网公司2019年立项开展云南省重大科技专项氢储能促进可再生能源消纳利用及装备技术研究与示范项目，历时4年，攻克了制氢、储氢、运氢和用氢环节的多项关键技术，建成了国内首个固态制、储、用氢能综合示范基地，为云南新型电力系统的建设和氢能产业的发展提供了良好的示范样本。
——云南电网公司电力科学研究院副院长钱国超
能源站通过氢能的制取、存储、发电、加氢一体化，实现“绿电”与“绿氢”之间的灵活转换，很好地解决了新能源发电的随机性、季节性、波动强的难题。
——广东电网公司广州供电局氢能源研究中心总经理雷金勇
南网报记者 刘杰 通讯员 陈波 夏瑶 周采薇 发自云南
标签：加快建成,新型电力系统,固态氢能发电并网
