大型工程轻量化，往往是拓展其应用场景、降本增效的有效路径。在全球能源结构加快向绿色低碳转型的背景下，高效、节能地利用绿氢能源，不仅是链接可再生能源与工业、交通等领域深度脱碳的关键，也是中国建设能源强国的重要路径。

氢能，被誉为“21世纪终极能源”。

它能量密度较高，热值是同质量焦炭、汽油等化石燃料的3~4倍，燃烧后只产生水。使用风能、太阳能等可再生能源电解水生产绿氢，可以实现从生产到使用全生命周期的零碳排放。对于难以长时间、低成本储存的电力来说，氢能还是一种理想的储能形式。

要让氢在电、热等不同能量形式间“变身”，是一个复杂的系统工程，往往需要上千乃至上万平方米建设用地。近期，国网浙江电科院团队成功研制出“紧凑型可再生能源电热氢联产系统”（下称“紧凑型工程”），把大工程“打包”压缩进占地不到14平方米的定制集装箱里。

这项国家重点研发计划的应用成果，实现了全国首创的轻量化绿氢制造，让绿氢向大规模产业化应用迈进一大步。

从工程到产品

在慈溪滨海经济开发区一角，屋顶光伏、园区风机、纵横管道，还有厂房车间和高压气罐，构成氢电耦合直流微网示范工程，利用富余的可再生能源电力电解水生产绿氢储存，在电力需求高峰时通过燃料电池将氢能转化回电能，助力电网削峰填谷。

相邻的慈溪美呐工业园，没有储罐和厂房，只有一个集装箱，外边连接电缆就能完成上述示范工程的所有功能。

“紧凑型工程”课题负责人、国网浙江电科院刘敏博士告诉我们，“十四五”期间，国网浙江电力共研发实施了四项氢电示范工程，分别位于宁波慈溪、杭州钱塘、台州大陈岛和丽水缙云。前两项用于工业园区，后两项用于海岛和乡村生活场景。

这四项示范工程占地范围大。比如慈溪工程占地达到12600余平方米，规模最小的大陈岛工程也有约2700平方米。城市、园区寸土寸金，土地和通电、通路、通水等基础设施建设成本高，行政审批环节多，与周边居民的沟通难度也较大。

要让绿氢“飞入寻常百姓家”，必须让它“瘦身”，从一个需要复杂施工的“工程”，变成一个即插即用的“产品”——不仅可以批量购买标准件，还能按照个性化要求，灵活改变模块组装形式。

2022年底，国网浙江电科院团队承接国家重点研发专项“紧凑型可再生能源电热氢联产系统模块关键技术”，研究成果就应用在美呐工业园配套工程中。今年1月16日，该工程正式投运，一个可以随处“安家”的“绿氢魔盒”诞生了。

刘敏介绍，工程仅用5.7米长、2.3米宽、2.3米高的集装箱便装下了所有制氢、储氢、氢燃料电池及电力电子变换器等设备，“这样就能适配城市周边、工业园区等土地资源紧张的场景，配合分布式能源开展应用。”

“魔盒”的原理并不复杂，风电和光伏在其中转换成氢能，可以用于氢能汽车加氢，放出的热量可为企业或居民供热；在用电高峰期，制备和储存的氢能又能通过燃料电池发电，提供给电动汽车或其他用电设备。

“新能源发电受天气影响，并不稳定，多发的电力就需要储存起来。”国网宁波供电公司叶夏明博士说，电池可以储存几小时至几天，但建造成本较高，还存在自然损耗，而制氢储存则更加灵活，可以转化为氨、醇储运，容易实现长期、大量存电，还不受放电时间限制。

值得注意的是，相较此前示范工程，“魔盒”的整体能量转换效率并没有打折，反而有所提升。利用其核心的“新能源发电—储电—电制氢—氢发电—并网”电力电子转换链条，能量变换效率提升到98.5%以上。简单来说，100度绿电通过变换端口，有98.5度进入“魔盒”被有效利用，损失不到1.5度。

氢电转换的需求，正在迎来巨大的市场空间。

浙江是分布式光伏大省，目前全省约6400万千瓦的光伏装机中，有八成是安装在工厂、居民屋顶的分布式光伏。全省光伏出力波动的最大幅度超过三分之一。这意味着一片云经过，发电就会急剧下降，需要煤电等可调节机组“顶上”，非常考验电网的预测和调度能力。

“十五五”期间，浙江还要推广“光伏+”模式，也就是在建筑、农业、交通、公共机构等各领域“见缝插针”铺设光伏。大量小而散的光伏站接入浙江电网，调度的难度将越来越大。如果将这些电力转换成氢能，就地储存、就近使用，就能帮上大忙。

“在碳达峰、碳中和目标下，大规模发展新能源是必然之举，绿氢是解决其发电不稳定的解法之一。‘绿氢魔盒’这样的‘紧凑型工程’更简易亲民，适合分布式新能源的小面积场景，前景广阔。”国网浙江电力科技部副主任李丰伟说。

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