氢具备能源和原料的双重属性,广泛应用于工业用能和化工产业,在推进能源转型和工业领域低碳发展方面具有重要作用。当前,绿氢展现出了巨大的应用潜力,然而绿氢的规模化应用推广,不仅要求制氢设备技术成熟,还需要在经济性、稳定性和安全性上得到市场认可。面临诸多严苛要求,如何真正打开绿氢的商业化局面?对此,众嘉宾围绕议题展开头脑风暴,共话行业未来发展。
9月24日,以“创心破万卷 深耕赴远大”为主题的2024高工氢电绿氢产业大会在上海虹桥新华联索菲特大酒店成功举办。在这次大会上,来自绿氢产业的企业领袖、行业专家们分析产业发展难点、痛点,分享各自在技术研发、产品进步和市场推广探索情况。绿氢应用专场二共6位企业代表分享了他们在产业新形势下的所思所想与战略布局。
中国电科院氢能技术研究室主任助理侯坤
中国电科院氢能技术研究室主任助理侯坤发表了“电氢耦合技术挑战与实践”的主题演讲。侯坤表示,电氢耦合技术是一种将氢能和电能相互转化、高效协同的能源网络技术,可以实现新能源的充分消纳利用。电氢耦合的意义有3点:其一,促进新能源消纳;其二,减轻电网顶峰保供电负担、调峰压力;其三,具备支撑电力系统安全稳定运行的能力。
电氢耦合的目标是系统规模大,调节能力强,经济性好,目前主要面临4大挑战。挑战1:波动工况下电-氢装备衰减特性不明,各类装备运行特性不一,优化运行难;挑战2:系统复杂、影响因素多,宽范围灵活控制难;挑战3:多类型、多机制氢设备状态各异、多状态过程切换安全风险高,混联制氢协调控制难;挑战4:传统合成氨/甲醇等化工过程难调节,绿电制氢合成氨工艺重塑及控制难。
中国电科院自2014年起开展了氢能技术布局,主要开展了质子交换膜(PEM)电解制氢、燃料电池发电/热电联供等关键技术攻关,承担多项国家重点研发计划项目,目前建成了材料部件研发及表征、电堆/电解堆研发及测试、系统动稳态测试三大试验平台,具备了氢能材料-部件-装置全链条研发及测试能力。在氢电耦合的应用探索方面,中国电科院参与了安徽兆瓦级 PEM氢电一体化站、浙江大陈岛百千瓦级氢利用站、宁波慈溪氢电耦合直流微网示范工程等多个示范项目。
国家电投北京绿氢科技氢能业务总监邢伟
国家电投北京绿氢科技氢能业务总监邢伟发表了“风光氢储氨醇一体化典型项目实施关键点及开发过程分析”的主题演讲,他表示,生产装备性能跟不上,经济性达到要求是风光氢储氨醇一体化项目迟迟无法开工的重要原因。此外,由于受到绿电的波动性影响,为了避免化工设备频繁停车,需要两根以上备用回路作为支撑。可是一旦采用了并网的备用电源,欧盟ISCC绿色认证就很难拿到了。
当前风光氢储氨醇上下游耦合上还存在诸多技术限制,在消纳风、光等可再生资源或参与电网平衡调控时,电解水制氢工段的变负载运行受到自身工艺流程约束,存在调节范围较窄、低负载区域氢氧混合风险、频繁波动加速核心部件老化,影响性能表现等技术挑战;而且,在氢气供应给下游合成氨环节时,存在化工合成氨对供氢流量需求大、合成氨原料气压力要求高、受化工合成供氢平稳性约束等情况,对上游电解水制氢要求较为苛刻。
他建议,在可再生能源制氢过程中,可以运用均衡策略、效率优先策略、寿命优先策略等进行优化。均衡策略侧重于电解槽间的工作负荷分配均匀,效率优先策略强调实时跟随可再生能源发电功率调整制氢负荷以提高能效,而寿命优先策略则聚焦于通过减少电解槽负荷波动来保护设备,延长其使用寿命。实际应用中,制氢场站可根据实际情况和运营目标,灵活选择或融合这些策略,以实现最佳的电解槽整体运行性能,氢能发展需要稳定高效的装备支撑。行业整个上下游企业需要合作共赢,谨慎卷价格战。
中鼎恒盛技术中心总经理王郡疃
中鼎恒盛技术中心总经理王郡疃发表以“隔膜压缩机在氢能场景应用案例分析”为主题的演讲。中鼎恒盛2008年成立,主要从事隔膜压缩机及其核心零部件的研发、生产与销售,凭借15年创新研发的技术沉淀和深厚的行业经验积累,公司所生产的隔膜压缩机产品多项主要性能指标在行业内处于领先水平,目前已经形成G0-G5六个系列隔膜压缩机产品,适用于不同压缩气压、气体及使用场景。产品主要应用于工业气体、精细化工、新能源、核电、航空航天、军事装备等领域。目前已经与中石化、中石油、中国中化、万华化学、航锦科技、天赐材料、金宏气体、中船特气、华特气体、滨化股份等业内龙头企业产生了深度合作。
王郡疃具体介绍了5个氢能场景下的产品应用案例来印证中鼎恒盛隔膜压缩机的优势:1)产品持续迭代,满足不同行业客户的多层次需求;2)建立氢能测试中心,保障测试数据准确,让产品适配度更高;3)频繁启、停工况下轴瓦温度监测,其与711所联合开发声表面波无线测温系统,有效规避了“烧瓦”、“抱轴”等故障,减少了产品损耗,延长了产品使用寿命;4)运行工况下的振动监测;5)极端低温情况下的设计,以东北某客户的产品为例,其做出“盖房子”、“加保温”等举措,保障了产品在极端天气下的正常运作。中鼎恒盛的发展使命是“做世界上最好的隔膜压缩机”。
中科科创总经理桂顺杰
中科科创总经理桂顺杰发表了“打造国产氢能核心材料‘看家锚’贵金属纳米催化剂”的主题演讲。他表示,伴随着氢能产业的发展,关键材料国产化需求迫切。目前,燃料电池电催化剂主要依赖进口,国产化需求迫切,铂碳催化剂 Pt/C基本实现产业化,急需开发低铂合金高端产品。
在技术指标上,国产的催化剂已经可以相等甚至超过国外的催化剂水平,但在产品的一致性上还要继续提升。从降本的角度来看,行业关注的点在于降低贵金属的用量,但如何保持性能的稳定才是难点。另一个难点是氢能催化剂用到的铂和铱等贵金属依赖进口,受期货价格影响较大,现阶段国产催化剂企业降本压力很大,基本上只能赚个加工费。
中科科创的创始团队有着30多年的电催化剂研发经验,公司自2015年成立以来,已经研发了多款燃料电池催化剂和电解制氢催化剂。燃料电池催化剂方面,高载量Pt纳米催化剂稳定性好,并在实际应用中展现出良好的性能,高载量PtRu纳米催化剂高金属载量,粒径小且可控、可调,这些产品目前已实现单批次公斤级规模化制备。为助力降本提效,公司还开发了有序PtCo合金催化剂(低铂催化剂),这款产品在加速测试12.5k循环时ECSA衰减7.7%、活性衰减23.2%,耐久性远好于Pt/C,且MEA性能高、Pt用量少。除了燃料电池催化剂,中科科创还研发了多款水电解阳极催化剂,包括氧化铱催化剂、铱黑催化剂、铱钌黑催化剂、低铱催化剂等多款产品。
三一氢能研究院院长王彰
三一氢能研究院院长王彰发表了“制氢电解槽市场机遇与挑战”的主题演讲,他表示,在零碳目标驱动下,氢能需求持续增长。到2030年全球氢气需求量将达到1.5亿吨。三一氢能认为在2027年绿氢成本会无限接近灰氢,甚至可以达到比灰氢更便宜的状态,彻底引爆行业发展的爆发点。
在行业发展的初级阶段,像石油炼化、合成氨、合成甲醇等氢能使用相对成熟的应用场景,会最先发展应用起来。目前,三一氢能通过与客户深度接触获得的信息反馈,以及自身做大型制氢设备工程中积累的经验,发现当前大型制氢项目中存在诸多挑战。从装备角度来说,有四个技术挑战:1.密封可靠性;2.宽运行工况范围下的气体纯度;3.运维便利性;4.电解槽本身的性能衰减。从大型绿氢项目本身来说,挑战更多体现在:一是如何提升项目的经济性;二是如何确保8-10年的项目长周期运行稳定性。
基于对于客户、行业痛点需求的深刻理解,三一氢能在产品和技术研发过程中,聚焦大型制氢装备可靠性和耐久性的问题解决,从材料、结构、工艺制造等多个环节入手,通过单一变量的极限工况加速耐久实验,把实际运行工况当中发现的复杂耦合问题进行根本的拆解,找到产品中最关键的参数和要求,从根本上提升了电解槽的可靠性和耐久性。
明阳智慧能源集团氢能研发中心主任张泰基博士
明阳智慧能源集团氢能研发中心主任张泰基博士发表了“新能源离网制绿氢的必要性与破局方向”的主题演讲。他表示,氢能项目总体呈预期高、规划多、落地慢、选择异等发展趋势。新能源制绿氢面临两个机遇,即绿电成本持续降低,氢储能未来有潜力统筹电网、天然气网和氢气管网,极具发展前景。但挑战在于到底怎样制绿氢?国内绿氢项目尚处于非常初期阶段,需要重新审视绿氢示范的项目的,要真正实现绿色溢价,还是要实现怎么把绿电真正制绿氢,离网制氢是必须要做的。近两年,各地方的风光新能源项目立项,对离网、自带负荷消纳的要求是普遍性的,但目前离网制绿氢并不成熟。
后面怎么破局?目前明阳认为PEM制氢是非常好的方向,离网PEM制氢附加优势是可以实现余电利用、更低氢气成本、安全性、环保性。明阳PEM制氢技术基于超紧凑型电解堆结构原创性设计、两低一高型双极板的仿真优化设计、核心膜电极组件设计、电解堆精密组装工艺,已经实现三代迭代,并与博世联合开发了国内首款“分体式波动电源制氢测试平台”,这是很关键的工具先进生产力。同时明阳去年做了全功能集成式200标方集装箱式PEM柔性制氢站,现已具备批量化生产能力。针对企业或高校科研团队对对小型化、工业级制氢系统的需求,明阳开发一体化科制氢研实验系统,订单情况不错。
同时明阳还扩展了阴离子交换膜制氢技术研究,以及CE、欧盟等产品认知和评估。去年明阳首套PEM制氢产品成功交付某新能源央企,各项运行数据良好,顺利通过验收。明阳在制氢方面已经形成完整的闭环体系。