Almacenamiento de hidrógeno en estado sólido: una nueva dirección para el almacenamiento de energía
Con la exploración en profundidad de tecnologías como almacenamiento de hidrógeno en estado sólidola energía del hidrógeno se utilizará más ampliamente en muchos campos, realizando la transición de 1 a N.
En este artículo se describen las ventajas del almacenamiento de hidrógeno, las categorías y las diferencias entre el almacenamiento de hidrógeno en estado sólido y otros tipos de almacenamiento. soluciones de almacenamiento de energía.
Nuevos avances en el almacenamiento de hidrógeno en estado sólido
Recientemente, el proyecto de desarrollo del almacenamiento de hidrógeno en estado sólido, incluido en el plan clave de investigación y desarrollo de China, tomó la delantera en la realización de la generación de energía conectada a la red en Guangzhou y Kunming.
Es la primera vez en China que se utiliza la generación de energía fotovoltaica para producir energía de hidrógeno sólido y se aplica con éxito al sistema eléctrico. Es un hito en la promoción de la producción de hidrógeno a gran escala a partir de energías renovables y en la aceleración de la construcción de un nuevo sistema energético.
La estación energética realiza la conversión flexible entre electricidad e hidrógeno mediante la integración de la producción de energía de hidrógeno, el almacenamiento, la generación de energía y la hidrogenación. Así se resolverán los problemas de aleatoriedad y fuertes fluctuaciones estacionales de la generación de energía renovable.
En el proyecto de demostración de Guangdong (China), basado en el almacenamiento de hidrógeno en estado sólido, la energía del hidrógeno ha demostrado al mundo exterior su aplicación en el almacenamiento de energía.
Ventajas del almacenamiento de energía de hidrógeno
Las ventajas del almacenamiento de energía de hidrógeno durante mucho tiempo, gran capacidad y en todas las regiones.
En primer lugar, en términos de consumo de energía renovable. El almacenamiento de energía de hidrógeno tiene ventajas evidentes sobre otros tipos de almacenamiento energético en términos de tiempo de descarga (de horas a trimestres) y escala de capacidad (nivel de gigavatios).
El almacenamiento de energía de hidrógeno básicamente no tiene un límite rígido de capacidad de almacenamiento, y puede satisfacer las necesidades de almacenamiento de energía de varios días, meses o incluso más tiempo según sea necesario, suavizando así las fluctuaciones estacionales de la energía renovable.
En segundo lugar, la transferencia de energía de hidrógeno en el espacio también es más flexible. El transporte de hidrógeno no está restringido por la red de transmisión y distribución, y la energía puede transferirse a través de regiones, largas distancias y de forma no direccional.
Se pueden utilizar métodos de almacenamiento y transporte como los remolques de tubo largo, la transmisión de hidrógeno por tuberías, la hidrogenación de gas natural y el amoníaco líquido, que es más flexible.
Una vez más, el ámbito de aplicación de la energía del hidrógeno también es más amplio. Puede convertirse en energía eléctrica, térmica, química, etc., según las necesidades de los distintos campos.
Por último, sobre las restricciones geográficas y la protección ecológica. En comparación con las tecnologías de almacenamiento de energía a gran escala, como el almacenamiento por bombeo y el aire comprimido, el almacenamiento de hidrógeno no requiere condiciones geográficas específicas y no dañará el entorno ecológico.
Métodos y categorías de transporte para el almacenamiento de hidrógeno
En la cadena de la industria de almacenamiento de energía de hidrógeno, el eslabón de almacenamiento de hidrógeno está conectado a la producción de hidrógeno y luego a la aplicación de hidrógeno, que es una parte indispensable.
Las tecnologías habituales de almacenamiento de hidrógeno suelen dividirse en tres métodos: almacenamiento y transporte de gas, almacenamiento y transporte de líquido, y almacenamiento y transporte de estado sólido.
El coste de almacenamiento y transporte del gas es relativamente bajo, y la velocidad de carga y descarga del hidrógeno es relativamente rápida. Actualmente es el más maduro y el más utilizado. Sin embargo, la densidad de almacenamiento y el radio de transporte del hidrógeno son relativamente limitados, por lo que es adecuado para el transporte a corta distancia.
En cambio, el transporte a gran escala de media y larga distancia tiene en cuenta principalmente las tuberías y el transporte de hidrógeno líquido. La densidad de almacenamiento de hidrógeno del almacenamiento y el transporte de líquido es mayor, pero la inversión en equipos y los costes de consumo de energía son más elevados.
La tecnología de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido presenta las ventajas de un largo tiempo de almacenamiento, una elevada seguridad y una cómoda liberación del hidrógeno. Sin embargo, también presenta problemas como la baja capacidad de almacenamiento de hidrógeno a temperatura ambiente, la costosa preparación de los materiales de adsorción y la escasa comercialización.
Según las diferencias en el mecanismo de almacenamiento de hidrógeno de los materiales de estado sólido, los materiales de almacenamiento de hidrógeno pueden dividirse principalmente en dos tipos: materiales de almacenamiento de hidrógeno de adsorción física y aleaciones de almacenamiento de hidrógeno basadas en hidruros metálicos. Entre ellos, el almacenamiento de hidrógeno mediante hidruros metálicos es actualmente el método de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido más prometedor y de más rápido crecimiento.
El principio consiste en hacer reaccionar químicamente el hidrógeno con la aleación, los átomos de hidrógeno se almacenan en los huecos del metal y se forma una sustancia sólida llamada "hidruro". Cuando se necesita suministrar hidrógeno externamente, se puede liberar el hidruro. hidrógeno.
Almacenamiento de hidrógeno en estado sólido frente al almacenamiento electroquímico de energía
Eficiencia del sistema de almacenamiento de energía
En esta fase, la eficiencia de conversión energética de varios almacenamiento electroquímico de energía como las baterías de litio es superior a 70%. Sin embargo, el almacenamiento de energía de hidrógeno necesita completar dos conversiones energéticas de "electricidad-hidrógeno-electricidad", y la eficiencia global es inferior a 40%, lo que difiere significativamente de la eficiencia de otros almacenamientos de energía.
Coste
Suponiendo un escenario de producción de electricidad-hidrógeno-generación de energía, los resultados del cálculo muestran que, basándose en la unidad kilogramo de generación de energía de hidrógeno y en el precio de venta de la electricidad, los ingresos por venta de electricidad apenas igualan, como mucho, el coste de producción del hidrógeno, por lo que toda la cadena perderá dinero inevitablemente.
El coste actual del almacenamiento electroquímico de energía es de unos 2.000 RMB/kW, mientras que el coste del sistema de almacenamiento de energía de hidrógeno es de unos 13.000 RMB/kW, muy superior al de otros métodos de almacenamiento de energía.
Complementarse mutuamente
En comparación con el almacenamiento electroquímico de energía representado por baterías de litio, el almacenamiento de energía de hidrógeno presenta mayores ventajas en cuanto a densidad energética y duración del almacenamiento de energía. Sin embargo, es relativamente pobre en términos de eficiencia de conversión de energía y velocidad de respuesta.
El almacenamiento electroquímico de energía se utiliza principalmente para las fluctuaciones intradiarias y de alta frecuencia, mientras que el almacenamiento de energía de hidrógeno se utiliza principalmente para la transferencia de energía estacional o interregional.
El almacenamiento de energía de hidrógeno y el almacenamiento de energía electroquímica no compiten entre sí, sino que se complementan para contribuir conjuntamente al buen funcionamiento del futuro sistema eléctrico.
Desarrollo y exploración del almacenamiento de hidrógeno en estado sólido
En todo el mundo, los países y regiones económicamente desarrollados están promoviendo activamente la investigación y el desarrollo de la tecnología de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido. Países como Estados Unidos, Japón y Corea del Sur han estado a la vanguardia de esta tecnología, y los países europeos también la están desarrollando activamente.
En comparación con el resto del mundo, la investigación china sobre la tecnología de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido empezó tarde, pero con la innovación continua y el aumento de la inversión en los últimos años, se han logrado avances sustanciales.
Con el desarrollo de la industria china de la energía del hidrógeno, se han ido rompiendo uno tras otro varios cuellos de botella técnicos, lo que ha permitido la aplicación de la tecnología de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido.
En el proyecto piloto de la Estación de Energía Inteligente de Hidrógeno de Yunnan Electric, un depósito de hidrógeno de 3 MPa del mismo volumen sólo puede almacenar 10 kg de hidrógeno, mientras que la tecnología de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido puede almacenar 200 metros cúbicos de hidrógeno, lo que multiplica por 20 la densidad de almacenamiento de hidrógeno.
En el proyecto de demostración de Guangdong, las principales tecnologías y dispositivos utilizados proceden todos de China. El índice de densidad de almacenamiento de hidrógeno en volumen de la unidad central del dispositivo de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido ha alcanzado el nivel líder en China.
El dispositivo de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido sustituye al compresor de hidrógeno, el depósito de almacenamiento de alta presión y el sistema de purificación de la estación de repostaje de hidrógeno tradicional, lo que puede ahorrar más de 2 millones de yuanes en el coste de construcción de una sola estación.
Con la exploración en profundidad de tecnologías como el almacenamiento de hidrógeno en estado sólido, se están implantando gradualmente aplicaciones en campos como las estaciones de repostaje de hidrógeno, los vehículos de pila de combustible, las estaciones eléctricas de energía inteligente de hidrógeno, la cogeneración, el recorte de picos y la modulación de frecuencias, la aviación, la industria militar y la metalurgia.
