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国家能源集团北京低碳清洁能源研究院何广利:可再生能源制氢分析!

北极星风力发电网  来源:北极星风力发电网    2020/11/13 17:06:36  我要投稿  

北极星风力发电网讯:“氢能的发展是让可再生能源更大规模发展的一个非常必要的手段,举个例子,国家能源集团风电装机规模是全球最大的,如果把这些所有风电都制成氢,按照现在燃料电池汽车每天消耗量来计算,最多供20几万辆车用,可见燃料电池汽车的扩大规模对上游可再生能源发电的带动巨大。”

——国家能源集团北京低碳清洁能源研究院技术开发部经理何广利

11月5-6日,2020年中国风电产业发展大会在上海正式召开,大会邀请了政府部门、行业协会、电网企业、风电开发商、整机厂家、大部件厂家、设计院、施工单位、原材料企业等300余家相关单位参会。北极星风力发电网、北极星电力APP对会议进行全程直播。会上,国家能源集团北京低碳清洁能源研究院技术开发部经理何广利做了《可再生能源制氢分析》演讲分享。

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国家能源集团北京低碳清洁能源研究院技术开发部经理何广利

何广利:

大家上午好,给大家介绍一下氢能方面的情况。说起来可再生能源制氢,这些年国内外听的很多,但是实际上国内上的项目不多,前几年弃风弃光现象严重,制氢成本很低,很多地区开始探索风光制氢路径,但这些地方的氢用在哪是很大的问题。

综合起来这几个问题:1、制氢可不可行?肯定是可行的,但是有几个前提条件,第一个风电成本或者价格足够低。对于氢能来讲,制氢端是最上游。2、商业、产业模式以及后端技术结合。氢制出来后,除了就地应用,还涉及到储运的问题,这些问题都需要进行整体考虑。

我们(北京低碳清洁能源研究院)在氢能方面的研发布局有三:燃料电池汽车用氢气纯化及品质技术、加氢站系统开发包括装备技术、电解水制氢技术开发等。我所在的北京低碳清洁能源研究院目前牵头两个国家科技部“可再生能源及氢能重点项目”重点专项中氢能相关的项目。我们这几年从软课题到技术开发,做了不少工作也产生了不少成果,尤其是针对车用加氢站的很多商业化推广的业绩。加氢站领域有两项国家标准也是我们牵头在制定。

下面就给大家稍微介绍一下氢能的情况。

氢能分为大氢能和小氢能,大氢能是一切以可再生能源制氢或低碳氢为前提的制、用氢,或者对对传统灰氢的替代。制出来的氢可以给燃料电池汽车用,也可能直接烧掉,所以说大氢能指的是用绿氢或蓝氢替代灰氢的过程以及拓展氢能应用。

小氢能实际上就是针对燃料电池汽车的应用,新能源汽车里面两类,一类是纯电动、锂离子电池,剩下一个相对发展比较慢,就是燃料电池汽车。当前国际上强调的更多是大氢能的概念,车只是一部分,其他的还有很多应用。

可以说,氢能的发展是让可再生能源更大规模发展的一个非常必要的手段,举个例子,国家能源集团风电装机规模是全球最大的,如果把这些所有风电都制成氢,按照现在燃料电池汽车每天消耗量来计算,最多供20几万辆车用,可见燃料电池汽车的扩大规模对上游可再生能源发电的带动是巨大的。

所以在国外如美国、日本、欧洲把氢能列为国家的一个路线,利用氢能战略来促进能源革命。

国际氢能专委会预测2030年交通占氢消耗量17%,热电联产19%。如果按照这个来说,他们预测到2030年的时候国际上氢燃料的电池汽车在500万辆左右。对比国内的话,预测到2030年将有100万辆。而且,9月21号财政部发了一个燃料电池汽车示范城市申报,里面明确规定了氢的来源问题,鼓励这种低碳氢,当然也包括可再生能源制氢。

其实,对氢能的应用,车只是一个方面。以日本为例,家庭热电联产燃料电池发电装置,其装机量已经达40万台,综合能量效率可以超过90%,它在发电的同时余热大概是六七十度,正好可以给家庭热水用,通过这个方法可以看到它的能量效率非常之高的。

这几年我们国内尤其是纯电动汽车推广的非常好,但纯电动汽车更适合一些续航里程短,车辆尺寸小的场合。燃料电池汽车能够满足续航里程高,同时满足重载的需求。所以基于以上原因,国际大型汽车公司都是大力的推广氢燃料应用,今年韩国现代和日本丰田推第二代的燃料电池汽车,对产业界来讲也是挺好的消息。

未来可再生能源制氢是一个大的方向,因为可再生能源制氢随着可再生能源发电成本的下降,还有下游的打通,它的成本也会逐渐下降。相对于化学原料制氢、煤制氢,可再生能源制氢解决的是碳排放的问题。所以,日后若二氧化碳的技术有所突破,将成为可再生能源制氢竞争的主要的竞争对手。但可再生能源制氢肯定是一个未来的方向,毋庸置疑。

说到燃料电池汽车,目前国际上第一辆商业化的燃料电池汽车是丰田,2014年底开始发售的,到现在为止,国外运行的车辆不到两万辆,运行的叉车三万辆,热电联产40万套,提供氢气的加氢站国际上大概有400多。以德国为例,他的目标到2025年有400座,通常如果按一天加500公斤,一年加氢的量还是非常大的。

后面,基于经验,我稍微谈一下可再生能源制氢的技术路线分析。

1、碱性电解水,这个技术用了几十年了,它的优点就是装备价格比较便宜,缺点是它的体积会比较大。

2、纯水电解,它的优点是电流密度很高,体积可以做到很小,但是它的问题是价格高。

3、高温电解这个技术目前主要停留在基础研究实验室的阶段。所以目前国际国内大部分用的碱性电解,有的是偏小的示范用的纯水电解。

说到可再生能源制氢,它涉及到本身的一个很重要的模式问题:是把风机直接接到电解水上,还是能上网的时候上网,不能上网的时候再给电解水制氢?这两种模式是不一样的。

如张家口的一些电解水制氢的项目,走的是发电——直供的路子,这种情况对电解水来讲可以保证它的负荷率。如果你直接接到风机上,则会面临两个关键的问题,第一个是波动性,第二个负荷率。电解水需要有响应的时间,波动对电解水的寿命和能耗都会产生一些影响,这也是目前碱性电解水和碳电解水这一块的区别。

纯水电解水波动性更强一些,可以瞬间超负荷也没有问题,对于碱性电解水大概是20%-130%。可以超一些,但太低也工作不起来。

对于电解水功率的匹配,你选择额定的功率,需要在低于这个可能出现的最大功率一定比例的时候才能达到经济性。

对于可再生能源电解水制氢来讲,让项目更具有可行性的关键在于将电解水制氢本身能耗降下来。后续如果每公斤能够降到40-45度电之间的话,从成本上也会有明显的下降,这个会对可再生能源制氢这个行业有一定的促进。

国际上专门的组织调研和统计显示,综合能耗降到4.2左右应该是可实现。至于电解水路线的预测,现在碱性电解水居多,以后的发展国际上比较认可的有纯水电解和碱性膜电解等。

现在大家很多关注是什么呢,制氢用的是电,而用电有两个选择:1、在电源侧直接把氢制出来,然后再把氢运出来,但储运成本很高。2、让电网帮着把电运出来,再用电解水把氢制出来。

所以大家讨论比较多的在加氢站利用电解水制氢,这里面涉及到很多非技术性的因素,如电网收费、自身成本等等。整体算下来,如果运输距离超过300公里的话,输电这种方式比输氢划算,现在运输氢气的成本比较高,效率比较低。

接下来预测2025年,9月21号四部委发文启动燃料电池汽车发展的“以奖代补”政策,预计2025年要十万辆车,然后1000多加氢站。按车辆数倒推的话,10万辆车相当于1000万千瓦的风电,如果按照一年发电小时数2000h算,全部2000h都制氢,差不多可以满足十万辆。如果到2025年这个数字能确定的话,后面2025-2030年将会是快速发展的时间段。

我的汇报就到这里,谢谢!


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