成果名称 完成单位 报告编号
  基于固态储氢技术的氢能应急电源车 广东电网有限责任公司广州供电局氢能源研究中心 CMSS2023Y009
成果简介
项目研制了1台基于固态储氢的氢燃料电池移动应急电源车,包括车体、UPS、锂电池、控制系统、热管理系统等部分。其性能指标如下:发电功率不小于200kW、持续供电时间不小于6小时,UPS输出电压谐波总畸变率THDu<5%、UPS输出稳压精度≤1%、UPS输出频率波动≤±0.5Hz。经由第三方检测机构的验证,项目的各项指标均达到预期的设计要求。
该车采用基于固态储氢技术的应急发电新模式,具有工作压力和综合成本低、安全性好的显著优势,且核心技术完全自主可控,有效解决了现有高压气态氢储运链存在的投资建设成本高、运行安全隐患大和关键技术受制于人等问题,开创了规模储能与应急发电的新模式。不同于燃料电池商用车几公斤、十几公斤的储氢量,本应急发电车储氢量达到百公斤级别。通过创新性的采用固态储氢技术,工作压力仅为高压气态储氢的十分之一,在实现应急发电车上有限空间储氢量达到100kg的基础上,可持续发电超过1500kWh。同时,采用固态储氢技术,实现了氢气的长期(跨季度、甚至跨年)稳定储存,储存氢气的质量不会随储存时间的变化而发生变化,具有长期、安全、稳定的特点。
此外,该氢能应急发电车进行了基于氢热耦合的全新系统开发,对固态储氢、燃料电池进行了耦合设计,结合固态储氢与燃料电池各自的优势,使用燃料电池的余热对固态储氢装置放氢过程进行供热,储氢装置放出的氢气经调压后进入燃料电池发电,不仅降低了燃料电池散热的能耗、提高了系统的能量利用率,也提升了系统的响应速度。并且发电过程无二氧化碳产生,同时系统运行的噪声也在安全标准范围以内,实现了零碳、静音发电。
项目具体创新点如下:
(1)创新点一:针对多堆燃料电池发电系统的稳定性差、安全性低和效率低等问题,提出了主从机架构控制、双冷却回路散热、多级电压平台混合联动和全系统氢安全诊断保护等方法,提高了各个电堆模块的运行稳定性,实现了燃料电池发电系统高可靠运行、高效率发电以及高速率负荷跟踪。
(2)创新点二:针对上规模的固态储氢装置,其吸放氢的动力学性能较差,无法满足大功率燃料电池的用氢需求的问题,开发了基于AB2型Ti系储氢合金的固态氢储能系统,采用复合换热结构、高密度装填技术,改善了规模储氢装置的传热特性和动态响应性能,实现了百公斤级氢的规模化、高密度、长期稳定储存,保障了应急保供电作业安全。
(3)创新点三:针对燃料电池系统综合能源利用效率低下的问题,基于电堆在线水平衡/阻抗监测、实时退化模型仿真和系统高效发电区分析,结合固态储氢系统运行特性,通过优化换热回路结构设计和智能控制算法,提出了耦合固态储氢系统的燃料电池高效余热利用技术,实现了燃料电池发电系统运行时的动态热平衡、供给固态储氢系统的热能按需调控以及系统氢气供给状态平衡,大幅提高了系统的综合能源利用效率。
针对上述创新点进行科技查新,发现此前均未见国内外公开发表的文献报道,表明了该项目在技术创新方面的独特优势,具有巨大的发展潜力,给应急发电领域带来了一种新的解决方案,为应急情况下的电力供应提供了可靠、高效和环保的选择。
合作完成单位
1.广东电网有限责任公司广州供电局  2.华中科技大学  3.国家电投集团氢能科技发展有限公司  4.有研工程技术研究院有限公司  
成果完成人
1.黄旭锐  2.雷金勇  3.潘军  4.杨怡萍  5.廖梓豪  6.于丰源  7.杨瑛  8.卢彦杉  9.李曦  10.盛闯  11.韩立勇  12.徐文彬  13.吴汉栋  14.李志念  
成果评价情况
  评价单位: 中国管理科学学会 报告编号: CMSS2023Y009 评价日期: 2023-09-07
  组织单位: 项目负责: 黄旭锐 成果管理: 020-87126311
评价意见
2023年9月7日,中国管理科学学会通过视频会议形式组织专家召开了广东电网有限责任公司广州供电局氢能源研究中心、广东电网有限责任公司广州供电局、华中科技大学、国家电投集团氢能科技发展有限公司、有研工程技术研究院有限公司合作完成的“基于固态储氢技术的氢能应急电源车”科技成果评价会。评价委员会听取了项目完成单位的技术总结报告,对项目资料进行了审查和质询,经认真讨论形成意见如下:
1、提供的资料基本齐全,符合评价要求。
2、主要创新点:
(1)提出了主从机架构控制、双冷却回路散热、多级电压平台混合联动和全系统氢安全诊断保护等方法,提高了各个电堆模块的运行稳定性,实现了燃料电池发电系统高可靠运行、高效率发电以及高速率负荷跟踪;
(2)采用复合换热结构、高密度装填技术改善规模储氢装置的传热特性和动态响应性能,开发了基于AB2型Ti系储氢合金的固态氢储能系统,实现了百公斤级储氢的规模化、高密度,满足使用要求的长期稳定储存,保障了应急供电稳定作业;
(3)通过综合热管理和智能控制技术,实现了燃料电池发电系统动态热平衡,提高了系统的综合能源利用效率,可满足发电功率不小于200kW、持续时间不小于6小时的供电需求。
3、项目成果经中国信息通信研究院泰尔实验室检测,符合相关标准。
4、项目成果经广州南沙供电局配电部和广州供电局电力试验研究院智能配电部使用,反映良好。
评价委员会认为,该成果创新性强、示范性好,具有重大的应用价值,总体达到国际先进水平,在固态储氢性能以及部分供电性能指标等方面达到国际领先水平。
建议进一步扩大该技术成果的应用领域,加大推广力度,适应市场需求。
评价专家
姓名 工作单位 职称
李兴虎 北京航空航天大学 正高
陈勇 北京信息科技大学 正高
曲选辉 北京科技大学 正高
孙家跃 中国化工学会新材料委员会 正高
李军 中国科学院广州能源研究所 正高
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