Stockage d'hydrogène à l'état solide - une nouvelle orientation pour le stockage de l'énergie

Avec l'exploration approfondie de technologies telles que stockage d'hydrogène à l'état solideL'énergie de l'hydrogène sera plus largement utilisée dans de nombreux domaines, réalisant ainsi la transition de 1 à N.

Cet article décrit les avantages du stockage de l'hydrogène, les catégories et les différences entre le stockage de l'hydrogène à l'état solide et les autres systèmes de stockage de l'hydrogène à l'état solide. solutions de stockage de l'énergie.

Nouveaux progrès dans le stockage de l'hydrogène à l'état solide

Récemment, le projet de développement du stockage d'hydrogène à l'état solide, qui figure dans le plan clé de recherche et de développement de la Chine, a pris la tête de la production d'électricité connectée au réseau à Guangzhou et à Kunming.

C'est la première fois en Chine que l'on utilise la production d'énergie photovoltaïque pour produire de l'hydrogène solide et qu'on l'applique avec succès au système électrique. Il s'agit d'une étape importante dans la promotion de la production d'hydrogène à grande échelle à partir d'énergies renouvelables et dans l'accélération de la construction d'un nouveau système électrique.

La station d'énergie réalise la conversion flexible entre l'électricité et l'hydrogène grâce à l'intégration de la production, du stockage, de la production d'électricité et de l'hydrogénation de l'énergie de l'hydrogène. Cela permettra de résoudre les problèmes liés au caractère aléatoire et aux fortes fluctuations saisonnières de la production d'énergie renouvelable.

Dans le cadre du projet de démonstration à Guangdong, en Chine, basé sur le stockage d'hydrogène à l'état solide, l'énergie hydrogène a démontré son application dans le stockage de l'énergie au monde extérieur.

Avantages du stockage de l'énergie sous forme d'hydrogène

Les avantages du stockage de l'énergie par l'hydrogène sont les suivants : longue durée, grande capacité, et capacité répartie sur l'ensemble des régions.

Tout d'abord, en termes de consommation d'énergie renouvelable. Le stockage de l'énergie par l'hydrogène présente des avantages évidents par rapport aux autres types de stockage d'énergie en termes de temps de décharge (heures ou trimestres) et d'échelle de capacité (niveau gigawatt).

Le stockage de l'énergie à l'hydrogène n'a pas de limite rigide de capacité de stockage et peut répondre aux besoins de stockage de l'énergie pendant plusieurs jours, mois ou même plus longtemps, selon les besoins, ce qui permet d'atténuer les fluctuations saisonnières de l'énergie renouvelable.

Deuxièmement, le transfert de l'énergie de l'hydrogène dans l'espace est également plus flexible. Le transport de l'hydrogène n'est pas limité par le réseau de transmission et de distribution, et l'énergie peut être transférée d'une région à l'autre, sur de longues distances et de manière non directionnelle.

Des méthodes de stockage et de transport telles que les remorques à long tube, le transport d'hydrogène par pipeline, l'hydrogénation du gaz naturel et l'ammoniac liquide peuvent être utilisées, ce qui est plus flexible.

Le champ d'application de l'énergie hydrogène est également plus large. Il peut être converti en énergie électrique, en énergie thermique, en énergie chimique, etc. selon les besoins des différents domaines.

Enfin, en ce qui concerne les restrictions géographiques et la protection de l'environnement. Comparé aux technologies de stockage d'énergie à grande échelle telles que le stockage par pompage et l'air comprimé, le stockage de l'hydrogène ne nécessite pas de conditions géographiques spécifiques et n'endommagera pas l'environnement écologique.

Méthodes et catégories de transport pour le stockage de l'hydrogène

Dans la chaîne industrielle du stockage de l'énergie sous forme d'hydrogène, le maillon du stockage de l'hydrogène est lié à la production d'hydrogène, puis à l'application de l'hydrogène, qui est un élément indispensable.

Les technologies courantes de stockage de l'hydrogène sont généralement divisées en trois méthodes : le stockage et le transport de gaz, le stockage et le transport de liquides, et le stockage et le transport à l'état solide.

Le coût du stockage et du transport des gaz est relativement faible, et la vitesse de chargement et de déchargement de l'hydrogène est relativement rapide. C'est actuellement le système le plus mature et le plus largement utilisé. Toutefois, la densité de stockage de l'hydrogène et le rayon de transport sont relativement limités, de sorte qu'il convient au transport sur de courtes distances.

En revanche, le transport à grande échelle sur moyenne et longue distance s'effectue principalement par pipeline et par transport d'hydrogène liquide. La densité de stockage de l'hydrogène liquide est plus élevée, mais les coûts d'investissement en équipement et de consommation d'énergie sont plus élevés.

La technologie de stockage de l'hydrogène à l'état solide présente les avantages d'une longue durée de stockage, d'une grande sécurité et d'une libération aisée de l'hydrogène. Cependant, elle présente également des problèmes tels qu'une faible capacité de stockage de l'hydrogène à température ambiante, une préparation coûteuse des matériaux d'adsorption et une faible commercialisation.

En fonction des différences dans le mécanisme de stockage de l'hydrogène des matériaux à l'état solide, les matériaux de stockage de l'hydrogène peuvent être principalement divisés en deux types : les matériaux de stockage de l'hydrogène par adsorption physique et les alliages de stockage de l'hydrogène à base d'hydrures métalliques. Parmi eux, le stockage de l'hydrogène par hydrure métallique est actuellement la méthode de stockage de l'hydrogène à l'état solide la plus prometteuse et qui connaît une croissance rapide.

Le principe est de faire réagir chimiquement l'hydrogène avec l'alliage, les atomes d'hydrogène sont stockés dans les interstices du métal et une substance solide appelée "hydrure" se forme. Lorsque l'hydrogène doit être fourni à l'extérieur, la température ambiante de l'hydrure peut être libérée. hydrogène.

Stockage d'hydrogène à l'état solide ou stockage d'énergie électrochimique

Efficacité du système de stockage de l'énergie
À ce stade, l'efficacité de la conversion énergétique des différents types d'énergie est évaluée. stockage d'énergie électrochimique comme les batteries au lithium, est supérieur à 70%. Cependant, le stockage de l'hydrogène doit réaliser deux conversions énergétiques "électricité-hydrogène-électricité", et le rendement global est inférieur à 40%, ce qui est très différent du rendement des autres types de stockage d'énergie.

Coût
Dans l'hypothèse d'un scénario électricité-production d'hydrogène-production d'électricité, les résultats des calculs montrent que, sur la base de l'unité kilogramme de production d'hydrogène et du prix de vente de l'électricité, le revenu des ventes d'électricité est tout au plus à peine égal au coût de production de l'hydrogène, de sorte que l'ensemble de la chaîne perdra inévitablement de l'argent.

Le coût actuel du stockage de l'énergie électrochimique est d'environ 2 000 RMB/kW, tandis que le coût du système de stockage de l'énergie par l'hydrogène est d'environ 13 000 RMB/kW, ce qui est beaucoup plus élevé que les autres méthodes de stockage de l'énergie.

Se compléter mutuellement
Par rapport au stockage d'énergie électrochimique représenté par piles au lithiumLe stockage de l'énergie par l'hydrogène présente de grands avantages en termes de densité et de durée de stockage de l'énergie. Cependant, il est relativement médiocre en termes d'efficacité de conversion de l'énergie et de vitesse de réaction.

Le stockage d'énergie électrochimique est principalement utilisé pour les fluctuations intrajournalières et à haute fréquence, tandis que le stockage d'énergie par l'hydrogène est principalement utilisé pour les transferts d'énergie saisonniers ou interrégionaux.

Le stockage de l'énergie par l'hydrogène et le stockage de l'énergie électrochimique ne sont pas en concurrence, mais se complètent pour contribuer ensemble au bon fonctionnement du futur système électrique.

Développement et exploration du stockage de l'hydrogène à l'état solide

Partout dans le monde, les pays et régions économiquement développés encouragent activement la recherche et le développement de la technologie de stockage de l'hydrogène à l'état solide. Des pays comme les États-Unis, le Japon et la Corée du Sud ont été à l'avant-garde de cette technologie, et les pays européens la développent également activement.

Par rapport au reste du monde, la recherche chinoise sur la technologie de stockage de l'hydrogène à l'état solide a démarré tardivement, mais l'innovation continue et l'augmentation des investissements au cours des dernières années ont permis de réaliser des progrès substantiels.

Avec le développement de l'industrie chinoise de l'hydrogène, divers goulets d'étranglement techniques ont été éliminés l'un après l'autre, permettant l'application de la technologie de stockage de l'hydrogène à l'état solide.

Dans le projet pilote de la Yunnan Electric Hydrogen Smart Energy Station, un réservoir de stockage d'hydrogène de 3 MPa de même volume ne peut stocker que 10 kg d'hydrogène, alors que la technologie de stockage d'hydrogène à l'état solide peut stocker 200 mètres cubes d'hydrogène, ce qui multiplie par 20 la densité de stockage de l'hydrogène.

Dans le projet de démonstration de Guangdong, les technologies de base et les dispositifs utilisés proviennent tous de Chine. L'indice de densité de stockage d'hydrogène en volume de l'unité centrale du dispositif de stockage d'hydrogène à l'état solide a atteint le niveau le plus élevé en Chine.

Le dispositif de stockage d'hydrogène à l'état solide remplace le compresseur d'hydrogène, le réservoir de stockage à haute pression et le système de purification de la station de ravitaillement en hydrogène traditionnelle, ce qui permet d'économiser plus de 2 millions de yuans sur le coût de construction d'une seule station.

Avec l'exploration approfondie de technologies telles que le stockage d'hydrogène à l'état solide, des applications dans des domaines tels que les stations de ravitaillement en hydrogène, les véhicules à pile à combustible, les stations d'énergie électrique intelligente à hydrogène, la cogénération, l'écrêtement des pointes et la modulation de fréquence, l'aviation, l'industrie militaire et la métallurgie sont progressivement mises en œuvre.