蔣亞雄：關(guān)于綠氫制備的發(fā)展趨勢(shì)與展望
圖為中國船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所研究員/所長(zhǎng)助理蔣亞雄做主題演講
日前，由中國電池工業(yè)協(xié)會(huì)、電池中國網(wǎng)聯(lián)合主辦的“2021氫能與燃料電池技術(shù)及應(yīng)用國際峰會(huì)”在淄博舉行。中國船舶重工集團(tuán)公司第七一八研究所研究員/所長(zhǎng)助理蔣亞雄做了題為“關(guān)于綠氫制備的發(fā)展趨勢(shì)與展望”的報(bào)告。
以下為報(bào)告實(shí)錄：
蔣亞雄：各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家大家下午好，前面很多大咖講了很多關(guān)于氫能一些前景和現(xiàn)狀。我們不是做燃料電池，我們718所是做水電解制氫，是綠氫生產(chǎn)，今天主要圍繞綠色制氫方面給大家作一個(gè)匯報(bào)。
綠氫發(fā)展的現(xiàn)狀，綠氫是一個(gè)清潔環(huán)保、持續(xù)的新能源，現(xiàn)在已經(jīng)成為焦點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)的行業(yè)，電力、電子、以前的廣泛應(yīng)用的場(chǎng)景，現(xiàn)在新增加的一些燃料電池領(lǐng)域一些新能源的領(lǐng)域都有應(yīng)用。世界各國也都在大力地發(fā)展氫能源設(shè)施和建設(shè)，我國“雙碳目標(biāo)”對(duì)于我國氫能的發(fā)展也起到推動(dòng)作用。
這張圖不多說，世界上主要是歐盟和日韓氫能發(fā)展比較快速，也有三十多個(gè)國家做了氫能發(fā)展規(guī)劃，其中大部分是歐盟、日韓。最有意思的是，我們項(xiàng)目里面出現(xiàn)的中東本身是一個(gè)油氣資源非常豐富的地區(qū)，它也在搞可再生資源制氫，在“碳中和”背景下，我國一年來也做了很多工作，從碳排放權(quán)交易管理辦法、碳市場(chǎng)上線交易，雙碳目標(biāo)落地中央督察等等，氫能是現(xiàn)在是我國能源的有利組成部分，是應(yīng)動(dòng)氣候變化重要的抓手，也是能源技術(shù)革命和轉(zhuǎn)型升級(jí)重要的領(lǐng)域。
我國的氫能發(fā)展，我們認(rèn)為主要有幾個(gè)比較有意思的地區(qū)東部地區(qū)和南部地區(qū)是屬于經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)，氫能的發(fā)展在我國的技術(shù)和示范上處于比較領(lǐng)先的地位，包括我們山東、江浙、廣東。北方包括京津冀地區(qū)有一定的自然資源，有比較豐富的光伏和充電資源，再加上冬奧會(huì)促進(jìn)，這兩年發(fā)展也比較快。
西部地區(qū)實(shí)際上是可再生資源資源最豐富的地區(qū)，包括西北風(fēng)光資源還有西南地區(qū)的水電資源，這些資源具備了發(fā)展大規(guī)模可再生資源制氫的一些基礎(chǔ)條件。
可再生資源整體發(fā)展平穩(wěn)，這兩張圖有點(diǎn)舊了這是2000年1-9月份可再生資源發(fā)電量情況和增長(zhǎng)情況，這里面大部分的是風(fēng)電、光伏還有水電，風(fēng)電、光伏，這幾年增長(zhǎng)比較快。原來我們?cè)诤芏鄷?huì)議上說，我國有很多的氣風(fēng)、氣電、還有氣光，現(xiàn)在很多的光伏電場(chǎng)，西部的很多地區(qū)風(fēng)電資源還有待開發(fā)，上網(wǎng)也需要一定的儲(chǔ)能方式進(jìn)行補(bǔ)充，這是政府要求。
可再生資源與氫能有一個(gè)非常好耦合的條件，一個(gè)是現(xiàn)在新能源迎來前所未有發(fā)展機(jī)遇，全球的可再生資源電力需求預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)2/3到2030年大概占到全球電力需求的80%，到那時(shí)候可再生資源將提供40%的電力供應(yīng)，我國的新能源發(fā)展引發(fā)新市場(chǎng)消納問題。我們大規(guī)模的開發(fā)風(fēng)光資源，繼續(xù)增加可再生資源在整個(gè)發(fā)電量的比重，就迎來市場(chǎng)的消納問題，一個(gè)是電網(wǎng)能否容不容得下。
另一方面可再生資源跟氣候、天然氣、晝夜都有一定的關(guān)系影響，這是一個(gè)發(fā)展過程。就需要新的調(diào)控儲(chǔ)能方式來輔助他們來進(jìn)行大規(guī)模的開采。新能源+儲(chǔ)能就成為行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。尋求兼具減排，就需要大力發(fā)展綠色綠氫。
電力是未來二次能源的主要部分，能源革命盡量地電器化。氫氣作為綠色能源的補(bǔ)充，用來補(bǔ)充電力無法覆蓋的領(lǐng)域，我們需要直接轉(zhuǎn)換成能量轉(zhuǎn)換，這兩張圖片是能源轉(zhuǎn)型委員會(huì)，公布的對(duì)于中國發(fā)電量的預(yù)測(cè)，可以看到2050年太陽能風(fēng)電、核電生物制能可再生能源發(fā)電量占到發(fā)電的絕大部分，跟現(xiàn)在的比例，現(xiàn)在大部分的是煤電。
右邊的圖片是預(yù)測(cè)中國各個(gè)行業(yè)用能的情況，包括各種形式的能，包括電、氫、氨包括船運(yùn)大量地應(yīng)用氨燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。中國的發(fā)電量將從目前的7萬億千瓦時(shí)，到2050年15萬伊千瓦時(shí)，還要有將近20%的電力將由氫來轉(zhuǎn)化。
下面這張圖是煤制氫和電解質(zhì)制氫，我們可以看到點(diǎn)價(jià)0.2到0.3元一度的時(shí)候，電解水制氫和煤制氫的差距在0.5元左右，就是現(xiàn)在成本的差距。煤制氫會(huì)有碳排放，按照40塊錢一噸的碳排放交易價(jià)格來計(jì)算，碳排放每噸要交40元，煤制氫的成本每個(gè)立方米要增加0.1元，如果將來碳排放目標(biāo)降到200元一噸的時(shí)候，煤制氫跟電解水制氫基本上可以持平，綠氫成本非常高，綠氫成本非常低，不遠(yuǎn)的將來可能逐漸地接近，因?yàn)樘寂欧诺某杀驹絹碓礁撸娊庵凭G氫隨著將來技術(shù)發(fā)展可能會(huì)有下降。
PRISMA產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)氫能在能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中具有重大戰(zhàn)略作用，氫能作為關(guān)鍵環(huán)節(jié)納入能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型是必然之勢(shì)，我們預(yù)計(jì)2050年之前，能源將會(huì)在能源體系做出重大的貢獻(xiàn)。
氫氣可以用來進(jìn)行季節(jié)性存儲(chǔ)波動(dòng)性可再生資源電力。將來高比例風(fēng)能和太陽能并網(wǎng)將促進(jìn)儲(chǔ)能需求顯著增長(zhǎng)可再生資源電力季節(jié)性儲(chǔ)能需求將從2030年開始大幅度增長(zhǎng)，將可再生資源制氫與儲(chǔ)氫相結(jié)合，可以為能源系統(tǒng)提供長(zhǎng)期的季節(jié)靈活性，這里面包括合成氨、甲醇等等。
綠色氫氣將作為長(zhǎng)遠(yuǎn)氫氣供應(yīng)方式，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看未來綠色氫氣將具備成本競(jìng)爭(zhēng)力，會(huì)低于化石能源成本。可再生資源與大規(guī)電解水制氫耦合最主要解決以下幾個(gè)問題。
最主要的是電解水制氫設(shè)備組成形狀，他們用的質(zhì)子交換膜他的結(jié)構(gòu)就決定了它可以迅速起航，起停對(duì)他的質(zhì)量影響比較小，但是我們將來大規(guī)模的可再生資源制氫的時(shí)候，可能不是一套兩套的電解槽去制氫，為什么需要這樣，因?yàn)閴A性的電解槽是現(xiàn)在純水電解槽成本的1/5，還有成本上的優(yōu)勢(shì)。另外要研究新型高效低成本的制氫時(shí)候研發(fā)，將來產(chǎn)業(yè)化以后，這樣的膜跟質(zhì)子交換膜基本上相當(dāng)，但是由于弱堿性的環(huán)境，可以不用貴金屬可以做電極，就會(huì)導(dǎo)致堿性離子膜電解槽會(huì)有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)成本會(huì)比質(zhì)子交換膜低很多，因?yàn)橘|(zhì)子交換膜對(duì)材料有要求。
另外需要做的電力耦合能量管理系統(tǒng)，包括剛才專家用的智能化的控制系統(tǒng)來進(jìn)行突破，在這幾個(gè)方面做到我覺得對(duì)于我們綠氫制造廠商來說，我們覺得這個(gè)時(shí)間不會(huì)太久。像大規(guī)模的組合方式，現(xiàn)在就可以做。一些堿性離子膜我們現(xiàn)代在近幾年以后，也會(huì)有一個(gè)突破。
綠氫產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展未來展望。
有以下幾點(diǎn)，由于風(fēng)電不確定性，多能戶部協(xié)調(diào)發(fā)電系統(tǒng)是未來的研究重點(diǎn)，如將光熱發(fā)電與風(fēng)點(diǎn)、光伏、儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱等合理搭配，維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性同時(shí)解決經(jīng)濟(jì)性問題。當(dāng)前需要亟待解決的是大規(guī)模的問題，通過大規(guī)模的綠氫生產(chǎn)，從生產(chǎn)端、儲(chǔ)運(yùn)端、設(shè)備的使用端降低成本，只有規(guī)模大才有成本的降低。
另外要開發(fā)可再生資源利用輸送和儲(chǔ)運(yùn)的問題。最重要的一個(gè)問題，是當(dāng)前擴(kuò)大綠氫的應(yīng)用場(chǎng)景。前一部分是交通領(lǐng)域，交通領(lǐng)域不再多說，因?yàn)榇蠹叶际亲鋈剂想姵兀剂想姵赜邪l(fā)展的路線圖，到2035年一百萬輛還有三千萬輛等等，到氫能也可以參與分布式的能源網(wǎng)絡(luò)形成熱電體系，增加氫氣的應(yīng)用場(chǎng)景，使它作為可再生資源儲(chǔ)能的方式，比如說鋼鐵、石化儲(chǔ)能等等，要做傳統(tǒng)行業(yè)里面用氫替代工作。
目前，我國是世界上最大的產(chǎn)氫國，一年大概有3000多萬的氫氣產(chǎn)量，里面絕大部分是煤制氫，這些裝置里面有大量的碳排放，跟現(xiàn)在的雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，著重去解決這些問題，大規(guī)模的綠色制氫可再生資源制氫來替代目前的石化行業(yè)的需求，圍繞綠氫發(fā)展氫冶金，再就是綠氫的合成氨的技術(shù)，我們想在我們的海洋領(lǐng)域，會(huì)搞海洋氫能的方向。會(huì)不會(huì)在遠(yuǎn)海來進(jìn)行風(fēng)電制氫或者超氫能的制氫，就把氫能在海上合成，作為遠(yuǎn)程運(yùn)輸?shù)脑虾徒湓催@都是可以期待的。
這是問題的建議，我國到目前為止有很多省市都出臺(tái)《氫能發(fā)展規(guī)劃》但是沒有國家層面大的規(guī)劃，所以造成各個(gè)地區(qū)之間的不平衡，也造成各個(gè)地區(qū)的一些惡性競(jìng)爭(zhēng)。去我們所各個(gè)地方的政府都很多，基本上去了要招商引資，說的都是一樣的事。我們又不可能在很多的地方到處建廠，燃料電池廠家也是一樣的問題，這個(gè)層面要完善國家層面產(chǎn)業(yè)布局，現(xiàn)在還沒有出現(xiàn)。
第二相關(guān)的政策應(yīng)該從多方面強(qiáng)化，用綠氫來代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源，對(duì)這些大規(guī)模用綠氫，當(dāng)然從目前來講，可能大規(guī)模使用綠氫來替代傳統(tǒng)的化石能源一成本上要付出，比現(xiàn)在的要高，國家從制氫、用氫各個(gè)環(huán)節(jié)加以扶持。
第三是打造健康的氫能生態(tài)圈。現(xiàn)在氫能說的很熱，但是市場(chǎng)還不是很大，尤其是燃料電池市場(chǎng)應(yīng)用規(guī)模還不是特別大，但是競(jìng)爭(zhēng)非常熱，在我們的綠氫市場(chǎng)也是一樣。這兩年市場(chǎng)增加很快，但是現(xiàn)在競(jìng)爭(zhēng)也非常惡劣，展開非常激烈的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，我們還是要打造一個(gè)健康的生態(tài)圈，讓這些廠商能夠健康地成長(zhǎng)。
第四個(gè)繼續(xù)加強(qiáng)規(guī)模化示范建設(shè)和運(yùn)行，這個(gè)已經(jīng)做了很多工作，包括現(xiàn)在的示范城市群。
最后介紹一下我們所的情況。
我們七一八研究所成立于1966年坐落于河北省邯鄲市，現(xiàn)在員工2200人，也是河北省的氫能技術(shù)研究中心，我們這個(gè)所主要是做水電解制氫，我們?cè)缙谟迷谲姽し矫妫壳拔覀兯俏覈夹g(shù)路線最全面占有率最高的制氫裝備制造企業(yè)，我們堿性的制氫裝備已經(jīng)有40多年的歷史，廣泛應(yīng)用于電子電力玻璃化工原來老的工業(yè)行業(yè)和新能源行業(yè)。下面這幾個(gè)圖片是我們幾個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景，用我們12套600平方堿性制氫設(shè)備。
還有710所綠氫制備產(chǎn)業(yè)現(xiàn)有基礎(chǔ)。我們有純水型PEM電解制氫裝置，這是我們完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。除了水電解制氫方面之外，還有焦?fàn)t煤氣提氫裝置，還有甲醇遲放氣提氫裝置，還有甲醇制氫裝置，還有加氫站裝備的一些工作，我們都沒有做過，我們?cè)诒本┯幸粋€(gè)子公司，曾先后佛山的加氫站北京的冬奧會(huì)的加氫站，還有武漢的鐵路的加氫站等等，也做了一些加氫機(jī)械的研發(fā)，還做了一些給廠家配套的車載系統(tǒng)，這是我們?cè)?jīng)做過的典型的項(xiàng)目，其中有研發(fā)的，也有實(shí)用的一些項(xiàng)目。
我們的目標(biāo)以“服務(wù)國家戰(zhàn)略，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展”為指導(dǎo)思想，以制氫為核心、以加氫、供氫為拓展，把我們所打造成我國的加氫重要的力量。
我們會(huì)在應(yīng)用多的地方加快布局，隨著我國可再生資源發(fā)電量的提高，成本競(jìng)爭(zhēng)力的體征，綠氫一定會(huì)在今后能源結(jié)構(gòu)中占有一席之地，向著電氫體系邁進(jìn)，為實(shí)現(xiàn)談的減排和改善國家能源體系做出自己的努力，我們綠氫一定拖大家的后腿，感謝大家。
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