《制1标方氢气仅需4.1度电!电解水制氢成本下降至少有五成空间!》

  • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2022-11-22
  • 11月19日,央视对氢能领域的先进项目和技术进行了报道。记者发现,通过氢储能及氢发电项目的推进,对我国减碳事业的稳步推进奠定了良好基础。同时我国的氢能技术的快速发展也为氢成本的降低迈出了关键一步。

    氢电项目是减碳重要内容

    氢能在工业领域的应用前景非常广阔,通过光伏风电等可再生能源制绿氢,可以帮助工业领域深度减排脱碳。国家发改委近日也表示要探索风光氢储一体化发展模式,推进氢能基础设施建设 ,目前试点示范进展如何?

     

    在安徽六安,国内首座兆瓦级氢能综合利用示范站正在开展核心设备性能试验,服务冬季用电高峰,利用风、光等清洁能源发电制氢,1标准立方米氢气制备仅需要4.1度电,制出的氢气压缩后储存起来,在用电高峰时,利用氢燃料电池发电。

     

    电力规划设计总院清洁能源研究院副院长 饶建业:风光氢储这样一体化的措施,能够实现把随机波动的新能源变成相对稳定可靠的氢能。

     

    在辽宁大连,我国首个分布式甲醇制氢-加氢一体站即将投运,站内的分布式甲醇制氢系统主体装置占地仅64平方米,为国内加氢站选择低成本供氢技术提供应用示范。

     

    中国石化石油化工科学研究院副院长 林伟:我们把甲醇运到加氢站内,甲醇运输有点像汽柴油,通过分布式制氢装置,就能直接生产出满足燃料电池车直接使用的氢气。

     

    在湖北荆门,国家电投的在运燃机机组近日成功实现30%掺氢燃烧改造和运行,这标志着国内已掌握一套完整的燃气轮机电站掺氢改造工程设计方案。

     

    国家电投北京重燃荆门项目部副总经理 辛芳:在现役天然气机组中增加氢燃料来源,不仅能够有效缓解天然气用气量,保证冬季供暖安全稳定,同时具有积极减碳效应。

    专家表示,我国80%碳排放来自于工业,而超过80%的氢气消费也在工业,未来氢能减碳的最大潜力来自工业领域。

    “氢”尽所能, 行业成本有望下降

    氢能在能源转型中具有巨大潜力,但是产业仍处于发展初期。近期,多地持续出台政策,推动氢能产业加速落地,目前氢能市场发生了哪些新变化?

    记者 平凡:我现在是在北京延庆919路的公交场站,在我身后就是70兆帕氢燃料电池的公交车辆。这批车辆是由奥运的通勤车辆改造而成,目前的数量达到了123辆,这个数量在全国也是最大的。这趟氢能公交线路从北京延庆城区到市区的德胜门,公交车加注的是氢气,排放物为水。

    氢能公交车有绿色低碳、长续航、耐低温等特点,但造价和配套加氢的成本较高,目前还需要政府的补贴。

     

    在内蒙古,全国首台氢燃料电池混合动力机车,已经安全运行超过两万公里。同时,以锦白铁路为应用场景的氢燃料电池机车设计方案,已经通过评审。

     

    在长三角地区,氢能重卡运营的数量快速增加,主要是用于城际的快递物流运输、工业品物流以及港口集装箱的运输。

    专家表示,使用氢能重卡对减少污染物和二氧化碳排放有明显的作用,适合在高速公路等干线物流场景推广应用。

    氢能要大规模推广应用,降低成本是关键。业内普遍认为氢能产业和其他新能源产业一样,需要一个从政策扶持到市场化经营的过程。降低成本的路径在哪里?

     

    记者 平凡:我现在是在氢燃料电池关键零部件的一条生产线,我手中拿的就是关键零部件膜电极。像一个150千瓦的氢燃料电池,需要400片这样的膜电极,单片膜电极的市场价值是在300元左右。目前,整条生产线的订单已经排到今年年底。

    国内用于重卡等商用车的氢燃料电池技术已经取得自主化突破,正在构建覆盖原材料到系统材料部件的全产业链。

    目前,通过光伏风电等可再生能源、电解水制绿氢是氢能产业发展的方向,但由于制氢成本较高面临推广的难题。近日,中国石化研发出高效新型阳极催化剂并实现工业放大,能够提升制氢的效率。

    在广东佛山,国内规模最大的质子交换膜装备生产基地正在建设之中,基地生产的是制氢的关键装备,类似汽车的发动机,将利用全球的先进技术大幅降低制氢的成本。广东佛山质子交换膜制氢设备负责人告诉记者:“第一台中国本土的质子交换膜电解水制氢装备将在2023年的7月份成功下线,我们预估在2025年到2027年中国本土的质子交换膜电解水制氢装备有50%降本的空间。”

  • 原文来源:https://www.in-en.com/article/html/energy-2320930.shtml
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    • 编译者:guokm
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    • 随着技术的进步,SOEC已开始逐步走向规模化发展,降本路径清晰,有望成为助力实现碳达峰碳中和目标的重要推动力。 ▲翌晶氢能SOEC电堆自动化产线。 4月25日,上海翌晶氢能科技有限公司研发的国内首条固体氧化物电解水制氢(SOEC)电堆自动化产线正式下线,年产能可达100兆瓦,可兼容多型号电堆生产。 业界普遍认为,SOEC作为主要电解水制氢方式之一,此前一直处于实验室验证阶段,但随着技术的进步,SOEC已开始逐步走向规模化发展,降本路径清晰,有望成为助力实现碳达峰碳中和目标的重要推动力。 多元化技术路线利好产业发展 目前,碱性电解水、质子交换膜电解水(PEM)、固体氧化物电解水(SOEC)制氢为三种主流电解水制氢技术。其中,碱性电解水技术最为成熟,已能够实现大规模制氢应用,目前国内已实现兆瓦级制氢应用。PEM制氢在过去十年发展迅速,相比于碱性电解水工艺,其占地面积较小,与可再生能源的适配度更高,国内目前已实现规模较小的商业化运作。川财证券研究指出,SOEC制氢的主要特点是工作温度高、效率高、蒸汽替代液态水,且可以反向运作,充当燃料电池,目前国际上已实现商业化,但规模落后于碱性和PEM电解水制氢。 “碱性电解水制氢与PEM制氢的较快发展得益于有一定的产业基础作支撑,如碱性电解槽原先用来制氧,随着制氢产业发展及氢气需求加速增长,碱性电解槽开始用于制氢环节。”资深从业者郑贤玲对记者表示,“SOEC加速发展是业内所盼,这一技术路线解决了电解槽的污染、体积大、效率不太高、贵金属成本等问题,如今SOEC已正式走出实验室,对于产业而言是重要的一步。” 佛山环境与能源研究院上海事业部部长邬佳益认为,虽然相较碱性电解水和PEM,SOEC发展进程较慢,但目前主流电解水制氢方式各有其优势,也分别适用于不同的应用场景。“同时,对产业而言,技术的不断更新迭代是大势所趋,现在的技术能否适应未来的发展值得关注。因此,多元化的技术路线同时发展将更好更快适应未来应用场景、商业模式等的快速变化,最终利好产业发展。” 降本增效优势显著 开源证券研究指出,SOEC拥有不使用贵金属催化剂、余热温度高、能量转化效率高等优势,可适用于制氢、热电联产等应用场景,是实现我国碳达峰碳中和目标的重要发展方向。 据上海翌晶氢能科技有限公司总经理刘青介绍,在电解水制氢的成本构成中,电费占比80%、折旧占比10%、运营维护10%,因此,降低电费成本成为电解水制氢降本的关键因素,而SOEC高效优势将引领绿氢技术降本。“数据显示,SOEC系统的电解效率超过84%,与工业余热回收结合,能进一步降低电耗达10%,比碱性和PEM电解省电28%。” 关于降本问题,刘青表示,现今,SOEC降本速度已远超预期,预计到2023年,成本可降为1万元/kW;2025年有望下降到5000元/kW;至2030年,成本将为1000元/kW,相较2023年下降90%。 “目前,氢气生产大部分是以化石燃料为主的灰氢,或通过碳捕集和封存技术来减少碳排放制取的蓝氢,由清洁能源和可再生能源制取的绿氢所占比重则不足千分之一。”国家能源局原正司级巡视员、中国投资协会能源投资专委会会长孙耀唯表示,采用先进高效的SOEC技术生产低排放、高效率的绿氢是未来氢能产业上游优化供给的关键课题。SOEC技术因电价降本空间扩大而表现出更明显优势,将成为助力工业无碳化的关键一环。 产业链需进一步完善 2022年3月出台的《氢能产业发展中长期规(2021-2035年)》明确提出,要合理布局制氢设施,推进固体氧化物电解池制氢等技术研发。在政策方向指引下,SOEC技术迎来更多发展前景。但需要注意的是,目前SOEC相关产业链尚不完善,在产氢规模、运行时间等方面符合商业化运行的SOEC产品仍较少。 具体来看,SOEC设计开发风险大,对材料性能要求高。邬佳益指出,相比碱性电解水和PEM,SOEC技术壁垒更高。SOEC电解水制氢过程中工作温度高,对很多材料的耐温性和耐腐蚀性提出更高要求。“要实现材料在高温下具有较好热稳定性和化学稳定性,不同组件间的热膨胀系数匹配,同时保证材料成本尽可能低,行业还需要持续技术攻坚。” 产业链不完善也成为制约SOEC发展的重要因素。邬佳益表示,由于SOEC发展相对较晚,产业链基础不完善,行业内相关企业很少,造成产业发展速度较慢。“目前,SOEC还没有完备的供应链,举例来说,如果企业想要购买或者缺少某个零部件,可能根本找不到厂家。” 刘青表示,氢能产业将是能源低碳化转型的主旋律,SOEC作为未来单位制氢成本最低的技术解决方案之一,必将成为绿氢迈向大规模应用的主要抓手和推动力。期盼业内上下游各企业通力合作,打造一个更加完善、更有韧性的SOEC生态产业链体系,将绿氢产业做大做强。
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    • 编译者:冯瑞华
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    • 氢能技术论争 “水氢汽车”新闻事件后,科技日报记者联系到清华大学氢燃料电池实验室主任王诚,他认为,水制氢从技术上讲没有问题,实用化的关键在于成本。 王诚介绍说,水制氢的技术路线有多条:采用化石燃料、活泼金属或氢化物等与水化学反应;采用直流电电化学反应;在高温下或光照下采用特种催化剂发生热化学或光化学反应制取氢气等。 目前,煤气化、天然气重整制氢两种技术最为成熟,也是主要的工业制氢方法;在化石能源制氢向新能源制氢转变的过程中,电解水制氢相对成熟,目前电解水制氢技术虽然已经实现产业化,但规模生产能力仅为几百立方米/小时,且生产成本仍高于煤气化、天然气重整制氢方法。 除上述成熟技术路线之外,其他制氢方法还处在研究阶段。王诚解释说:“水直接加催化剂(不消耗)制氢的路线应为热化学循环制氢,需要在很高的温度,如900多摄氏度条件下完成,工程上的困难较多。同时,光催化制氢也属于这种技术路线。” 回到这次“水氢汽车”新闻事件,王诚说,引起争议的部分在于,“虽然技术上,采用的是车载铝粉与水反应制氢,再通过燃料电池发电来驱动汽车,但在宣传中突出了将水作为能源,从而引起了公众和媒体的质疑”。 他进一步分析这种技术路线的成本:“理论上,1公斤的铝粉可以制取1.1立方米的氢气,但成本大概为15元,远远高于上述3种工业制氢路线的成本。同时,技术上还存在反应可控难、动态响应差、反应物回收处理复杂等系列问题。” 王诚进一步指出,创新是社会进步的灵魂,尤其在当前国内产业新旧动能转化的过渡期,更加需要万众创新。新产品开发从科学原理到9级技术成熟度,是一个求真务实的再创造过程,十分艰难,往往“九死一生”,这需要企业有“十年磨一剑”的实业抱负和极强的定力,而不是依靠违背科学规律的炒作快速获取短期商业利益。同时,公众针对伪科学要勇于质疑,避免助推虚假和谬误信息的非理性传播;媒体在跟进发声时,更要基于科学精神,对基本的科学原理有所了解,用专业的解读正确引导舆论。