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欧阳明高院士:碱性电解制氢技术有长期竞争力


       5月22日,2023年世界氢能技术大会在广东佛山举行,11位中国院士,3位外籍院士,共计76位氢能应用领域的重要学者、专家,以及来自14个国家的63名海外专家、学者和世界500强企业高层共赴南海共话氢能,一同打造一个立足南海、面向全球,更专业、更具趋势性的国际氢能产业平台,为全球氢能产业的发展提供强劲动力。
 
  大会期间,中国科学院院士、国际氢能与燃料电池协会理事长欧阳明高院士发表题为《绿色氢能研发与产业化进展及技术展望》的演讲,就氢能大系统集成、绿氢制备、储氢和氢储能等诸多热点话题发表真知灼见,分享了院士团队的产品和研发进展。以下观点摘录自欧阳院士演讲全文。
 
  谈绿氢制备:
 
  碱性电解制氢技术有长期竞争力,设备性能及生产方式优化空间巨大
 
  绿氢制备,我认为或许是比燃料电池更大规模的产业。因为燃料电池作为发电装置,还有其他多元化的氢发电装置,但是通过电解水来做绿氢制备,目前看来,还是唯一的途径。
 
  目前看,电解水有三种技术路线——固体氧化物,国内的水平还需要发展一些时间,我想真正的规模化可能要在2030年前后。质子交换膜,目前成本偏高,寿命还是个问题,且需要各种贵金属。现在,欧洲市场已经发现质子交换膜电解水在寿命上有问题,但它国内运转时间很短,所以这一问题,国内还没发现。目前,中国的优势还是在碱性电解——它是性价比最高、在国际上具有优势的电解水装备,是实现大规模、长寿命、低成本制氢的主流技术。当然,碱性电解水有很多缺点,我们认为,它还有很大的优化潜力和挖潜的空间。碱性电解槽不是过渡产品,是个长期具有竞争力的一个产品,应该成为中国电解槽的发展趋势和优势产品。
2023年世界氢能技术大会现场 大会组委会供图
 
  我们推出了碱性电解产品“氢舟”,具备三大优势:安全、高效、智能。我们改变了中国圆形电解片的传统格局,使流场更均匀,效率更高。我们大量使用数字化技术,可以远程更新程序,更智能。这都是我们认为行业发展需要注重的技术。同时,现在的电解槽一旦出现问题,需要拉回厂家进行修理和保养,从工业的角度这是不合适的。而我们的碱性电解产品在运行了5000小时后,在现场12小时内完成了单片的直接更换。这是目前传统电解槽做不到的。
 
  此外,在部分负荷的效率即最高效率上,“氢舟”可以做到3.98kWh/Nm?,即每立方米氢气4度电。这已经达到80%以上的效率,非常高了。
 
  总结而言,氢能与风光电伏结合正在成为新趋势,电解水制氢装备产业化给氢能领域带来活力,中国碱性电解水设备的性价比全球领先,但性能优化的潜力和生产方式的革新还有很大空间。
 
  谈绿色氢能储运和加注:
 
  光-储-充-换-氢一体化互补型超快能源补给系统
 
  氢能利用的瓶颈是储氢。我们现在有各种各样的储氢方式,也有百花齐放的技术创新。我们深深感到,新型储氢技术的突破之难。这是氢能领域还有待出现诺贝尔奖的领域。目前,要么成本高,要么能耗大。我们一公斤氢也就是33度电的能量,但储存就要花掉10-15度电的能量。这是很不划算的。从成本的角度,如果我们从气态、液态和固态来比较,从平准化成本、技术成熟度、承压的容器来看,氨还是目前最佳的选择。车载看,目前主体的氢储能还是气瓶,但目前的气瓶成本偏高,这其中的突破核心就是碳纤维。从长期看,瓶子仍然是车载的主流技术。
 
  运输氢气也是一个高成本的问题。长距离、大规模的氢气运输怎么办?在当前规模还不大的时候,也许输电比运输氢气具备成本优势。而从长期看,有三种技术。第一种,短途小规模,用气态氢气。第二种,长途(5000KM以上)用液氨。第三种,每天超过10吨,就可以通过管道运输。
 
  我们在2008年建立了中国第一座加氢站,截至现在,它仍然是国内主要的加氢站。刚开始我们使用的是天然气重整,后来停掉替换成电解水,再加上外供氢。目前还在使用这种方式——站内电解水,量大了则外面补充,还是最经济的。
 
  所以我们现在与中石化在雄安正在建设一座加氢站,站内电解水制氢,结合外供氢。面向未来,要考虑电动,也要考虑氢,于是我们提出了一种方案,即光-储-充-换-氢一体化,而且互补。卡车快换、轿车快充、卡车换电的备用电池可以给轿车充电。同时有加氢站,加氢站的电就从光伏里来。光伏不仅在站内铺设,公路里也在铺设。我们只要铺设2km的光伏,就可以有2兆瓦的光伏,足够使用了。
 
  谈氢系统集成与氢储能:
 
  因事制宜、因地制宜,国情决定路线,场景定义产品
 
  氢能大系统集成面临一系列挑战,首先就是产业链各环节多元化的技术选择。氢能是个很长的技术链条,每个环节都有多种选择。找不到主流技术,怎么办?我们认为,不存在统一的模式和标准的解决方案。因事制宜、因地制宜,国情决定路线,场景定义产品。
 
  国情决定路线,如何理解?比如说日本自身没有氢气,需要从外部输送,他就需要大量制造氨。而我们有氢气,就没有必要换成氨。再比如,欧洲和日本的电力都很贵,而中国的电力相对低廉。日本的燃料电池甚至可以用于家用,而中国去推广这一路线就很难了。所以,国情决定路线,场景定义产品,没有标准答案。