近日，我院教师在能源类重要期刊Energy Conversion andManagement（中科院一区TOP, IF=10.9）发表了题为“Synergistic integration of solid-state hydrogen storage with thermaland electrical energy storage: Multi-energy collaborative optimization”的研究论文，我院顾骁坤教授为通讯作者，王元元教授参与了研究工作，上海交通大学中英低碳学院研究生谢长意为第一作者。
研究背景
在“双碳”背景下，氢凭借高能量密度、零排放及易储易用的优势，成为能源转型的焦点。以金属氢化物为代表的固态储氢技术，因其高安全性和高体积储氢密度，尤其适用于长时储能场景。然而，储氢材料在吸放氢过程中伴随着剧烈的热效应，导致热管理困难，进而制约系统效率。
研究内容
本文构建了一种新型混合储能综合能源系统，通过将金属氢化物固态储氢、相变材料（PCM）储热以及电池储电三种技术进行深度耦合与协同优化，有效解决了固态储氢过程中的热管理难题，显著提升了系统的综合能效。研究亮点如下：
1. 氢热深度耦合
通过引入相变材料储热单元，系统可回收并储存固态储氢装置吸氢过程中释放的热量及燃料电池运行产生的余热，后续用于驱动氢气解吸和满足用户热需求，从而降低对外部热源的依赖，提升能源利用效率。
图1. 基于固态储氢的综合能源系统结构示意图
2. 两阶段协同优化
为实现系统整体性能最优，本文建立了一套多目标两阶段协同优化框架。该框架结合了NSGA-II算法和TOPSIS决策方法，旨在平衡系统的总成本、碳排放以及独立性（电网依赖度）三大核心指标。具体而言，第一阶段优化光伏、风电等可再生能源发电单元的容量。在此基础上，第二阶段进一步确定储热、储电、储氢三个储能子系统的规模，实现系统级的协同优化。
图2. 两阶段协同优化框架
3. 系统性能验证
为评估不同储能组合与可再生能源配置对系统性能的影响，本文设置六种典型场景并开展仿真验证。结果显示，同时集成氢、热、电三类储能的完整模式综合性能最优，尤其在光伏�C风电混合配置下表现突出：
与无电池储能模式相比，碳排放量降低59.9%，电网交互量减少38.6%。
与无储热模式相比，系统的平准化能源成本（LCOE）降低17.0%。
图3. 不同场景下系统的购电量及售电量
研究意义
本文不仅为固态储氢从实验室走向工程应用提供了理论支持，也为构建面向未来的多能互补、低碳高效的综合能源系统提供了优化框架，有利于推动氢能与多储能技术在未来能源系统中的集成应用。
论文信息：Changyi Xie, Yuanyuan Wang and Xiaokun Gu, Synergistic integrationof solid-state hydrogen storage with thermal and electrical energy storage:Multi-energy collaborative optimization, Energy Conversion and Management, 343,120228 (2025).
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.enconman.2025.120228
