鉅大LARGE | 點擊量：883次 | 2019年05月23日
氫能在能源體系中處于什么地位
5月21日，由中國電池聯盟、中國電子節能技術協會電池專委會和中國化學與物理電源行業協會氫能及燃料電池分會(籌)聯合舉辦的“2019新型制氫技術與加氫站建設高峰論壇”在蘇州隆重召開，中國能源建設集團廣東電力設計研究院氫能技術中心主任王小博作了題為“氫能產業鏈與多能互補綜合能源系統”的演講，他在演講中指出“氫能在能源體系中永遠是多元互補”。以下為王小博演講速記全文：
王小博：大家好！我來自于中國能源建設集團。我們在給各級政府做央企和省級、市級規劃時，氫能的原料屬性非常明顯，它不僅僅是發電方式，原料屬性和化工行業的耦合，對于氫能和結合我們散氣的消納，會有特別特殊的應用場景。
介紹一下我們院，因為我們是從火電、核電到海上風電再到特高壓，我們的業務范圍，涵蓋比較廣，氫能是我們重點轉型的方向，我個人是從做核電出身，因為現在整個國家能源發展趨勢的變化，氫能如何和電力行業結合，未來相互耦合的趨勢非常明顯。主要我們理解的是結合美國能源部之前的這張圖，我們的理解是氫能的應用和燃料電池的應用，我們不能說是非常小，只是說非?？煽氐牟糠?，未來大的應用和原料級別其他方面的級別非常大，像二氧化碳加氫，氫化的情況下做甲醇，大連所做的已經在調試的，我們現在是二氧化碳加非常少的氫加上水蒸氣然后合成油，和中石油已經簽了協議。然后是國5升國6帶來的油品升級，需要的氫是比較大的，像茂名石化是第三大的，通過海上風電制氫怎樣解決它這么大的需求。
氫能產業鏈，從最左到最右通過你選擇的方式，才能知道你的燃料電池，然后選擇哪個最好，我們最推薦的是工業富產氫，我們最不推薦化學能源制氫。除了化學能源在煤化工的過程中產生副產品，專門上一套裝置就背離了我們使用清潔能源的初衷，你還不如直接煤發電。
可再生能源制氫，也是真正從規模上解決問題的手段，我們最推薦的是SOEC，雖然它現在最成熟，但是我們認為未來是潛力最大的，我們現在準備開發出一千瓦的樣機出來。從儲氫方式，現在比較火的不管是高壓還是液氫，現在的化學品儲氫，甲酸、甲醇還有合成氨，最好的是合成氨，它本身重整以后沒有氮氣，只有一氧化氣，但是在中國推不開。甲醇和甲酸在中國是比較理想的，然后是氫流。到電池類型，從質子交換來說，我們最終使的是高溫的燃料電池，它對燃料的控制性可以打破很多，儲氫不是問題，一氧化碳不是問題，硫也不是問題。
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之前氫能在國內都是工信部牽頭，化工行業作為合成氨和甲醇的推動。儲能我簡單說一下，第一代的電解水的儲能，更多的是氫氣加二氧化碳、甲烷的過程，特殊電源，這也是做得最快的市場，比如說通信基站，5G的電耗是4G的6—8倍，不同的方案我們都在做，包括數據中心和應急電源車，南方電網和廣東電網和電科院一起合作的大黃蜂，未來是想替代整個電網應急的柴油車，南網就有2000臺的，那國網就更大，核心問題還是降低每個千瓦的造價。軍隊的項目就不展開了，特種電源需求量很大。
大家知道日本在氫能走得這么急，我們研究了日本的第五次環境計劃和能源計劃，氫能在日本能源轉型中所起到的地位并沒有那么高。日本氫能社會對氫能的重要性，在整個能源體系中并未有大家想象得那么好，我們提出氫能和其他能源相融合，但是不可能一直主打。氫能在體系中永遠是多元互補，不要想著說氫能替代這個替代那個，它只是耦合的。這個思路我們為什么研究日本？也是廣東省能源局委托我們開展大灣區的能源規劃，對找舊金山、東京灣等，東京灣更多的是移動式的應用，另外生態環境部出臺了《碳排放權交易管理暫行條例》，這是氫能快速崛起的有力推手，但是回到氫能的方式，你如果是化學能源制氫，這個對你沒有任何意義，你在制氫帶來二氧化碳，最后在經濟性、環保性上你是走不下去的。
這個是氫能去碳的電力，和氫能、生物能源碳捕捉的裝置，右下方的是日本，整個日本的氫以澳洲為核心，從澳洲哪里來？澳洲是全球第二大煤炭出口國。我們分析完日本的氫能規劃很多地方是站不住腳的，所以我們還是要更加理性地看待我們這個鄰居。這是不同方式制氫所帶來的碳排放，只有應用了100%的可再生能源制氫，才是真正的低碳排放，或者是富產氫，因為在你富產捕獲的過程中肯定是有碳排放的，但是只有100%的制氫，才能結合你的條例，才能在商業模式和環保性上走得更遠。
這個和過去氫能的結合有關系，就是合成器，這個我可以展開。關于制氫和燃料電池，SFC+SOC最后加上二氧化碳的捕捉，說一下富產氫，一個是氯解，這是營口關于氯解的發電，這個項目運行一般，尾氣處理有問題，但是所帶來的是富產氫非常好。這里面氯氣對于電堆的問題超出了一些預期。副產氫是我們最推薦的方式。另外是低氫尾氣的回收，煉化過程中很多的是燒掉的，PIS沒辦法，不管你的吸附劑怎么選，現在要做的是增加一套膜分離系統，20—25%的低尾氣，提純到50—60%，我們再上PIS，這樣可以回收大量的尾氣，尤其是大連理工作為技術牽頭方，今年初獲得國家科技進步二等獎，這是非常好的。
這是不同的膜，氣體的分離無非是幾種耦合，膜是非常好的。很多時候到尾氣，我直接買一套設備就有了LNG，氣體分離行業結合氫能和其他氣體的分離，這是很好的增長點。之前廣東也做了一些膜靶的分離裝置。生下來的焦爐煤，一氧化碳含量非常高，氫氣55%，甲烷23%，這個實用是FFC，我們的建議是焦爐煤氣是在PFC里面和FFC結合，帶來的效果最好。
說到合建站，我們和美國能源部簽過非排他性協議，我們引入美國3D實驗室的設計，其中就有油氫、電氫、氣氫合建站，我們認為一線城市推得開的，尤其是廣州的加氣站還在開發區，一線城市怎樣選址，這也是影響燃料汽車推廣的形式。當前的情況下，合建站是推廣最快的模式，單純推一塊來說，或者和安監和規劃部門打交道難度非常大，不會每個城市都像佛山一事一議的政策。
另外我們也是強調三個問題一定要考慮，尤其是天然氣和氫氣在很多方面是有類似性的，LNG接受站和液氫接受站，日本已經考慮了，因為他們的氫氣都要進口。這種問題很多時候大家問日本的氫氣從哪里來的？這是一個非常值得大家去深思的問題。第二個就是LNG氣化站和液氫氣化站結合，大家知道LNG氣化站它的氣化冷非常好，無論是其他氣體的充分，你直接把氮氣賣掉效益會非常好，包括氣化站從零的負173度一直到常溫，這個氣化非常好，可以氣化氧氣、氮氣，第二個可以做出結果，你負20度到0度，可以供冷。一站多用途，還有天然氣管道和氫氣管道，最終大規模的應用肯定是要上氫氣管道的，ASME312是氫氣的，312.8是氫氣材料的。尤其是末端，進入小區，很多天然氣管道都沒有，你也不敢去做。其實天然氣管道新建，在安全距離考慮的時候，在征地時一起征了，核心是征地，一次性征下來，對于后期的工業和管道發展非常多。在大灣區規劃的時候，青島的化工園區也是有脫氫，統一規劃天然氣管道，規劃氫氣管道，造價是很便宜的，關鍵是征地。
這個就是氫氣、甲醇都是可以作為燃料。一氧化碳非常好。不需要任何的提純，前提是要脫硫的。包括右邊的合成氣，我們會講到SOEC，它會直接生產成合成氣，可以看到55%的氫氣、5%的一氧化碳，一氧化碳比例過低，這個時候通過SOEC二氧化碳轉化為一氧化碳，有了合成器就有了制甲醇、制乙二醇都可以。也就是大家這時候要有氫氣，你所帶來的基礎設施，建設等待的成本可能太大。尤其是中國DED國內的產量非常低，中美貿易戰也是一個焦點。
我們現在在做FOFC，每年的裝機量超過300萬瓦，效能比燃氣輪低，但是效率比燃起輪高。我們很有信心將它做上去，但是唯一的就是天然氣的價格，長三角、珠三角是2.5元以上，而美國是7毛人民幣，這是阻礙FOFC推廣的。這是在2015年的時候，Bloom的賣了1.5億千瓦，說明可靠性高，因為美國電網是很爛的，這些人寧可用你的FOFC，不愿意用電網，但是中國反過來，全世界最健壯的電網和最貴的天然氣的價格。右邊是做了對比，黃色的是FOFC發電，對象是焦爐煤氣，從產生電量產生了對比，還沒有考慮FOFC產生的蒸汽，這是與神華牽頭的專項IGFC，里面有兩個結合點，我煤化出來又有新的結合氣。然后我們空分需要氧氣，氧氣從哪里來，整個中國能源系統的互補性馬上就可以看出來。這是美國能源部所做的2億兆瓦的IGFC，它項目沒上來，也是跟貿易戰相關，因為它核心材料在中國。這是南方電網由我們總承包的項目，項目是基于中國和芬蘭的合作項目。這是荷蘭的（英文）在追究的使用，我們用的是城市的燃氣管網，它是用污泥和生物質產生的甲烷，南網沒有這樣一個示范區，但是它在歐洲示范的效果是非常好的。
這是另外一個電網公司所做的初步設計，用到了SOEC和MCFC，這個加氫站是屬于內部使用的，應急電源車加氣用的，還用到MCFC，難度是卡在這里，我們想混一部分氫，但是FOFC的燃機的采購還是有困難。
說說MCFC，因為它是碳酸陰極出來，陽極是83%出來，國際上碳捕捉的需求非常大。然后右邊是中廣核，原來是在北亞，香港上市改為中廣核，然后在韓國買了三期效益非常好。好在哪里？本身MCFC是低碳發電，它用的煙氣直接用旁邊火電廠的尾氣，還可以幫助旁邊的火電廠實現二氧化碳的捕捉，所以它的效益非常好。
燃料乙醇中國一直在推，但是它帶來的問題是不管生物質怎樣出來，大量出來的還是和蒸汽，最終結合的還是高溫的燃料電池。另外一個就是剛才看到的芬蘭的應用場景，這是國家發文關于燃煤和耦合生物質發電，這是污泥干燒，然后是生物質區化爐，這個時候我是提純以后結合高純氫走交通路線，還是直接是高材料電池，還是合成以后去燒。這是原來的路線，我有了生物質汽化爐，回到電站，這個效率是非常低的。右邊是有了氣化，最終唯一的結合點是高燃料電池結合。另外一個是我們現在做樣機的，基于生物質粉末的MCFC，但是對生物質的粉末的要求非常高，但是這個未來和生物質的結合，是燃料電池產業非常重要的點。
說到制氫，這也是后續想加速突破的SOEC，因為它在高溫陶瓷產業下，是唯一能夠做到制氫儲能+海水淡化的。在制氫的時候，通過燃料電池發電產生了淡水，然后制氫儲能的時候，還可以海水淡化，這無論是軍方還是民用都是非常好的前景。這是SOEC的另外一個用途，二氧化碳加水進去，就可以產生合成氣，這在二氧化碳減排上都有非常好的效果，有了合成以后，結合廢脫過程和甲烷化，帶來的產業鏈是非常好，可以雙倍減排，用二氧化碳本身消耗然后合成煤制氣，將煤減排成六、七百噸，也就是是雙倍減排。這是可逆的FOFC的過程，很難。結合海上風電，為什么要做電海水制氫，因為國內批海上風電非常大，我們非常看好這一市場。去年年底江西、廣東、福建加起來，一起批的海上風電的投資是超過5000億，而未來汽上風電對于電網也是一樣的，它的波動性要通過制氫的方式來平衡。這是河南，最左邊的是已經制氫了，海上風電有兩種，把電回過來以后，就可以陸上制氫，還有一個是海上制氫。
這是大連所在做的，二氧化碳加氫有了合成氣，就可以有制甲醇的路線，這也是大連化工所在做的項目。甲醇在中國有另外一個政策，今年3月份，八部委聯合發布了《關于在部分地區開展甲醇汽車推廣應用的指導意見》，正式將甲醇汽車提到汽車產業和消費市場的層面。然后這時吉利的帝豪，在冰島所做了三年的務實，就等著國家的政策，吉利在甲醇內燃機的儲存技術上是最好的，甲醇的這條線和二氧氫的結合。甲醇現在不再是化學原料，真正變成了載體。
這是美國能源部所做的Onshore，海上風電在岸制氫，核心在于制氫是離岸還是在岸。風機本身制出來是低壓，通過直流變化，LVDC變成LVAC、MVAC，通過海上風站轉成HVAC，然后通過陸上變電站，通過HVDC等變化才到氣體，這樣消耗很大的。所以我們推薦的是在海上平臺上制氫，一個是直接海水，還有是把岸上的水管送上去，這個并不高。對于中海油這樣的公司來說，海底管道的鋪設遠低于海底電纜，這樣就不需要電纜了，直接植入海上風機的套筒里，整個海上風電的平臺都不需要改造。
制出了氫，有了氧，氧可以給到煤化工，需要高空裝置，需要反應條件，還有一個副氧燃燒，副氧燃燒是大大降低二氧化碳的排放技術，而副氧燃燒最大的就是氧氣來臨，所以是綜合能源綜合互補，每一個產能都不要浪費。經濟效益好了才能上，只談情懷和政策補貼永遠支撐不了。大家可以看到，氫能可以促進風光水的并網，第二個它可以和煤化工和富氧的結合，還有提高二氧化碳的比例。后面川崎重工做了燃起及，但是氮氧化物解決不了，所以氫氣的利用我們還是不推薦，上純氫溫度更高，氮氧化物更高，做出來的東西甚至是超過粉塵。這是通訊基站的，因為現在電網公司和移動公司。軍方應用，它是喜歡在特種上，如果不是固態，是氣態的，它是可以飲用水，第二個低溫燃料電池防紅外，降低特種負重工作安靜，這都是非常好的特點，但是氫化方案在特種很難推開，它有它固有的缺點。這是關于制氫、儲氫、綜合能源投放，最終包括氫罐和儲備裝置都是集中在這里，這是軍方對氫能的定位和定義。另外是無人機，左下角是海上平臺和輸電線路，普通電池跑半個小時就不行了，但是這個非常大，我飛行時間4個小時，不管是海水4上平臺還是輸電線路，這是對氫能電池非常好的切入。
說到加氫站，一直比較擔憂的是氫能安全問題，產生安全問題產生的影響是不可想象的，中國在氫能上的安全不太完善。說到等同，等同不是抄襲，2015年出現了對氫氣的安全規范，看看在哪個階段最有安全價值，ISO就是一個導則，沒辦法實施這個東西，希望中國在這方面實施上來。
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