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直播专题:SNEC第十五届(2021)国际太阳能光伏与智慧能源(上海)大会
何广利:尊敬的各位专家、同行:上午好!前面讲了很多制氢,下面我介绍的是制氢后面和应用结合的。谈到氢能,其实这两年发酵俩两个应用,第一针对燃料汽车,第二是绿氢替代。我主要针对燃料电池汽车这个应用。
对于燃料电池汽车应用,看一下数量比较有代表性,随着这些年从2016年工信部做新能源汽车路线图的时候,开始做第一版,2020年11月份发布第二版,我们一直在修正,这是工信部发布的。如图,基本上这两年的发展情况和当初预计的比较吻合,2020年当时预计一万辆车一百座加氢站,虽然20年没达到,累计八千多辆,但是比较接近。后面有理由相信,十万辆车一千多加氢站肯定没问题,一千座现在保守了,因为中石化宣布到2025年到一千座加氢站,所以这个数量会涨一些,数量多一些对氢能发展是一个好事。
今天我讲的是针对车用加氢站。加氢站目前讲的比较多的是,一个是压力级别,国外涉及到的压力级别大多数70多兆瓦,国内大多数是75兆瓦登记,国外70兆瓦等级居多,乘用车单次加码大概五公斤左右,对于大巴多的话20多公斤。排量不一样,带来的技术要求不一样,后面我会细说。最简单的道理,从安全的角度,算一下速度可以算出来,丰田那个三分钟加满,五公斤算起来平均流量只有1.7公斤每分钟,加大巴虽然35兆瓦,基本上现在可以做到15公斤的话,大概5分钟可以加满,流速至少要3公斤每分钟,这个带来另外一些挑战是不同的。通常对比国内外加氢站经常说国外有多少座,这个数量肯定说明一个问题,但是还要深入剖析一下里面的技术特点。现在从数量上来讲,国内按照去年统计,现在有120多座加氢站,数量来讲从单个国家来讲,现在已经是最多的了。但是,计算数量的时候,其实把固定式加氢站和撬装式的设备算进去了,它是定义为撬装式的设备,但是不是固定式加氢站,它提供了某些加氢的功能,但是按照连续性、高密度连续性加注的话,不具备这个特点。所以要考虑这些特点,这个对于商业化的加氢站很重要,对于撬装式的装备或者内部跑几辆车作为示范应用,不需要背靠背加注能力,所以有些内部示范用撬装式或者撬装式设备的原因。现在国内数量比较多,但是两者都有。
谈到加氢站,加氢站技术发展方向或者作用好坏看你怎么看待它,你把它看作各种设备的集合还是看作一个系统,这个很重要。做加氢站的时候,你追求的不是某个设备性能的最优化,你应该追求的是整站的最优化,整站最优是每公斤成本是多少,这是基本衡量。说加氢站的时候,往往说这个加氢站现在设备成本比较贵,可以从全周期成本摊到每公斤氢气成本算这个事,应该更合理一些。
对于加氢站来说,因为它和燃料电池汽车对应,它的输入边界和输出边界比较受固定,车载需要的是高压,加氢站加出去一定是高压,同时输进来的是液态还是高压也好,还是现场制氢压力偏低一些,加氢站配置就不一样。典型来讲,长管拖车运氢现在20兆帕,今年马上30兆帕会出来,现在后端配置都是这么配置,虽然20兆帕和30兆帕压力差了10兆帕。现有的35兆帕上配的最高20兆帕配的压缩机情况,如果后面30兆帕的长管拖车出来之后,是否能够直接用上去?不一定,里面还有一些问题。液氢现在国内民用没有,国外有一些液氢储氢加氢站,这里面又是不一样了,对于液氢加出去的是高压,运过来是液氢,这里面的转化过程选用什么路线。通常两个路线,一个是用液氢泵低压打成高压,国外有的低压蒸发用气体压缩器从低压打到高压,这两种路线也不一样。
现场制氢,电解水可以做现场制氢,这是没问题的,但是现场电解水制氢,按碱性来说,出口1.6兆帕,对后端压缩机压力很大,可能至少要做2级的压缩,单级国内应用案例来讲失败的居多,这个对后端的就有一些挑战。这里面个人的看法是,你做前端设备的时候,比如我就做加氢站现场用制氢的电解水装置的时候,其实要核算一下出来的压力低一些,后端压缩机要高配一些,还是压缩机配置不变,电解水想办法把压力升上来,两者哪一个好处更多?其实这里面有很多深入探讨的地方。
这是我们自己算的账,国外公司也对照过。不要太追求单个站的设备投资,最终要的是摊到每公斤多少成本,这个很重要。按照我们的估算,运营成本尤其是电耗、可靠性、运维时间、加氢站的负荷对它影响非常大。从这个角度讲,需要从技术开发的角度讲,更多的是如何降低里面的能耗,提高它的可靠性,这是非常重要的点,而不要一味地降低装备的成本。
工业上有一个学习曲线,这个产品的规模上来了,成本就下去了,但是对于加氢站里面的装备,到2025年一千座站,每个站用两台压缩机就两千台压缩机,按照学习曲线规模化效应来讲,这个数量和工业上的数量低太多了。燃料电池几万到,几十万套的时候,成本会急剧下降,但是站里的设备做到和燃料电池规模的话,得几十年之后。从这个角度讲,短期也不太适合拼命地成本,而是应该降能耗和可靠性。对于电解水运行来说,运行十年或者二十年,如果每方氢气降0.2度点,比降低电解槽更划算,从全生命周期讲应该从这个角度更多地衡量。
国内外现在都在做有进口的、有国产的压缩机,这三种形式目前国内能做的主要还是隔膜压缩机,增压泵核心也是进口一些,离子液体更是进口的,不管哪一种最终发展个人觉得就是两点:第一如何降低它的能耗,压缩过程气体压缩是压缩升温的过程,热力学定律如果能做到等温压缩,它的效率肯定最高,这个一定是一个发展方向。如何做到等温压缩,压缩一公斤氢气的话,电耗会下去。按照我们的数据,算到每公斤氢气上,电耗相对来说还是比较高一些,大概2.5度电,高的话大概更高。如何降低电耗非常重要。
另外,现在用于加氢站压缩机故障比较高,而且可怕的不是故障比较高,而是故障发生之后,你并没有弄明白里面到底是什么具体的原因导致它发生故障,这是后续随着加氢站的数量增多,其实这方面要有深入的一些研究,开发一些运维技术,提高它的可靠性。
对于整站来讲是一个物理过程,就是一个物质传递的过程加能量的过程。要想降低能耗,无非就是做到两者优化。优化的时候它和普通的优化不一样,它是一个纯动态的,化工厂基本上都是恒定的,对于加氢站是一个随机的,这一点优化会带来一些难处。氢不再细说,都国产化了,是不是要从降成本的角度来讲做一些轻量化的技术。加注对于加氢机关注更多的是不超温、不超压,不过冲,现在关注比较多的是超温这个事情,做得很好,但是牺牲了加注率,加注率是到底是否给它加满了,加氢也是一样,最终是否冲到百分之百,或者接近百分之百这个很重要。目前市面上加注大部分做不到,压力判断来说到35兆帕都截止了,所以肯定低于90%,相当于车载储氢装了8个瓶子实际我只用了2个瓶子。
我们是国家能源集团研究院,我是做氢能技术开发的,主做方向是针对工业氢这块不做,剩下就是加氢站装备和整个技术。这些年也承担了不少从集团到北京市科委的项目,目前针对车用氢气平台有品质检测的平台,车用氢气品质要求比较高,限值非常低,检测比较麻烦。从加氢站来讲,现在我们有完整的设计平台,我们有大量的实验数据验证,保证模拟设计平台的准确性。基于模拟设计优化,还有我们自己加氢站的测试数据,包括开发出来我们自己加氢站的工艺控制系统,还有满足国际要求的加氢机都有。还有一些技术应用,我们是研究院,也没有专业的力量推成果转化的事,现在也有一些技术在应用。加氢站领域,目前我们牵头做的国标三个,参与的6、7个,包括加氢标准、液氢标准我们都是参编的,还有中石化的起标。谢谢大家!
(发言为北极星氢能网根据速记整理,未经本人审核)
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