蔣亞雄：關(guān)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(cháng)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)及應用國際峰會(huì )”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(cháng)助理蔣亞雄做了題為“關(guān)于綠氫制備的發(fā)展趨勢與展望”的報告。
以下為報告實(shí)錄：
蔣亞雄：各位領(lǐng)導、各位專(zhuān)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。
綠氫發(fā)展的現狀，綠氫是一個(gè)清潔環(huán)保、持續的新能源，現在已經(jīng)成為焦點(diǎn)，廣泛應用于傳統的行業(yè)，電力、電子、以前的廣泛應用的場(chǎng)景，現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(dòng)作用。
這張圖不多說(shuō)，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，我們項目里面出現的中東本身是一個(gè)油氣資源非常豐富的地區，它也在搞可再生資源制氫，在“碳中和”背景下，我國一年來(lái)也做了很多工作，從碳排放權交易管理辦法、碳市場(chǎng)上線(xiàn)交易，雙碳目標落地中央督察等等，氫能是現在是我國能源的有利組成部分，是應動(dòng)氣候變化重要的抓手，也是能源技術(shù)革命和轉型升級重要的領(lǐng)域。
我國的氫能發(fā)展，我們認為主要有幾個(gè)比較有意思的地區東部地區和南部地區是屬于經(jīng)濟比較發(fā)達的地區，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。
西部地區實(shí)際上是可再生資源資源最豐富的地區，包括西北風(fēng)光資源還有西南地區的水電資源，這些資源具備了發(fā)展大規?？稍偕Y源制氫的一些基礎條件。
可再生資源整體發(fā)展平穩，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(cháng)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(cháng)比較快。原來(lái)我們在很多會(huì )議上說(shuō)，我國有很多的氣風(fēng)、氣電、還有氣光，現在很多的光伏電場(chǎng)，西部的很多地區風(fēng)電資源還有待開(kāi)發(fā)，上網(wǎng)也需要一定的儲能方式進(jìn)行補充，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)是現在新能源迎來(lái)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(cháng)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，我國的新能源發(fā)展引發(fā)新市場(chǎng)消納問(wèn)題。我們大規模的開(kāi)發(fā)風(fēng)光資源，繼續增加可再生資源在整個(gè)發(fā)電量的比重，就迎來(lái)市場(chǎng)的消納問(wèn)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(guò)程。就需要新的調控儲能方式來(lái)輔助他們來(lái)進(jìn)行大規模的開(kāi)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(lái)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(lái)補充電力無(wú)法覆蓋的領(lǐng)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(huì )，公布的對于中國發(fā)電量的預測，可以看到2050年太陽(yáng)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，跟現在的比例，現在大部分的是煤電。
右邊的圖片是預測中國各個(gè)行業(yè)用能的情況，包括各種形式的能，包括電、氫、氨包括船運大量地應用氨燃料發(fā)動(dòng)機。中國的發(fā)電量將從目前的7萬(wàn)億千瓦時(shí)，到2050年15萬(wàn)伊千瓦時(shí)，還要有將近20%的電力將由氫來(lái)轉化。
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，就是現在成本的差距。煤制氫會(huì )有碳排放，按照40塊錢(qián)一噸的碳排放交易價(jià)格來(lái)計算，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(lái)碳排放目標降到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，不遠的將來(lái)可能逐漸地接近，因為碳排放的成本越來(lái)越高，水電解制綠氫隨著(zhù)將來(lái)技術(shù)發(fā)展可能會(huì )有下降。
PRISMA產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢氫能在能源系統轉型中具有重大戰略作用，氫能作為關(guān)鍵環(huán)節納入能源系統轉型是必然之勢，我們預計2050年之前，能源將會(huì )在能源體系做出重大的貢獻。
氫氣可以用來(lái)進(jìn)行季節性存儲波動(dòng)性可再生資源電力。將來(lái)高比例風(fēng)能和太陽(yáng)能并網(wǎng)將促進(jìn)儲能需求顯著(zhù)增長(cháng)可再生資源電力季節性?xún)δ苄枨髮?030年開(kāi)始大幅度增長(cháng)，將可再生資源制氫與儲氫相結合，可以為能源系統提供長(cháng)期的季節靈活性，這里面包括合成氨、甲醇等等。
綠色氫氣將作為長(cháng)遠氫氣供應方式，從長(cháng)遠來(lái)看未來(lái)綠色氫氣將具備成本競爭力，會(huì )低于化石能源成本?？稍偕Y源與大規電解水制氫耦合最主要解決以下幾個(gè)問(wèn)題。
最主要的是電解水制氫設備組成形狀，他們用的質(zhì)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(zhì)量影響比較小，但是我們將來(lái)大規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，因為堿性的電解槽是現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(shí)候研發(fā)，將來(lái)產(chǎn)業(yè)化以后，這樣的膜跟質(zhì)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(huì )導致堿性離子膜電解槽會(huì )有優(yōu)勢，同時(shí)成本會(huì )比質(zhì)子交換膜低很多，因為質(zhì)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，包括剛才專(zhuān)家用的智能化的控制系統來(lái)進(jìn)行突破，在這幾個(gè)方面做到我覺(jué)得對于我們綠氫制造廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)，我們覺(jué)得這個(gè)時(shí)間不會(huì )太久。像大規模的組合方式，現在就可以做。一些堿性離子膜我們現代在近幾年以后，也會(huì )有一個(gè)突破。
綠氫產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展未來(lái)展望。
有以下幾點(diǎn)，由于風(fēng)電不確定性，多能戶(hù)部協(xié)調發(fā)電系統是未來(lái)的研究重點(diǎn)，如將光熱發(fā)電與風(fēng)點(diǎn)、光伏、儲能、儲熱等合理搭配，維護電力系統穩定性同時(shí)解決經(jīng)濟性問(wèn)題。當前需要亟待解決的是大規模的問(wèn)題，通過(guò)大規模的綠氫生產(chǎn)，從生產(chǎn)端、儲運端、設備的使用端降低成本，只有規模大才有成本的降低。
另外要開(kāi)發(fā)可再生資源利用輸送和儲運的問(wèn)題。最重要的一個(gè)問(wèn)題，是當前擴大綠氫的應用場(chǎng)景。前一部分是交通領(lǐng)域，交通領(lǐng)域不再多說(shuō)，因為大家都是做燃料電池，燃料電池有發(fā)展的路線(xiàn)圖，到2035年一百萬(wàn)輛還有三千萬(wàn)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，增加氫氣的應用場(chǎng)景，使它作為可再生資源儲能的方式，比如說(shuō)鋼鐵、石化儲能等等，要做傳統行業(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(wàn)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，跟現在的雙碳目標的實(shí)現，著(zhù)重去解決這些問(wèn)題，大規模的綠色制氫可再生資源制氫來(lái)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 )在遠海來(lái)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，作為遠程運輸的原料和近海氫源這都是可以期待的。
這是問(wèn)題的建議，我國到目前為止有很多省市都出臺《氫能發(fā)展規劃》但是沒(méi)有國家層面大的規劃，所以造成各個(gè)地區之間的不平衡，也造成各個(gè)地區的一些惡性競爭。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(shuō)的都是一樣的事。我們又不可能在很多的地方到處建廠(chǎng)，燃料電池廠(chǎng)家也是一樣的問(wèn)題，這個(gè)層面要完善國家層面產(chǎn)業(yè)布局，現在還沒(méi)有出現。
第二相關(guān)的政策應該從多方面強化，用綠氫來(lái)代替傳統化石能源，對這些大規模用綠氫，當然從目前來(lái)講，可能大規模使用綠氫來(lái)替代傳統的化石能源一成本上要付出，比現在的要高，國家從制氫、用氫各個(gè)環(huán)節加以扶持。
第三是打造健康的氫能生態(tài)圈?，F在氫能說(shuō)的很熱，但是市場(chǎng)還不是很大，尤其是燃料電池市場(chǎng)應用規模還不是特別大，但是競爭非常熱，在我們的綠氫市場(chǎng)也是一樣。這兩年市場(chǎng)增加很快，但是現在競爭也非常惡劣，展開(kāi)非常激烈的價(jià)格競爭，我們還是要打造一個(gè)健康的生態(tài)圈，讓這些廠(chǎng)商能夠健康地成長(cháng)。
第四個(gè)繼續加強規?；痉督ㄔO和運行，這個(gè)已經(jīng)做了很多工作，包括現在的示范城市群。
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，我們早期用在軍工方面，目前我們所是我國技術(shù)路線(xiàn)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，廣泛應用于電子電力玻璃化工原來(lái)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)典型的應用場(chǎng)景，用我們12套600平方堿性制氫設備。
還有710所綠氫制備產(chǎn)業(yè)現有基礎。我們有純水型PEM電解制氫裝置，這是我們完全自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)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(méi)有做過(guò)，我們在北京有一個(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，也做了一些加氫機械的研發(fā)，還做了一些給廠(chǎng)家配套的車(chē)載系統，這是我們曾經(jīng)做過(guò)的典型的項目，其中有研發(fā)的，也有實(shí)用的一些項目。
我們的目標以“服務(wù)國家戰略，引領(lǐng)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(huì )在應用多的地方加快布局，隨著(zhù)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(huì )在今后能源結構中占有一席之地，向著(zhù)電氫體系邁進(jìn)，為實(shí)現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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