蔣亞雄：關于綠氫制備的發(fā)展趨勢與展望
圖為中國船舶重工集團公司第七一八研究所研究員/所長助理蔣亞雄做主題演講
日前，由中國電池工業(yè)協(xié)會、電池中國網聯(lián)合主辦的“2021氫能與燃料電池技術及應用國際峰會”在淄博舉行。中國船舶重工集團公司第七一八研究所研究員/所長助理蔣亞雄做了題為“關于綠氫制備的發(fā)展趨勢與展望”的報告。
以下為報告實錄：
蔣亞雄：各位領導、各位專家大家下午好，前面很多大咖講了很多關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，今天主要圍繞綠色制氫方面給大家作一個匯報。
綠氫發(fā)展的現(xiàn)狀，綠氫是一個清潔環(huán)保、持續(xù)的新能源，現(xiàn)在已經成為焦點，廣泛應用于傳統(tǒng)的行業(yè)，電力、電子、以前的廣泛應用的場景，現(xiàn)在新增加的一些燃料電池領域一些新能源的領域都有應用。世界各國也都在大力地發(fā)展氫能源設施和建設，我國“雙碳目標”對于我國氫能的發(fā)展也起到推動作用。
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，我們項目里面出現(xiàn)的中東本身是一個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，從碳排放權交易管理辦法、碳市場上線交易，雙碳目標落地中央督察等等，氫能是現(xiàn)在是我國能源的有利組成部分，是應動氣候變化重要的抓手，也是能源技術革命和轉型升級重要的領域。
我國的氫能發(fā)展，我們認為主要有幾個比較有意思的地區(qū)東部地區(qū)和南部地區(qū)是屬于經濟比較發(fā)達的地區(qū)，氫能的發(fā)展在我國的技術和示范上處于比較領先的地位，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，再加上冬奧會促進，這兩年發(fā)展也比較快。
西部地區(qū)實際上是可再生資源資源最豐富的地區(qū)，包括西北風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條件。
可再生資源整體發(fā)展平穩(wěn)，這兩張圖有點舊了這是2000年1-9月份可再生資源發(fā)電量情況和增長情況，這里面大部分的是風電、光伏還有水電，風電、光伏，這幾年增長比較快。原來我們在很多會議上說，我國有很多的氣風、氣電、還有氣光，現(xiàn)在很多的光伏電場，西部的很多地區(qū)風電資源還有待開發(fā)，上網也需要一定的儲能方式進行補充，這是政府要求。
可再生資源與氫能有一個非常好耦合的條件，一個是現(xiàn)在新能源迎來前所未有發(fā)展機遇，全球的可再生資源電力需求預計將增長2/3到2030年大概占到全球電力需求的80%，到那時候可再生資源將提供40%的電力供應，我國的新能源發(fā)展引發(fā)新市場消納問題。我們大規(guī)模的開發(fā)風光資源，繼續(xù)增加可再生資源在整個發(fā)電量的比重，就迎來市場的消納問題，一個是電網能否容不容得下。
另一方面可再生資源跟氣候、天然氣、晝夜都有一定的關系影響，這是一個發(fā)展過程。就需要新的調控儲能方式來輔助他們來進行大規(guī)模的開采。新能源+儲能就成為行業(yè)的發(fā)展趨勢。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充，用來補充電力無法覆蓋的領域，我們需要直接轉換成能量轉換，這兩張圖片是能源轉型委員會，公布的對于中國發(fā)電量的預測，可以看到2050年太陽能風電、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。
右邊的圖片是預測中國各個行業(yè)用能的情況，包括各種形式的能，包括電、氫、氨包括船運大量地應用氨燃料發(fā)動機。中國的發(fā)電量將從目前的7萬億千瓦時，到2050年15萬伊千瓦時，還要有將近20%的電力將由氫來轉化。
下面這張圖是煤制氫和電解質制氫，我們可以看到點價0.2到0.3元一度的時候，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。煤制氫會有碳排放，按照40塊錢一噸的碳排放交易價格來計算，碳排放每噸要交40元，煤制氫的成本每個立方米要增加0.1元，如果將來碳排放目標降到200元一噸的時候，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，不遠的將來可能逐漸地接近，因為碳排放的成本越來越高，水電解制綠氫隨著將來技術發(fā)展可能會有下降。
PRISMA產業(yè)發(fā)展態(tài)勢氫能在能源系統(tǒng)轉型中具有重大戰(zhàn)略作用，氫能作為關鍵環(huán)節(jié)納入能源系統(tǒng)轉型是必然之勢，我們預計2050年之前，能源將會在能源體系做出重大的貢獻。
氫氣可以用來進行季節(jié)性存儲波動性可再生資源電力。將來高比例風能和太陽能并網將促進儲能需求顯著增長可再生資源電力季節(jié)性儲能需求將從2030年開始大幅度增長，將可再生資源制氫與儲氫相結合，可以為能源系統(tǒng)提供長期的季節(jié)靈活性，這里面包括合成氨、甲醇等等。
綠色氫氣將作為長遠氫氣供應方式，從長遠來看未來綠色氫氣將具備成本競爭力，會低于化石能源成本。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問題。
最主要的是電解水制氫設備組成形狀，他們用的質子交換膜他的結構就決定了它可以迅速起航，起停對他的質量影響比較小，但是我們將來大規(guī)模的可再生資源制氫的時候，可能不是一套兩套的電解槽去制氫，為什么需要這樣，因為堿性的電解槽是現(xiàn)在純水電解槽成本的1/5，還有成本上的優(yōu)勢。另外要研究新型高效低成本的制氫時候研發(fā)，將來產業(yè)化以后，這樣的膜跟質子交換膜基本上相當，但是由于弱堿性的環(huán)境，可以不用貴金屬可以做電極，就會導致堿性離子膜電解槽會有優(yōu)勢，同時成本會比質子交換膜低很多，因為質子交換膜對材料有要求。
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)來進行突破，在這幾個方面做到我覺得對于我們綠氫制造廠商來說，我們覺得這個時間不會太久。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，也會有一個突破。
綠氫產業(yè)鏈發(fā)展未來展望。
有以下幾點，由于風電不確定性，多能戶部協(xié)調發(fā)電系統(tǒng)是未來的研究重點，如將光熱發(fā)電與風點、光伏、儲能、儲熱等合理搭配，維護電力系統(tǒng)穩(wěn)定性同時解決經濟性問題。當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，從生產端、儲運端、設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運的問題。最重要的一個問題，是當前擴大綠氫的應用場景。前一部分是交通領域，交通領域不再多說，因為大家都是做燃料電池，燃料電池有發(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絡形成熱電體系，增加氫氣的應用場景，使它作為可再生資源儲能的方式，比如說鋼鐵、石化儲能等等，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氫國，一年大概有3000多萬的氫氣產量，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)在的雙碳目標的實現(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，我們想在我們的海洋領域，會搞海洋氫能的方向。會不會在遠海來進行風電制氫或者超氫能的制氫，就把氫能在海上合成，作為遠程運輸?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《氫能發(fā)展規(guī)劃》但是沒有國家層面大的規(guī)劃，所以造成各個地區(qū)之間的不平衡，也造成各個地區(qū)的一些惡性競爭。去我們所各個地方的政府都很多，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，這個層面要完善國家層面產業(yè)布局，現(xiàn)在還沒有出現(xiàn)。
第二相關的政策應該從多方面強化，用綠氫來代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源，對這些大規(guī)模用綠氫，當然從目前來講，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，但是市場還不是很大，尤其是燃料電池市場應用規(guī)模還不是特別大，但是競爭非常熱，在我們的綠氫市場也是一樣。這兩年市場增加很快，但是現(xiàn)在競爭也非常惡劣，展開非常激烈的價格競爭，我們還是要打造一個健康的生態(tài)圈，讓這些廠商能夠健康地成長。
第四個繼續(xù)加強規(guī)模化示范建設和運行，這個已經做了很多工作，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研究中心，我們這個所主要是做水電解制氫，我們早期用在軍工方面，目前我們所是我國技術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有40多年的歷史，廣泛應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)。下面這幾個圖片是我們幾個典型的應用場景，用我們12套600平方堿性制氫設備。
還有710所綠氫制備產業(yè)現(xiàn)有基礎。我們有純水型PEM電解制氫裝置，這是我們完全自主知識產權的產品。除了水電解制氫方面之外，還有焦爐煤氣提氫裝置，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，我們在北京有一個子公司，曾先后佛山的加氫站北京的冬奧會的加氫站，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)，這是我們曾經做過的典型的項目，其中有研發(fā)的，也有實用的一些項目。
我們的目標以“服務國家戰(zhàn)略，引領行業(yè)發(fā)展”為指導思想，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。
我們會在應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，成本競爭力的體征，綠氫一定會在今后能源結構中占有一席之地，向著電氫體系邁進，為實現(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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