上海交通大学国家电投智慧能源创新学院能源广场（Energy Square）是一个汇聚多种智慧能源前沿技术及解决方案的创新研究平台，致力于推动智慧能源技术的研发、性能验证与示范应用。广场占地面积2500平方米，以光储充直柔系统为核心，通过220kW光伏车棚、200kW锂离子电池、50kW钠离子电池以及120kWV2G直流快充桩的协同运行，将6个撬装式实验室紧密连接，构建了一个高效、灵活、智能的能源生态系统。这一设计不仅实现了能源的高效利用与优化调度，更为各实验室的创新研究提供了稳定可靠的能源支持，全面助力智慧能源技术的突破与示范推广。

能源广场俯瞰图

（1）E-Fuel实验室

E-Fuel制备系统将高温固体氧化物电解槽与低温共电解系统相结合，通过耦合水与二氧化碳的共电解反应以及费托（Fischer-Tropsch，FT）合成技术，将波动性电能转化为可长期储存的化学燃料，构建了电-热-化多能协同转换体系。该技术依据设备运行温度梯度将系统划分为低温区（低温共电解模块，流量控制与BOP模块，常温运行）、中温区（费托反应模块，200-300℃）和高温区（SOEC共电解模块，800-850℃），并建立三重余热回收机制：利用高温尾气预热原料气体实现能量内循环、通过费托反应热驱动水汽化制备蒸汽、借助费托气态产物燃烧供热维持热平衡，从而形成梯级热能利用网络。这一技术体系通过物质流与能量流的深度耦合，不仅突破了可再生能源存储的瓶颈，更以系统性创新重构了能源转换范式，为构建零碳社会提供了兼具技术突破性与工程可行性的解决方案。

（2）固体氧化物电解池实验室

SOEC是利用在高温条件下具有氧离子传导的固体氧化物作为电解质材料，通过电化学反应将电能直接转换为化学能的一种高效、清洁的能量转换技术。其在电解水制氢、CO2电化学转化、可再生燃料合成等方面具有很大潜力。SOEC 为固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）的逆向操作，二者可整合为一套高效的电化学储能系统（Solid Oxide Cell，SOC），在实现氢电融合方面有望发挥巨大作用，成为未来可再生能源为主体的新型电力系统的重要组成部分。

（3）质子交换膜电解水制氢实验室

质子交换膜电解水制氢系统。本系统采用质子交换膜（Proton Exchange Membrane，PEM）电解槽设计，基于项目团队自主设计开发的高活性催化剂、高性能膜电极、高效传质多孔传输层与流场，以及智能控制系统，实现了高效低能耗（能耗3.9-4.3 kWh/Nm3）、宽功率适应性（功率调节率10%-150%）、低成本（贵金属Ir催化剂用量仅为主流PEM电解槽产品的一半），系统额定产氢量5标准立方米/小时，氢气纯度≥99.999%。系统通过实时监控温度、压力、电压等关键参数，确保运行安全稳定。

（4）燃料电池实验室

氢电混动能量管理系统用于监测、控制和优化氢燃料电池与电池储能系统的协同运行，研究内容涉及：输出功率实时监测与高效调节的能量分配策略设计；适应不同工况下能量输出与存储需求的智能控制算法开发；实现制动或低负荷能量再利用的能量回收策略；降低能耗与成本的系统集成与优化方法。本系统将结合人工智能技术，围绕氢燃料电池与电池储能混合系统协同运行的关键科学问题，开展能源、控制及信息的多学科交叉研究，旨在推动氢能技术在重卡汽车、分布式发电等领域的应用，促进能源结构转型和可持续发展。

（5）直接空气碳捕集实验室

直接空气碳捕集（Direct Air Capture，DAC）技术可从大气中捕获二氧化碳，为可再生合成燃料制备提供碳源。针对目前DAC技术存在的高成本和高能耗问题，本系统采用电驱动焦耳热再生DAC技术，利用新型电热吸附材料在直流电作用下产生焦耳热实现快速升温再生，避免了传统DAC技术依赖蒸汽或燃烧化石燃料进行再生造成的高能耗。实现了吸附剂的公斤级批量制备和成型，验证了100%可再生电力驱动的焦耳热再生策略，完成了这一新材料和新技术的吨级年捕集量DAC示范。

（6）直流小屋

直流小屋中的能量路由器设备与直流配电设备是构建高效、灵活配电网络的核心设备。能量路由器作为直流系统的能源中枢，承担着能量调度与转换的关键任务，通过多端口设计兼容直流光伏、直流储能、直流充电桩、其它直流负荷等多元能源系统，利用电力电子技术实现不同电压等级的柔性转换，并借助实时监测数据动态优化功率流向。其双向功率调节能力可平抑可再生能源波动，实现源-储-荷协同优化运行，显著提升系统运行效率；直流配电系统则是构建能源传输通路的载体，通过采用模块化结构直流断路器、熔断器等保护元件，对线路过载、短路等故障进行毫秒级响应。通过数字化监测单元实时采集各支路电流、电压、功率等参数，配合能量路由器实现负荷动态平衡。两者协同构建了具备自愈能力的直流微网架构，是可靠高效支撑关键基础设施能源供应的关键技术手段。