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中国华能许世森:氢能和燃料电池是未来连接可再生能源传统能源的纽带——2018年智慧电厂论坛(二期)

北极星电力网新闻中心  来源:电力头条APP    2018/7/26 10:08:34  我要投稿  

北极星火力发电网讯:“氢能应该说是未来可再生能源发展的非常重要一项目技术,氢能和燃料电池是未来连接我们可再生能源和传统能源中间的纽带和关键环节,今年3月份明确将电转氢、电转气作为未来可再生能源调节的重要手段,这些都是我们电力行业未来需要关注的。”中国华能清洁能源技术研究院有限公司院长许世森在2018年智慧电厂论坛(第二期)【分论坛二:智慧检修与安全监控(含新能源)】上分享《可再生能源制氢及燃料电池发电技术进展》时提出。北极星电力网全程对会议进行直播,如需了解更多的会议直播,请联系微信号:13693626116。

许世森:各位来宾大家好,周院长为我的演讲做了很多背景介绍,非常感谢。很多观点我也非常赞同,我这里重点介绍一下电解制氢,刚才周院长讲的除了电解制氢还有其他方面的制氢。另外燃料电池方面重点介绍高温燃料电池,就是作为固定发电这部分的一些研究。

直播地址:2018年智慧电厂(第二期) 

氢能,刚才周院长已经做了很多铺垫和背景介绍,氢能或者燃料电池未来在能源体系里面是什么位置,可以形象的说,氢能和燃料电池是未来连接我们可再生能源和传统能源中间的,过去他们叫新的一种能源“路由器”这是陈清泉(音)院士最早提出来的名词,互联网里面有个路由器,能源互联网里面未来要建成智能电网,或者未来得能源体系,今天会议的主题是智慧能源,智慧能源存在着可再生能源和电网之间,包括和传统能源之间的联系,实际上氢能和燃料电池是这里头联系的一个关键环节。

周院长也讲了,日本把氢能作为它国家的战略,安倍政府已经把氢能作为日本未来国家能源发展的非常重要的方面,为什么这样说?实际上我们跟日本能源界的朋友做过很多交流“你们为什么氢那么贵?自然界又没有氢,氢都是要从其他能源转过来的,你们为什么要这样做,作为国家的能源战略?”他们是这样子回答的,他说“日本没有能源,所有的能源都要进口,与其进口其他的含碳的能源或者有污染的能源,不如进口最清洁的能源。”他这种理解值得我们思考;他是一个极端的国情这种极端的国情会导致他对问题的思考是深刻的,而且代表着未来,他认为我进口天然气未来存在碳排放的问题、进口煤存在污染的问题,现在发展核电又受到福岛事件的影响,所以未来日本能源供应将来朝哪个方向走,他就选择了最清洁的氢能。当然我们的电和氢都是清洁的二次能源,氢应该说不属于一次能源,属于二次能源,电也是最清洁的二次能源,这个清洁的二次能源有些电是解决不了的,有些氢也解决不了,所以他认为,未来日本社会是构成以氢和电为主的一种清洁能源供给的系统。所以日本把氢能现在作为上升为国家战略的最积极或者最先的国家。

美国也发布了全方位的能源战略,氢能也是主要的内容。欧盟也作为第二期燃料电池与氢的联合计划2014-2020,我们国家在这些方面能源革命创新行动计划还有相关的计划,尤其刚才周院长介绍的,从去年年底到今年上半年,我们国家有几个主要的城市:北京、上海、成都、广州还有相关的区域已经宣布发展氢能产业,所以现在对于电力行业的同志来说,我们是要向市场供电的,现在电力饱和的情况下,电厂怎么办,实际上是所有发电集团应该思考的重要问题,市场需要什么?现在市场出现了一个新的需求,需要氢,这就是值得我们发电企业深入思考的问题。

最新的发展,北京是氢能推进比较快的,2022年冬奥会北京市把氢能燃料电池大巴车作为北京到张家口的主要交通工具,除了高铁以外大巴要投放大概500多辆燃料电池大巴,通过这个契机推动北京的氢能发展。另外今年年初国资委、工信部、科技部支持下成立了中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟。这些信号就说明从国家层面已经开始在推进这些工作了,当然我们电力企业还是相对滞后,包括我们自己集团内部在研究这些问题的时候,现在逐渐的这种声音已经有了。

另外发改委、能源局关于电力系统的调节里面,今年3月份明确将电转氢、电转气作为未来可再生能源调节的重要手段,这些都是我们电力行业未来需要关注的。

制氢方面有很多,有化石能源制氢和可再生能源制氢,化石能源制氢就不说了,现在从可再生能源制氢角度看,固体氧化物制氢,光电制氢、电解制氢这些方面都开始往前发展,电解制氢,我们知道可再生能源现在发展非常迅速,但是带来很大问题,就是西部有很大的电力消纳问题,有很多弃风弃光弃水问题,多余的这部分电力,如果制氢能够产生真正的氢,如果化石能源制氢,毕竟氢的来源不纯,氢不是真正的零碳的氢,从可再生能源制氢,至少从电的角度还是可再生能源过来的。所以现在这些方面都在发展,但是真正能够大规模用的目前还是碱性电解制氢,就是常规的电解制氢,但是目前它还有很大的问题。

另外一个是燃料电池,燃料电池有三大技术流派,一种是低温燃料电池就是现在的电动汽车,燃料电池电动汽车运行在80-90度的低温燃料电池,这个已经作为移动电源、交通电源。还有所谓的高温燃料电池,高温燃料电池就是在650度以上的,熔熔碳酸燃料电池和固体燃烧物的电池。今天主要讲电解制氢和高温燃料电池这两部分。

电解这个刚才周院长已经讲到了,化石燃料制氢、可再生能源制氢、生物质制氢这些方面,今天重点讲电解制氢。

电解制氢不是一个新的技术,很多电厂都有小型的制氢设备,原来发电机冷却,有关电厂也需要这种氢,但是过去氢没有大规模应用到市场,所以氢能的电解制设备也是比较小的,现在没有超过每小时500方的,现在应用于未来大市场的需求是有很大问题的。所以如何使制氢的设备能够大规模化,另外它的能耗也是比较高的,现在制一方电解制氢得5度电,实际上能耗是非常高的。主要有三种形式:一种是固体氧化物,固体氧化物燃料电池的逆过程,碱性燃料电池的逆过程,质子膜燃料电池的逆过程。燃料电池发展和电解制氢是互逆的过程,但是这两个概念都有将近100多年的历史,但是为什么到现在才开始热起来?主要原因是两个技术之间还是有很多难点的。

成本上,关于天然气还要问一下周院长,甲醇制氢、煤气化制氢有些概念,大概是1.5元左右,但是天然气制氢相对来说还是比较便宜的,传统的电解制氢看电价,比如3毛5的火电电价,刚才说是5度电,光电费成本就得1.5-1.6元,还有设备成本。所以都得在2-3元,这种情况如何满足市场的需要实际上也是有很大挑战的。

未来用固体聚合物,用质子交换膜燃料电池这种模式反过来制氢效率是比较高的、能耗是比较低的,但是它的成本仍然是比较高的,原因是质子膜这种方式,催化剂是比较高的。所以近些年,至少是3-5年或者5-8年之内,碱性电解制氢还是主流。

碱性制氢方面,现在最主要的还是要降低能耗提高单台的出力,现在最高的正在开发每小时500方制氢的设备,现在也正在跟国内合作开发每小时一千方的设备。另外还有功率调节的能力,现在包括可再生能源一个最大的特点是波动性,如何直接在风电厂制氢,需要负荷的调节幅度比较大。

如图这是日本的情况,周院长已经讲了,日本、荷兰、法国、英国这些加氢制氢。

如图目前国内能源企业参与的,华能在做张家口风电制氢及加氢站,为冬奥会供氢。国家能源集团在做煤制氢,还有一些863项目,三峡是水电制氢,还有一些电网公司也在做电解制氢。所以现在已经开始兴起了一种蓬勃发展的态势。

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