廣州南沙小虎島電氫智慧能源站，一輛黃色的氫能應(yīng)急電源車緩緩駛?cè)肭皝?lái)加注氫氣。近日，南方電網(wǎng)公司廣東廣州供電局研制的基于固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的氫能應(yīng)急電源車成功在廣州南沙供電局試運(yùn)行，在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)不間斷、零感知、環(huán)保、清潔保供電。
今年3月，南方電網(wǎng)公司廣東廣州供電局在廣州南沙完成小虎島電氫智慧能源站建設(shè)，該站是國(guó)內(nèi)首個(gè)應(yīng)用固態(tài)儲(chǔ)供氫技術(shù)的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能型制加氫一體站，支撐了基于固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的氫能應(yīng)急電源車首次投放使用。目前，該項(xiàng)目已經(jīng)列入《廣州市能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃》，是在國(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)痉叮辛ν苿?dòng)了我國(guó)氫能新技術(shù)應(yīng)用和新模式落地，促進(jìn)了氫能與電能互補(bǔ)融合。
“能源站通過(guò)氫能的制取、儲(chǔ)存、發(fā)電、加氫一體化，實(shí)現(xiàn)‘綠電’與‘綠氫’的靈活轉(zhuǎn)換，這一重大變革性技術(shù)，未來(lái)有望成為支撐電力系統(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)。
固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)更好地支撐城市供電保障
基于固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的氫能應(yīng)急電源車是廣州供電局科技項(xiàng)目“基于固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的氫能應(yīng)急電源車集成研究”的研發(fā)成果，項(xiàng)目旨在攻克氫能應(yīng)急電源車整車設(shè)計(jì)、配置優(yōu)化、運(yùn)行控制、系統(tǒng)集成等關(guān)鍵核心技術(shù)，該電源車是近年來(lái)氫能應(yīng)用領(lǐng)域具有技術(shù)引領(lǐng)性及轉(zhuǎn)化價(jià)值的科研成果之一。
廣州供電局氫能中心技術(shù)人員黃旭銳介紹，該氫能應(yīng)急電源車相較于以往傳統(tǒng)的應(yīng)急發(fā)電車，不僅實(shí)現(xiàn)了100%綠色低碳用能，還集成了固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)、氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)等多種元件，其中，固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)可存儲(chǔ)100kg氫氣，搭載的4個(gè)額定功率50kW的質(zhì)子交換膜燃料電池，可在200kW額定發(fā)電功率下持續(xù)供電6小時(shí)。“針對(duì)燃料電池系統(tǒng)綜合能源利用效率低下的問題，基于多種電堆/系統(tǒng)的檢測(cè)分析手段，結(jié)合固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)運(yùn)行特性，我們提出了耦合固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的燃料電池高效余熱利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)熱平衡、供給固態(tài)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的熱能按需調(diào)控以及系統(tǒng)氫氣供給狀態(tài)平衡，大幅提高了系統(tǒng)的綜合能源利用效率。”黃旭銳說(shuō)。
該氫能電源車融合了多種創(chuàng)新性技術(shù)，包括“固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)”和“燃料電池高效余熱利用技術(shù)”等，成果具有安全安靜、清潔綠色、環(huán)境友好、不間斷供電、電能質(zhì)量高、系統(tǒng)集成度高、儲(chǔ)氫壓力低等諸多優(yōu)點(diǎn)，可滿足應(yīng)急保電、應(yīng)急搶修、不停電檢修、電能質(zhì)量治理等多場(chǎng)景應(yīng)用要求。
該項(xiàng)目成果核心技術(shù)和設(shè)備全部國(guó)產(chǎn)化。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)采用先進(jìn)的質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電裝置，可以實(shí)現(xiàn)最高0-120%額定功率范圍內(nèi)的秒級(jí)快速調(diào)節(jié)。固態(tài)儲(chǔ)氫裝置的核心——儲(chǔ)氫合金，主要來(lái)自于我國(guó)相對(duì)過(guò)剩的高豐度鈦資源，成果如果進(jìn)一步推廣，可促進(jìn)我國(guó)鈦資源的高效利用。該車其余搭載的UPS系統(tǒng)、鋰離子儲(chǔ)能系統(tǒng)等，均為我國(guó)已有成熟技術(shù)，擁有較強(qiáng)的推廣可行性。
“廣州供電局在國(guó)內(nèi)率先研制并應(yīng)用基于固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)的氫能應(yīng)急電源車對(duì)城市配電網(wǎng)和重要負(fù)荷開展保供電作業(yè)，是電力企業(yè)站在自身社會(huì)責(zé)任上對(duì)電氫融合領(lǐng)域科技創(chuàng)新的一次重要探索。”廣州供電局氫能源研究中心總經(jīng)理雷金勇表示。
電氫融合推動(dòng)大規(guī)模穩(wěn)定消納清潔能源
氫能應(yīng)急電源車的投放，離不開能源站的支撐。走進(jìn)廣州南沙小虎島上的電氫智慧能源站，似乎看到一個(gè)縮小版的煉油廠：密布的管網(wǎng)，蓄水罐、儲(chǔ)氣罐，加上各種壓力表，銀灰色的主色調(diào)呈現(xiàn)了一種簡(jiǎn)約、整潔的工業(yè)之美。
這是一套從電解水制氫，到固態(tài)氫儲(chǔ)存，再到加氫、燃料電池發(fā)電，余電并網(wǎng)的一整套系統(tǒng)。“氫氣在電網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景在這里幾乎齊活了。”廣州供電局氫能源研究中心副總經(jīng)理潘軍告訴記者。
氫能是“產(chǎn)業(yè)”和“產(chǎn)品”，而氫儲(chǔ)能是氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來(lái)后，呈現(xiàn)出來(lái)的一種產(chǎn)業(yè)“外特征”，是一個(gè)抽象概念，類似電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)、虛擬電廠概念等。“氫儲(chǔ)能”豐富了新型電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)資源，提升了電網(wǎng)韌性，助力更多的新能源并網(wǎng)消納。而氫能產(chǎn)業(yè)這種“儲(chǔ)能”特性，核心在于氫氣這種物質(zhì)的制取、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、消費(fèi)，與之相關(guān)的技術(shù)已成為全球研發(fā)重點(diǎn)。
小虎島電氫智慧能源站采用的，是名為“固態(tài)儲(chǔ)氫”的技術(shù)。其原理是將氫氣與合金發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，氫原子進(jìn)入金屬的空隙中存儲(chǔ)，生成了一種叫“氫化物”的固態(tài)物質(zhì)，當(dāng)需要對(duì)外供氫時(shí)，升高氫化物的環(huán)境溫度就可以釋放氫氣。
“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)。”廣州供電局氫能源研究中心盧彥杉博士介紹。
能源站所采用的核心技術(shù)和裝置同樣全部國(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)，使單站建設(shè)成本節(jié)約200余萬(wàn)元。
雷金勇介紹：“能源站采用電解水制氫，采用固態(tài)儲(chǔ)氫裝置儲(chǔ)氫。氫氣可以用來(lái)發(fā)電，支撐電網(wǎng)調(diào)峰，解決了電網(wǎng)靈活性調(diào)節(jié)資源不足的問題；固態(tài)儲(chǔ)氫裝置也可以為氫燃料電池車加氫，解決了傳統(tǒng)加氫站機(jī)械壓縮氫氣容易泄漏、儲(chǔ)氫壓力高帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)問題。”能源站是能源網(wǎng)和交通網(wǎng)融合的新型能源基礎(chǔ)設(shè)施，具有“氫儲(chǔ)能”特性，對(duì)于粵港澳大灣區(qū)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)和新型能源體系有重要意義。