关于综合能源系统与氢能燃料电池的探索

4月24-26日，由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月26日上午的“氢能与燃料电池“专场，中国能源建设集团广东省电力设计研究院氢能技术中心主任王小博在会上分享了主题报告《综合能源系统与氢能燃料电池》，以下为演讲实录：

王小博：大家好！这个会我们非常感兴趣，我们是电力设计院。我先简单介绍一下广东院，现在隶属于中国能源电力集团。我们是唯一一个拥有百万千瓦火电、核电还有百万伏特高压的团队。隔壁一个同事在做储能相关的报告。这周在北京有一带一路的会，我们集团统一要求都要说一下。

未来我们的想法是把高温燃料电池作为微型燃机的替代品。我在制氢的时候真的没有必要把氢再发回电网。不管是多高效率的燃料电池，都是没有办法比较的。用更高的能源关联的角度去思考这个问题。这是美国能源部15年前的图，这个图在今天仍然非常有意义。二氧化碳加氢，作为原料的属性非常重要。还有一个就是炼油。现在不管是哪里，对于氢气的需求量是很大的。氨、冶金量更大。我觉得这个经济价值大于把燃料电池再发回电网的价值。这是我们之前给各个地方政府或者一些央企做氢能行业产业规划的一张图。左边就是跟今天的主题相关，就是储能。其实，第一个，中国其实最富有的还是工业副产氢。然后化石燃料制氢不是特别建议，因为用氢的本质是为了低碳。最终是可再生能源，其实更推荐是高温气冷制氢。我们希望后续下一代把之前的问题解决掉。除了核能制氢，其他都是用可再生能源发的电来制氢的。到最后，应用场景，交通是现在最火的。但是只是释放了氢能源行业的很小一部分。储能装置的储能特性比较特殊，第一个最直接能想到的。后续的甲烷化对于我们来说意义更加重要。氢气制出来以后的运输问题，氢气管道在中国还没有变成国内规范。未来要想从运输考虑，从二氧化碳的消纳考虑或者用SOEC把二氧化碳制成合成气。特殊的就是通讯基站。最近有几个军方的项目在做，参考DOE做卡车的征程气。

这是氢在整个能源环境里面看不到的，因为它不是一次能源。我们认为现在大量石化用的都是天然气，我们希望通过可再生能源的制氢能够替代它。这个背景是这样，我们在做大湾区对标，日本推氢能源这么猛是为什么。温室气体减排，大家可以看出来，其实对中国各个地方更核心的来自于经济课题。现在各个地方做氢能主要考虑新旧动能转换。第二个是新兴国的国际竞争，中国很多也是这么来考虑的。这是日本做的第五次基础能源计划。可再生能源、化学燃料依然是能源的主要架构。这是大湾区能源规划，国家角度的定位很高，也代表未来中国的发展方向。清洁低碳，安全高效，氢是唯一一个符合这个的能源。SOFC热电联产之后的效率，这是非常高效的。还有一个可能大家都没有关注到，以后会带来挺大的影响。这是2019年4月3日生态环境司，原来属于发改委，后来国家政府改革征求意见稿，很快正式稿件会发出来。对于能源结构的影响会非常大。

最右边的一张图，日本在这样推氢能，它氢从哪里来，日本本土没有任何氢能来源。它是从澳洲来，第一个是荷煤质氢，还有价格可以达到一定要求的可再生能源制氢，通过液氢运送到日本本土。二氧化碳和氢能是相辅相成。氢是唯一一个可以把电、气、热相互转化的唯一介质。这是我们对燃料电池关注的，质子交换膜可能带来的红利时间会很长。我们有一些军方项目是便携式的，更感兴趣的兆瓦级的分布式发电。说到了副产氢，就提到了氯碱工业。第二个是一些无法回收的氢气现在提纯到50%以上，直接用PSV很难回收20%的低氢的尾气。我们用的二氧化碳捕捉装置也是用的这个。我们理解膜和氢和二氧化碳以及气体行业未来的发展是非常紧密的。还是产生了热，也带动锅炉。氢气55%，23%的甲烷和50%的一氧化碳都可以做非SOFC的原料。这是我们在做大湾区能源规划的时候思考的几个问题。天然气作为未来中国长时间内的低碳稳步增长的能源。如果有氢能行业，SOEC制的氢怎么运过来。LNG接收站和液氢接收站要统一考虑。第二个是LNG气化站和液氢气化站。还有天然气管道和氢气管道。这个就不再赘述了。最核心的是合成气，作为大量化工原料的燃料。

我们对SOFC最看好的一年如果有一百兆瓦、一千兆瓦的订单希望它的含系统之后的成本能够和燃气轮机持平。这是先有鸡还是先有蛋的问题。这个还需要高一级政府的支持。我们做这么多的项目是通过政府规划能够带动项目运转。另外一个是IGFC，它的核心就是SOFC。IGFC和能源安全有关。大家注意，后面的热电联产也是符合应用追求。煤气化需要很高浓度的氧气。这是美国能源部做过的IGFC两百兆瓦的概念型设计。它所体现出的经济性是非常好的。这是我们之前做的一些项目。这是另外一个项目，这是中国分南做的项目。从这个图，强调的是SOFC与数据中心和楼宇冷热电三连供的联合，你有了热，就有冷。不管是热供方式，中国未来上了5G，市场规模是惊人的。用冷需求就需要有高温的热。这是刚才这个项目用到的分南项目。这个来源是污水处理厂的污泥。这是做的另外一个业主的项目。现在南网国网这样的企业都要转型做综合能源服务商。热多了怎么办，蓄热装置容量是非常有限的。SOEC用热把用不掉的用它，结合借部分的电来制氢。把多余的热不排掉，这是对分布式能源非常好促进的系统。另外一个是HCNG微型燃机。混氢的浓度没有办法保证，不能今天7%明天8%。第二个氢气在管道内的分布也有关系。氢气浓度有变化，出来的火焰长度不一样。要么纯氢燃气要么就是普通的天然气。

这是MCFC发电技术应用。MCFC原理和过程待会儿程总会说到。现在强调的是多能互补，一定要看副产有什么用，这样才能把经济性带动起来。现在为了推动产业化一定要把能所有利用上的氢气价值都利用上。下面就是我的厌氧发酵，都是非常好的高温电池燃料。这是国家发改委去年的关于燃煤耦合生物质发电。第一类项目很好，污泥耦合干化，这个没问题。但第二类生物质气化炉，这个是可惜的。本身有更好的用途。已经有了来源后续需要产业化，赶快把成本降下来。后面就是制氢储能+海水淡化。镁离子有没有影响，制冷以后有了氢，再发回来就直接有淡水。这是未来想直接把氢装置集成到海上的变电站。现在要做的就是把淡水送到风机平台上，海底管道的造价远远低的。启动时间和风机的不稳定性可以匹配。否则本身接入电网也是很痛苦的事情。我们有很强烈的需求对于这个产业的发展。

这是荷兰，离岸制氢，就在风机上就在平台上。还有一个就是甲醇，国家八部委在开展的产业推介会，它和SOFC高温燃料电池结合也是非常好的点。这是吉利当年做的三年路试。这是美国能源部当时做的小型项目。大家看到，如果把它送回来制氢，要通过我的风机，HVAC再变成MVAC。另外一点，电解之后的氧气可以去到电厂。第二我的煤化工还有一个就是副氧燃烧。本身氢气和燃料电池行业不仅可以促进之前说的三气，四气，其实更重要的是可以促进化石能源的洁净化利用还有提高二氧化碳的普及率。这是混氢，国家有规范。但是车载没问题，怎么运过去，这是问题。只能在天然气站混。氮氧化物的问题没有解决。这是我们做的智能微网，它可实现可直升飞机的联网。安全就不说了。

广东院非常愿意在这个行业里面做第一个，尤其电堆的供应方合作。今天这个会是国内第一个兆瓦级的储能电站也是我们做的。我们希望在氢能上面也能做到这样。谢谢大家！