中能建广东院氢能技术中心主任王小博：未来燃料电池造价降低可期

未来我们对于燃料电池最重要的期望就是降低单位造价，这个我们是有信心的，海上风电、光伏新能源，拿2010年的数据和现在相比也是断崖式的下降，高温燃料电池因为没有用到贵金属，这是可以预期的。

2018年12月19日，京津冀氢能产业发展暨环境治理大会于河北威县召开，本次会议由河北省威县人民政府、华北电力大学国家大学科技园、中关村华电能源电力产业联盟联合主办，中国电力云平台、北极星电力网承办，北极星储能网将对此次会议进行现场直播。中国能建广东省电力设计研究院氢能技术中心主任王小博做了《氢能燃料电池产业链与发电产业》的主题演讲。

以下为发言实录：

中国能建广东省电力设计研究院氢能技术中心主任王小博：这张图是美国能源部15年前的一张图，非常好的诠释了氢能行业和电力行业不可分割的一个关系。氢能和电能的无缝连接，同时氢能作为化工原料也是我今天会讲的重点，氢气加上二氧化碳会产生一系列的化工品，我在上海刚开了二氧化碳下游应用的会，后续的市场会很大。后续还有一个油品的升级巨大需求，油品升级就是一个加氢的过程。氢能源产业分成四个部分，第一是制备，第二个部分是储运和配送，第三是燃料电池，最后是应用场景。根据现在很多落地项目的执行情况，我们建议的是大家先从应用场景入手，后续选择你用哪一种燃料电池类型，最后选择氢气从哪里来。

下面看一下第一个氢源中的工业副产氢，全球钢铁看中国，钢厂大量的焦炉尾气，这是最理想的一个燃料，尤其对于高温燃料电池来说的。第二是化石燃料，但是现在很多煤电企业在推，煤制氢与煤化工的结合非常到位，现在煤化工迎来了第二春。可再生能源是我们最喜欢的。结合这些所有的可再生能源才能真正实现氢能的低碳利用，其中电解水有三种技术，最成熟的就是普通的碱水电解，也是业内最成熟的。第二是PEM电解，电解水的时候是会产生氧气的，只有PEM电解会作为医用氧，在部分的应用上是可以考虑的，比如说在医院上这么一套系统，经济价值大幅提高。SOEC是SOFC的逆过程，唯一可以电解海水的制氢技术，与海上风电等新能源可以无缝连接，有非常好的市场前景。

到了氢储运部分，固态金属因为它的单位重量太大，民用不太合适，在军用还可以，运输方式就不展开了，加氢站是比较成熟的，现在是卡在政府的审批环节。说到燃料电池的类型，作为电力设计院背景，我们最关注的还是PEMFC、SOFC和MCFC。最右面是应用场景，交通是基础应用，大家现在很多人理解燃料电池第一个想到的是交通，当前商用车是燃料电池的主战场，潍柴如此大规模的投入也是看中了燃料电池在商用车市场的巨大潜力。下一个是氢作为化工原料，化工的人一听到氢能就觉得很珍贵，化工的人一直理解说你拿这个电解水制氢，再去发电，他觉得很可惜，拿来做化工原料挺好，现在国家炼化的项目非常多，再加上油品升级，比如国五升国六，就需要大量氢气的来源，这是一个处在多行业交叉处的商业机会，值得重点关注。发电是我们的老本行，后续会重点讲到分布式发电应用。储能装置，Power to Gas已经有两代技术，第一是制氢，第二是氢气加上二氧化碳制甲烷，这是一个非常有趣的产业链，可以把氢、二氧化碳减排和天然气三个巨大的产业联系起来，想想就觉得前景可期。第三个是氢气和天然气的混合，国家是有标准的，这个可以在整个天然气中加入10%的氢气，直接可以和当前的使用天然气的内燃机相兼容，这是非常有趣的应用，比如说鼓励司机8000块钱换一个罐子就可以使这个运营模式运营下去。

军事领域，无人机，尤其像攀业在小堆上做得非常出色，攀业的董总也坐在下面呢。我说一下氢气产业链中的甲烷化，氢气加二氧化碳，氢气是一个很大的产业，二氧化碳属于减排，这三个产业都是非常大的产业，只要你的氢气成本可控，天然气在中国是涉及到能源安全的，这么一个能源基础设施。在美国是行不通的，美国的天然气价格很便宜，中国的天然气价格是美国的三到四倍。氢能几乎成为了日本未来能源转型的唯一选择，日本自己做的能源规划的时候，也是很矛盾的，大家可以看到用的是澳大利亚的褐煤，通过氢气的液化，海运过来。日本现在是燃料电池推得最积极主动最彻底的国家，这直接关系到国家能源安全和独立性，日本的氢能技术储备了这么久，为何2012年开始大幅推广，与福岛核事故之后的能源自主性降低直接相关，当前氢能推动比较好的日本、德国也是弃核最多的国家，核电之外的风、光由于其电网不友好性无法作为基本能源负荷，所以说福岛不仅改变了核电，也间接促成了氢能产业。

这个是美国能源部制氢方式温室气体排放计算表，这个表会使很多制氢方式显得比较尴尬，从最初的源头算出温室气体的排放量，大家就能感受到这个氢气怎么来，这个卖点就是低碳、无排放。你一定要回到全生命周期的概念，因为氢能会触动别人的利益链条，会打击你的合理存在。

这是国际能源署做的全球能源的流动图，大家可以看到可再生能源和核能这两个唯一不释放二氧化碳的能源在全球的能源中还是不到10%，主要还是煤炭，尤其中国占了太多的部分，天然气和石油。

这是我们广东院做了二氧化碳捕捉项目，为什么做二氧化碳捕捉，二氧化碳加氢气生成的甲烷。电力行业才是二氧化碳最大的排放部分，这是国家制定的政策。从政策中可以看到，大部分还是汽车层面的，现在是工信部的事情，氢能重点研发计划全部都是和车相关的。我说一下现在国内几个大型央企的政策，国家能源集团、中广核的思路很适合各自企业的发展方向，神华的煤制氢、中广核在高温燃料电池方向都很有实力。现在国电投也非常重视，成立了专门的氢能科技公司。

这是华能清能院在熔融碳酸盐燃料电池中的研究，能源局在十三五规划中关于氢能整个产业链技术上的一些要求，我们可以看到第一个催化剂，这跟工信部的思路是一样的，第二是高成本的储运，还有可再生能源示范工程，很多地方都在上这个项目，我们最关注的就是能源局文件里面的氢能分布式发电。

说一下地方政府，各个省市开展的如火如荼，都有特别的政策支持。能源局已经开始介入氢能产业链了，这是非常好的消息。大家也可以看到能源从煤炭到电力、天然气，氢能占到大元素的角度，这个格局会更高，氢能作为一个能源，会发挥更大的作用，最右面是科技部出的都是和车载燃料电池相关的。

现在说一下在美国的一些发展，左边这张图是在美国的专利申请，新能源方面的专利申请，大家可以看到燃料电池方面的增长率是非常惊人的，这个趋势在全球是一样的，总有人说美国不重视新能源，只是日本太激进了，右面的图给我们另外一个启示，还是美国占第一，日本占第二，跟大家的估计基本类似，德国排第三名。

焦炉煤气是炼焦油生产过程中副产品之一，每炼一吨焦炭可产生430立方米左右的焦炉煤气，焦炉煤气主要是由氢气和甲烷组成。此外还有少量的一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气和其他。这个是氯碱行业，超出98%氢气浓度，出来就是氢气，只不过要把预处理的东西做好。国内在营口已经有2兆瓦的电厂在运行，这个项目的示范意义是很好的，这个项目如果能够达到合同中的每年运行小时数，效率也是非常好的。

说到SOFC和SOEC，电解海水装置就可以在发电的时候有水，这个水是淡水，不用单独上一个海水淡化设备了，这套装置有很好的实用性。我们能不能做得激进一点，把电解海水的装置放在海上风电的平台上，把氢拉走，不接入电网了，光建造成本就节省了30%，SHELL和挪威石油公司已经开始在丹麦和挪威开始做示范了，SHELL和挪威石油公司都是世界级的炼化企业，海上风电制氢都不用和燃料电池结合，光是他们各自炼化厂加氢就已经足够了，体现了氢不仅是能源，还是化工原来这一专多能的作用。国内第一个海上风电总承包的工程是我们广东院做的EPC的粤电外罗项目，光是广东省的海上风电产业就是万亿级别的。像河北、山东、江苏、福建，浙江未来的海上风电也是如火如荼，制氢是非常好的选择。

2018年国家发展改革委、国家能源局关于印发《清洁能源消纳行动计划(2018—2020年)的通知，明确说明了制氢作为可再生能源消纳的关键作用。到了储运环节，阻碍氢能推广的最大障碍，大家可以看到管液和高压这两种，但是超高压、超低温带来的经济性差和安全性差，光压缩机的液耗就占到30%。我们所推荐的就是甲酸、甲醇、液氨、氢油制造厂，解决行业痛点，氢气储运是难点。大家可以看到这是在荷兰直接加甲酸，很方便就跟加油没有什么区别。武汉氢油做得一样非常好。

这是比较的图。甲酸、甲醇都是非常好的，这一点是甲酸比较有优势的地方。甲醇的车很成熟，现在有两种，现在国内也有很多甲醇的汽车很多，因为甲醇的技术相对比较成熟。

液氨的储氢密度也很高，在中国很难推，因为液氨在中国是当做危化品的，日本、新加坡、澳洲都把液氨作为储存介质最好的推广。

这张图是整个不同类型的燃料电池的一个分布，小到可移动性达到10MW的分布式发电。这个是美国能源部的燃料电池负责人，他已经去世了，这是二十年前的图，清晰的分析了SOFC和MCFC的燃料电池适应性。如果你现在直接接天然气一接就能够发电。

大家可以看到这个是在美国，这是2016年DOE的一个数据，按照单堆发货量，不是装机的兆瓦数，可以看到交通占比非常小。到了装机量，交通的比例就上来了。从日本本身的能源规划也可以看到一开始中级阶段还是车载，到最后一定会发展到发电。这是我们广东院参与设计的项目，国内首个SOFC+PEMFC分布式发电项目，加上储能、光伏、储氢，是个基于氢能的智能微网。这个项目示范意义非常强，有兴趣的朋友可以来调研。这是我们参与国家重点研发计划的项目，是柴储风光可移动式，尤其是柴油重整制氢，是国内首个。

这张图是美国fuel cell最新的单堆已经做到了100千瓦的SOFC。我们作为一个设计院，本身不做电堆，但是对各个电堆供应商开发BOP辅助系统。这是在2013年第一季度的Bloom Energy的业绩，苹果、谷歌到亚马逊的数据中心，全部用的是BE的SOFC。右边同样的焦炉煤气，比起卡诺循环效率优势太明显了，还没有算上它的热，SOFC的优点可以看到，燃料来源非常广，沼气也可以，污水处理厂的厌氧发酵就可以，只要把硫脱掉就可以。

这是我说到的产业横贯氢气、二氧化碳、天然气的示意图，这在化工其实是不难实现的，甲烷化可以对整个基础设施产生非常好的影响，同时会进一步带动电解水质的一个需求。2018年5月1号开始实施的车用压缩氢气天然气混合燃气，直接可以和现在的天然气相兼容，在一定程度上会促进氢能产业的发展，因为有规范了。这是天然气的管道运输。这个是作为电力行业比较喜欢的一个应用场景，世界上比较大的几家三菱、西门子多已经开始了纯氢气的燃烧器，现在可以直接烧氢气，这个用户量是惊人的，全国有多少燃机发电厂?而且我们也和很多燃机厂调研了，只要稍稍改造就可以了，成本非常低，在氢气不超过10%的情况是不用变的，这个量已经非常大。

这个是单堆电源，在军事领域是很有用途的。如果你用氢罐是可以提供饮用水，硼氢化钠或者金属储氢就无法提供饮用水了，第二是低温，对红外的要求降低了很多。这对于特殊领域的运用非常好，这是一个管式SOFC的电源，这是非常好的应用，管式时间非常快，分布式SOFC启动时间是在12小时，因为它高温，要考虑到膨胀系数，不存在膨胀系数的问题，启动时间非常快。柴油重整SOFC发电，技术难点是军品柴油含硫量高于民用，脱硫是核心问题，PEM首先排除。

这个是无人机领域的应用，但是在电网领域用得不好，就是因为锂电池最多用二十到三十分钟。无人机的应用场景就是电网线路的巡检，只能用二三十分钟，经常回不来，不知道摔到哪里了，用的燃料电池小时数可以到三个小时，提高了六倍的续航里程。未来我们对于燃料电池最重要的期望就是降低单位造价，这个我们是有信心的，海上风电、光伏、陆上风电等新能源，拿2010年的数据和现在相比也是断崖式的下降，尤其是高温燃料电池，因为没有用到贵金属，这是可以预期的。

(以上内容根据速记整理，未经嘉宾审核)

加入北极星储能群，请加微信号：chuneng2018