氫能發展異常迅速,制氫環節更是突飛猛進。在堿性、PEM、AEM、SOEC幾種制氫方式中,堿性水電解制氫是發展成本最低、發展最快的技術,堿性電解槽也被認為是一種成熟的工業產品。但從實際上來看其技術依然存在不足。
近日,在2024第四屆中國綠氫與應用發展論壇上,國家能源集團氫能領域首席專家,國家能源集團北京低碳清潔能源研究院氫能(氨能)技術中心副主任何廣利就當前綠氫技術思考以及低碳院的研發實踐作出報告。
何廣利從行業整體以及液氫、電解槽、加氫站、傳統能源耦合等幾個細分領域分析了當前氫能產業發展情況,并介紹了低碳院目前的研發成果。
從行業來看,近幾年,氫能行業發展勢頭很好,但從技術角度來看,行業的應用基礎研究依然薄弱。
由液氫舉例,近兩年國內氫液化呼聲很高,但在國際上氫液化已經有幾十年研究應用歷史。在性能方面,目前國內沒有測試液氫極端低溫下的物性的機構,在設計裝備時僅應用美國檢測機構的數據,無法判斷數據是否正確,在這一點上被拿住了命脈。
由堿性電解水制氫來說,近幾年堿性電解槽價格上漲飛快,但性能提升并不多。從技術水平發展來看,堿性電解槽完全沒有達到技術成熟的程度,技術性能提升的空間依然很大。
何廣利介紹了低碳院新型高效堿性電解槽技術成果,該電解槽完全采用非貴金屬材料體系,通過創新技術大幅降低了內阻、增大反應界面。實現電流密度1A/c㎡下小室電壓1.8V,電流密度2A/c㎡小室電壓約2V。
加氫站方面,國內加氫站按照國際以及國內新發布標準做加注協議少于50%,絕大部分加氫站屬于撬裝直充加氫站,從特種設備管理角度來講并不符合管理規定。何廣利認為,加氫站目前處于數量上擴張階段,質量上的關注并不太多。
何廣利介紹了低碳院加氫方面的技術成果,成功開發國內首個取得國際認證的35/70MPa快速加氫站&加氫機。加氫機和壓縮機技術在2021年和2022年入選國家能源局能源領域首臺套重大裝備名錄。其關鍵裝備及系統分別入選2020年和2022年國資委中央企業創新成果推薦目錄。
從整體行業來看,加氫站裝備還在進行從無到有的努力,在后續技術突破、創新仍需加強,實現從有到優。
針對煤炭的利用,低碳院自主設計了國內規模最大的首套CO2近零排放的IGFC試驗示范系統,包括5套SOFC發電模塊,燃料電池系統最大發電功率101.7kW,發電效率53.2%,CO2捕集率98.6%。何廣利表示,氫能有可能會改變傳統能源的生產和使用形式。
對于最關鍵的成本問題,何廣利介紹,在綠氫制取方面,國內尚未形成規模化,可再生能源制氫僅占我國氫源比例的1%,綠氫成本高達15-20元/公斤。可再生能源資源稟賦與應用場景分布不均衡,且儲運成本高昂,導致氫氣成本進一步升高,達到500公里15-30元/公斤。
在降本方面,當前光伏電價持續降低,當電價低于0.2元/kWh時,堿性電解的設備成本占比高于30%,此時能效和單位制氫成本成為關鍵。性能上要提升電解槽的功率密度、電流密度。
場景技術降本方面,何廣利介紹了中壓堿性電解制氫技術,可用于直接天然氣管網注氫,省去了壓縮機成本和壓縮能耗,但需要平衡中壓導致電解能耗以及設備成本的增加。高壓PEM電解水制氫技術,可直接給燃料電池車加注,需要平衡高壓導致電解能耗和設備成本增加,節省壓縮機成本和壓縮能耗。
最后,何廣利拋磚引玉提出問題:最適宜的單體電解槽規模、最適宜的電解槽的工作電壓、電解槽壽命定義、壽命加速評測以及國家氫能路線圖何時出臺。
總的來看,氫能行業的發展潛力是巨大的,但從技術上來講還是有很大進步空間。
到目前為止,國家能源集團牽頭2項國資委“1025”專項和10項國家重點研發計劃項目,參與10余項國家重點研發計劃項目,2023年新獲批線頭承擔3項國家重點研發計劃項目。是牽頭承擔氫能領域國家項目最多的公司。
國家能源集團是全球最大的煤炭、煤化工、風電、火電公司,可為氫能應用(包括化工、發電、交通)提供最全的應用場景。
北京低碳清潔能源研究院(以下簡稱“低碳院”)作為國家能源集團的直屬研發機構,有27項重點任務(10項已納入國家部委科技計劃任務),其中基礎性技術4項,緊迫性技術12項,前沿性技術6項,顛覆性技術5項。
(根據嘉賓現場演講整理未經嘉賓審核)