Le système de stockage d'énergie à hydrogène est une technologie qui permet le stockage d'énergie à longue durée et à grande échelle par la conversion bidirectionnelle de l'énergie électrique et chimique, avec une valeur stratégique importante dans le nouveau système énergétique. Voici une analyse des détails techniques, des scénarios d'application, des avantages et des défis:

I. composition du système et technologies de base

1. Système de production d'hydrogène

- voie technologique: la production d'hydrogène est principalement réalisée par électrolyse de l'eau, y compris des techniques telles que l'électrolyse alcaline (AE), l'électrolyse membranaire échangeuse de protons (PEM), l'électrolyse des oxydes solides à haute température (SOEC). Parmi celles - ci, la technologie d'électrolyse alcaline est mature et peu coûteuse, mais son efficacité (environ 60%) et sa réactivité dynamique sont limitées; L'électrolyse PEM est efficace (environ 80%), de faible volume, mais repose sur des catalyseurs de métaux précieux; L'efficacité théorique du CSEO est supérieure à 90%, mais nécessite un fonctionnement à haute température (800 - 950 ° c) et est encore en phase de recherche et développement.

- efficacité et coût: l'efficacité actuelle de l'électrolyseur est de 65% - 85% et le coût du système est d'environ 855 $/ kW (2020), qui devrait tomber à 305 $/ kW (taux de courbe d'apprentissage de 20%) en 2030.

2. Système de stockage d'hydrogène

- mode de stockage:

- stockage d'hydrogène gazeux à haute pression: technologie courante, densité massique d'environ 5% à 35 MPa et 38 kg / m³ à 70 MPa, mais consommation d'énergie de compression élevée (1 / 3 de l'énergie liquéfiée).

- stockage d'hydrogène liquide à basse température: la densité volumique est augmentée à 800 fois l'état gazeux, mais la consommation d'énergie liquéfiée représente 1 / 3 de la chaleur de combustion de l'hydrogène, le taux de perte par évaporation de 1% - 2% / jour.

- stockage d'hydrogène à l'état solide: stockage à l'aide d'hydrures métalliques (tels que lani5h6, MgH2), haute sécurité, aucune perte par évaporation, mais faible densité de masse (environ 5 - 10 kWh / kg)

- matériaux de stockage de l'hydrogène: les réservoirs de stockage composites en fibre de carbone sont largement utilisés et des solutions de stockage de l'hydrogène à grande échelle telles que les cavités salines souterraines, les champs de pétrole et de gaz abandonnés sont démontrées.

3. Système de génération d'hydrogène

- technologie des piles à combustible: les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) sont adaptées à la production distribuée d'électricité avec un rendement de 50 à 60% et une densité de puissance élevée, mais reposent sur des catalyseurs au platine; Les piles à combustible à oxyde solide (SOFC) ont un rendement allant jusqu'à 65% et une utilisation élevée de la chaleur résiduelle, ce qui les rend adaptées à l'alimentation combinée thermoélectrique.

- efficacité de la production d'électricité: l'efficacité globale de la pile à combustible est influencée par la pureté de l'hydrogène, la gestion de la température et d'autres facteurs, l'efficacité du système actuel est d'environ 35% - 50%.

II. Scénarios d'application et cas typiques

1. Réglage de crête du système électrique FM

- mécanisme d'action: production d'hydrogène à partir d'électricité excédentaire, production d'électricité par pile à combustible aux pics de consommation ou participation directe au Peak - up du réseau. Par exemple, le Tibet, le Qinghai et d'autres régions où les rejets de lumière sont importants (plus de 8% en 2022) peuvent éliminer les sources d'énergie volatiles grâce au stockage d'hydrogène.

- cas: projet de production d’hydrogène à partir d’énergies renouvelables à Zhangjiakou (200 MW d’éolien + 10 MW de production d’hydrogène) avec un Peak de réglage intersaisonnier par stockage d’hydrogène.

2. Réponse à la demande côté utilisateur avec alimentation thermique froide

- production d'hydrogène électrique à partir de la vallée: le côté de l'utilisateur utilise la production d'hydrogène électrique à bas prix la nuit, la chaleur pendant la journée est alimentée par des piles à combustible pour atteindre l'arbitrage de la vallée du pic. Par exemple, les parcs industriels peuvent construire des micro - réseaux de stockage d'hydrogène, réduisant ainsi les coûts d'utilisation de l'électricité.

- alimentation combinée par chaleur et électricité: la chaleur résiduelle de la pile à combustible peut répondre aux besoins de chauffage du bâtiment avec une efficacité énergétique combinée de plus de 80%.

3. Approvisionnement énergétique interrégional

- production d'hydrogène par l'énergie éolienne offshore: l'énergie éolienne offshore de grande envergure produit de l'hydrogène par électrolyse de l'eau, repoussant les limites de transmission. Par exemple, le projet européen de production d’hydrogène éolien en mer du Nord (1gw éolien + 1 million de tonnes d’hydrogène par an) utilise le stockage d’hydrogène dans des cavités salines pour la régulation saisonnière.

- transformation des champs de pétrole et de gaz: les champs de pétrole et de gaz épuisés peuvent être transformés en « champs d’hydrogène », transportés par des pipelines dopés à l’hydrogène (< 15%), réduisant ainsi les coûts de transport.

Iii. Avantages et défis

1. Principaux avantages

- stockage d'énergie à long terme: convient au stockage d'énergie de plus de 4 heures à l'échelle trimestrielle, peut atténuer les fluctuations saisonnières de l'énergie éolienne, photovoltaïque.

- À grande échelle et à travers les régions: capacité de stockage de 100 GWh, l'hydrogène peut être mélangé hors site par pipeline, transport en réservoir, dépassant les limites géographiques.

- respect de l'environnement: le processus « électricité - hydrogène - électricité» à cycle complet ne produit que de l'eau et peut atteindre zéro émission de carbone si l'hydrogène est produit à partir de sources d'énergie renouvelables.

2. Principaux défis

- efficacité et coût: l'efficacité totale actuelle "électricité - hydrogène - électricité" est d'environ 30% - 40%, le coût en degrés de l'électricité est de 1,8 yuans (2020), beaucoup plus élevé que le stockage d'énergie électrique au lithium (0,5 yuans) et l'accumulation par pompage (< 0,25 yuans).

- goulots d'étranglement technologiques: les matériaux de stockage d'hydrogène, les composants clés des piles à combustible (par exemple, les électrodes à membrane, les plaques bipolaires) dépendent des importations et le taux de domestication doit être amélioré.

- sécurité: l'hydrogène est inflammable et explosif, il est nécessaire d'optimiser la conception des réservoirs, la gestion du transport et les techniques de surveillance des fuites.