连晓飞:绿氢制备技术需关注本质技术提升、规模化新能源生产、关注能流模型和余热利用、安全和控制技术提升

能见App 2023年10月19日 5560

2023年10月16日-20日,2023北京国际风能大会暨展览会(CWP2023)在北京如约召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京,聚焦中国能源革命的未来。

本届大会以“构筑全球稳定供应链 共建能源转型新未来”为主题,将历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“全球风电产业布局及供应链安全”“双碳时代下的风电技术发展前景”“国际风电市场发展动态及投资机会”“风电机组可靠性论坛”等不同主题的21个分论坛。

10月18日上午, 中船(邯郸)派瑞氢能科技有限公司国际业务总监连晓飞在“氢能与新能源产业高质量发展论坛”上发表了题目为《绿氢制备产业发展现状与展望》的主旨发言。

   以下为演讲全文:

感谢各位嘉宾和观众,我今天给大家分享的主题是绿氢制备产业发展现状与展望。大概分4部分,第一氢能产业发展背景,第二产业发展现状,第三绿氢制备技术关注点,第四公司简介。

首先看氢能产业发展背景。“双碳”背景下,氢能在21世纪作为最具潜力的清洁能源,特别是我国在氢能产业中长期规划中也提出了氢能重要的战略地位。习总书记提出了3060战略,大力发展可再生能源,从我们国家能源安全角度出发,我们是一个石油天然气进口大国,可再生能源有间歇性和波动性,发展氢能有很现实的需求。通过发展氢能也能增强能源储备能力和供给灵活性、柔性。

在这个背景下,世界各国都出了很多产业政策,世界上主要的一些工业国家,美国、欧盟、日本、韩国,主要的发达国家都在出台氢能政策,不停地修正氢能发展战略。我国也出台了很多关于氢能的发展政策,从2021年全国人大一直到2023年国家发改委最新的产业目录都把氢能作为重点的发展方向。

世界上已经有136个国家出台了氢能相关政策,欧盟规划到2030年实现40GW产能,到2050年实现气候中立,要实现碳中和。我国规划到2025年电装机到10GW左右,保有量到10万辆,2050年电解槽装机到500GW,加氢站12000座。

根据中国氢能联盟预测,2025年中国氢能产业产值到达1万亿,2030年碳达峰的情景下我国年需求量到3715万吨,终端能源消费占到5%。目前来说,氢主要来源于灰氢和蓝氢,但是绿氢发展潜力非常大。我们提出了“N+H+N”体系,第一个“N”各种可再生能源,包括风电、光伏、水力等,然后转化为氢气,氢气有很多种应用形式,可以做能源,也可以作为重要的一种化工原料。

    能源方面,氢可以重新通过燃料电池发电再回到电网,可以用氢继续进行合成,合成甲醇,合成氨,往天然气管道掺氢进行能源消费。工业可以用在石化行业,合成氨、甲醇、冶金当化工原料来用。

    第二部分是绿氢制备产业发展现状。现在我国以化石燃料制氢为主,工业副产氢为辅,电解水制氢现在受限于成本,在整个能源体系中占比不是很高。但是它跟其他两个制氢方式比较,优点非常突出,来源比较简单,最重要的是没有碳排放。

    这是我们关于可再生能源电解制氢预测,2030年预测可再生能源制氢占到15%。随着技术的发展,可再生能源发电成本进一步降低,到2050年可以占比70%以上,我国变成转换可再生能源为主的国家。

    我们统计了全球正在执行的一些绿氢项目,派瑞氢能参与很多项目,特别是在澳大利亚、欧洲、中东地区的一些项目,到2030年水电产能到200GW。我国在一些可再生能源丰富的地区,比如像张家口地区风力资源比较丰富,中国西部可再生能源比较丰富,规划了很多可再生能源一些项目。2025年预计氢燃料电池车5万辆,可再生能源制氢10到20万吨/年。

按照地区来分布,亚太地区,中国电解水技术非常具有价格和效率的竞争力,有望成为世界最大的绿氢市场。现在电解主流技术目前还是碱性,PEM具有非常好的发展前景。

我们公司是碱性和PEM两种技术都做,碱性跟大家认知不一样,中国的技术处于领先地位,无论在单台电解槽的产氢量,包括生产制造成本,跟欧洲和美国有很大的优势,PEM方面我们正在通过自己的技术迭代迎头赶上。其他的国家,日本、韩国、欧盟属于氢能源消费国,澳大利亚、南美、中东地区给自己定位是绿氢的出口国,通过可再生能源比较丰富的资源制氢气向这些消费地区进行出口。

目前来看,大型项目的落地比较慢,在消纳端还存在一些问题,包括中东和北非地区,他们是传统的油气生产国,都把氢能作为重点发展方向,太阳能、风力资源非常好。我本人上个月去了一趟埃及,埃及在港口附近规划了大的氢能制备产业园,利用离欧洲比较近的优势向欧洲出口。我国预计到2025年,年需求到3500万吨,2030年到3175万吨,电解槽装机到80GW。

    目前来看碱性和PEM会长期共存,最终形成互相配合的态势。派瑞氢能重点关注在阴离子交换技术,因为这个技术具有很好的前景,现阶段完成了样机下线。现在的问题是它的稳定性比较差,寿命比较短,优点是电流密度介于碱性和质子交换膜之间,对水质的要求没有那么高,还是一个非常有发展前景的技术。固体氧化物发展比较受限,需要有大量的余热,和核电配合起来可能比较好。从2020年到2060年,碱性和PEM的比例,到2060年,预测碱性占比45%,PEM55%,基本上持平,PEM略多,目前来看碱性占主流。

    第三是绿氢制备技术的关注点。有四个方面需要重点关注,第一从本质的技术提升来考虑,不是单纯提高产量,而是从电极侧、隔膜、电解槽结构,从本质上提高电解槽的性能;第二规模化可再生能源组成形式,可再生能源通过大规模电站,提高单体产能来降低设备成本和运营成本;第三关注能流模型,余热的利用,项目不是很大,余热回收起来的经济性不是太好,将来一个项目到几百个兆瓦的时候,怎么来有效地利用热能也是非常重要的课题。电解槽转化效率大概在80%左右,会产生20%的热,可以通过热泵提升温度供到居民区或者供给其他一些工业应用;第四从安全和控制方面来进行技术方面的提升,分为三个级别,一是管理级。根据发电端,负荷的实时变化,结合历史的数据发布调度指令,对这个系统运行负荷进行修正。二是到控制级,怎么根据管理级的指令,按照层级调整控制策略,实现这个设备的安全稳定运行。三是具体到站点,每一个执行的车间,怎么去修正参数,怎么进行压力温度调节,最终实现这个设备安全高效运行。

    降本的潜力,第一设备成本,通过改善电解槽性能,提高单槽产能,继续降低固定投资成本,预计到2030年大概继续降低50%到60%;第二用电成本,一个是降低发电成本,第二是降低电耗;第三提高设备利用率,怎么尽可能多地用上风电、光伏这些可再生能源;第四产业链降本,不仅在制氢端,要在全环节推动技术进步和降低成本。预测到2030年平均制氢成本到15块钱/公斤,2050年降到10元/公斤左右。

    我们成立很早,1966年就成立,从成立开始做碱性水电技术,可以说这个技术起源于718所。2022年成功入选了国务院科改示范企业,意味着目标要上市,实现了全球多台电解制氢装备。去年率先在国内发布了2000立方碱性电解槽,斩获了天津钢铁3000立方碱性设备订单,现在是实际应用的商业化产品。同时,在国家科技部863支持下正在做4000立方单台电槽研发。我们有60多年的技术积累,基本上是国内时间最长的企业,整个设计研发能力实力比较强,技术团队有接近150人。使用这么多年我们非常注重安全,没有一起因为电槽产生的安全质量事故。累计向国内外销售1800余套设备,出口到了30多个国家,是国内唯一,也是世界三大执行设备的提供商。

    我们率先从国内向发达国家出口,向澳大利亚、美国、瑞典、瑞士、西班牙出口。今年进入了意大利、英国、荷兰等国家市场。我们是国有企业,承担了很多国家863项目和科目部的一些项目。在冬奥会期间我们承担了所有关键性的供应,给中石化提供的项目已经成功运行。这是我们在国内其他一些项目的业绩,包括东方希望的一些业绩,国内基本上所有的厂都有我们的业绩。上个月我们在印度拿下来氢冶金的订单。

我们也涉及到了加氢站的设计和建设,国内给北京环宇京辉京城气体科技有限公司提供了支持,本院出口了兆瓦级基于PEM制氢加氢一体化设备。谢谢各位专家的聆听。

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)

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