鉅大LARGE | 點擊量：893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(lián)盟、中國電子節(jié)能技術(shù)協(xié)會電池專委會和中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會氫能及燃料電池分會(籌)聯(lián)合舉辦的“2019新型制氫技術(shù)與加氫站建設(shè)高峰論壇”在蘇州隆重召開，中國能源建設(shè)集團廣東電力設(shè)計研究院氫能技術(shù)中心主任王小博作了題為“氫能產(chǎn)業(yè)鏈與多能互補綜合能源系統(tǒng)”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(shè)集團。我們在給各級政府做央企和省級、市級規(guī)劃時，氫能的原料屬性非常明顯，它不僅僅是發(fā)電方式，原料屬性和化工行業(yè)的耦合，對于氫能和結(jié)合我們散氣的消納，會有特別特殊的應(yīng)用場景。
介紹一下我們院，因為我們是從火電、核電到海上風(fēng)電再到特高壓，我們的業(yè)務(wù)范圍，涵蓋比較廣，氫能是我們重點轉(zhuǎn)型的方向，我個人是從做核電出身，因為現(xiàn)在整個國家能源發(fā)展趨勢的變化，氫能如何和電力行業(yè)結(jié)合，未來相互耦合的趨勢非常明顯。主要我們理解的是結(jié)合美國能源部之前的這張圖，我們的理解是氫能的應(yīng)用和燃料電池的應(yīng)用，我們不能說是非常小，只是說非?？煽氐牟糠?，未來大的應(yīng)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(jīng)在調(diào)試的，我們現(xiàn)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(jīng)簽了協(xié)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(fēng)電制氫怎樣解決它這么大的需求。
氫能產(chǎn)業(yè)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(yè)富產(chǎn)氫，我們最不推薦化學(xué)能源制氫。除了化學(xué)能源在煤化工的過程中產(chǎn)生副產(chǎn)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(fā)電。
可再生能源制氫，也是真正從規(guī)模上解決問題的手段，我們最推薦的是SOEC，雖然它現(xiàn)在最成熟，但是我們認為未來是潛力最大的，我們現(xiàn)在準備開發(fā)出一千瓦的樣機出來。從儲氫方式，現(xiàn)在比較火的不管是高壓還是液氫，現(xiàn)在的化學(xué)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(zhì)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(nèi)都是工信部牽頭，化工行業(yè)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(shù)據(jù)中心和應(yīng)急電源車，南方電網(wǎng)和廣東電網(wǎng)和電科院一起合作的大黃蜂，未來是想替代整個電網(wǎng)應(yīng)急的柴油車，南網(wǎng)就有2000臺的，那國網(wǎng)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(huán)境計劃和能源計劃，氫能在日本能源轉(zhuǎn)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?yōu)槭裁囱芯咳毡?？也是廣東省能源局委托我們開展大灣區(qū)的能源規(guī)劃，對找舊金山、東京灣等，東京灣更多的是移動式的應(yīng)用，另外生態(tài)環(huán)境部出臺了《碳排放權(quán)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(xué)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(jīng)濟性、環(huán)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(guī)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(yīng)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(chǎn)氫，因為在你富產(chǎn)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(jié)合你的條例，才能在商業(yè)模式和環(huán)保性上走得更遠。
這個和過去氫能的結(jié)合有關(guān)系，就是合成器，這個我可以展開。關(guān)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(chǎn)氫，一個是氯解，這是營口關(guān)于氯解的發(fā)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(chǎn)氫非常好。這里面氯氣對于電堆的問題超出了一些預(yù)期。副產(chǎn)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(xiàn)在要做的是增加一套膜分離系統(tǒng)，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(shù)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(shè)備就有了LNG，氣體分離行業(yè)結(jié)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(jié)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(xié)議，我們引入美國3D實驗室的設(shè)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(fā)區(qū)，一線城市怎樣選址，這也是影響燃料汽車推廣的形式。當(dāng)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(jiān)和規(guī)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(diào)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(jīng)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(jié)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(jié)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(guī)模的應(yīng)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(qū)，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(yè)和管道發(fā)展非常多。在大灣區(qū)規(guī)劃的時候，青島的化工園區(qū)也是有脫氫，統(tǒng)一規(guī)劃天然氣管道，規(guī)劃氫氣管道，造價是很便宜的，關(guān)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(chǎn)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(zhuǎn)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(chǔ)設(shè)施，建設(shè)等待的成本可能太大。尤其是中國DED國內(nèi)的產(chǎn)量非常低，中美貿(mào)易戰(zhàn)也是一個焦點。
我們現(xiàn)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(wǎng)是很爛的，這些人寧可用你的FOFC，不愿意用電網(wǎng)，但是中國反過來，全世界最健壯的電網(wǎng)和最貴的天然氣的價格。右邊是做了對比，黃色的是FOFC發(fā)電，對象是焦爐煤氣，從產(chǎn)生電量產(chǎn)生了對比，還沒有考慮FOFC產(chǎn)生的蒸汽，這是與神華牽頭的專項IGFC，里面有兩個結(jié)合點，我煤化出來又有新的結(jié)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(tǒng)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(mào)易戰(zhàn)相關(guān)，因為它核心材料在中國。這是南方電網(wǎng)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(wǎng)，它是用污泥和生物質(zhì)產(chǎn)生的甲烷，南網(wǎng)沒有這樣一個示范區(qū)，但是它在歐洲示范的效果是非常好的。
這是另外一個電網(wǎng)公司所做的初步設(shè)計，用到了SOEC和MCFC，這個加氫站是屬于內(nèi)部使用的，應(yīng)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(fā)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(xiàn)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(zhì)怎樣出來，大量出來的還是和蒸汽，最終結(jié)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(yīng)用場景，這是國家發(fā)文關(guān)于燃煤和耦合生物質(zhì)發(fā)電，這是污泥干燒，然后是生物質(zhì)區(qū)化爐，這個時候我是提純以后結(jié)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(zhì)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(jié)合點是高燃料電池結(jié)合。另外一個是我們現(xiàn)在做樣機的，基于生物質(zhì)粉末的MCFC，但是對生物質(zhì)的粉末的要求非常高，但是這個未來和生物質(zhì)的結(jié)合，是燃料電池產(chǎn)業(yè)非常重要的點。
說到制氫，這也是后續(xù)想加速突破的SOEC，因為它在高溫陶瓷產(chǎn)業(yè)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(fā)電產(chǎn)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(chǎn)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(jié)合廢脫過程和甲烷化，帶來的產(chǎn)業(yè)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(jié)合海上風(fēng)電，為什么要做電海水制氫，因為國內(nèi)批海上風(fēng)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(fēng)電的投資是超過5000億，而未來汽上風(fēng)電對于電網(wǎng)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(jīng)制氫了，海上風(fēng)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(lián)合發(fā)布了《關(guān)于在部分地區(qū)開展甲醇汽車推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，正式將甲醇汽車提到汽車產(chǎn)業(yè)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(wù)實，就等著國家的政策，吉利在甲醇內(nèi)燃機的儲存技術(shù)上是最好的，甲醇的這條線和二氧氫的結(jié)合。甲醇現(xiàn)在不再是化學(xué)原料，真正變成了載體。
這是美國能源部所做的Onshore，海上風(fēng)電在岸制氫，核心在于制氫是離岸還是在岸。風(fēng)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(fēng)站轉(zhuǎn)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(shè)遠低于海底電纜，這樣就不需要電纜了，直接植入海上風(fēng)機的套筒里，整個海上風(fēng)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(yīng)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(shù)，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(chǎn)能都不要浪費。經(jīng)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(fēng)光水的并網(wǎng)，第二個它可以和煤化工和富氧的結(jié)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(xiàn)在電網(wǎng)公司和移動公司。軍方應(yīng)用，它是喜歡在特種上，如果不是固態(tài)，是氣態(tài)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(guān)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(dān)憂的是氫能安全問題，產(chǎn)生安全問題產(chǎn)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(xiàn)了對氫氣的安全規(guī)范，看看在哪個階段最有安全價值，ISO就是一個導(dǎo)則，沒辦法實施這個東西，希望中國在這方面實施上來。
