图：中国能源建设集团广东电力设计研究院氢能技术中心主任王小博
 

       5月21日，由电池联盟、中国电子节能技术协会电池专委会和中国化学与物理电源行业协会氢能及燃料电池分会(筹)联合举办的“2019新型制氢技术与加氢站建设高峰论坛”在苏州隆重召开，中国能源建设集团广东电力设计研究院氢能技术中心主任王小博作了题为“氢能产业链与多能互补综合能源系统”的演讲，他在演讲中指出“氢能在能源体系中永远是多元互补”。以下为王小博演讲速记全文：

 

       王小博：大家好！我来自于中国能源建设集团。我们在给各级政府做央企和省级、市级规划时，氢能的原料属性非常明显，它不仅仅是发电方式，原料属性和化工行业的耦合，对于氢能和结合我们散气的消纳，会有特别特殊的应用场景。

 

       介绍一下我们院，因为我们是从火电、核电到海上风电再到特高压，我们的业务范围，涵盖比较广，氢能是我们重点转型的方向，我个人是从做核电出身，因为现在整个国家能源发展趋势的变化，氢能如何和电力行业结合，未来相互耦合的趋势非常明显。主要我们理解的是结合美国能源部之前的这张图，我们的理解是氢能的应用和燃料电池的应用，我们不能说是非常小，只是说非常可控的部分，未来大的应用和原料级别其他方面的级别非常大，像二氧化碳加氢，氢化的情况下做甲醇，大连所做的已经在调试的，我们现在是二氧化碳加非常少的氢加上水蒸气然后合成油，和中石油已经签了协议。然后是国5升国6带来的油品升级，需要的氢是比较大的，像茂名石化是第三大的，通过海上风电制氢怎样解决它这么大的需求。

 

       氢能产业链，从最左到最右通过你选择的方式，才能知道你的燃料电池，然后选择哪个最好，我们最推荐的是工业富产氢，我们最不推荐化学能源制氢。除了化学能源在煤化工的过程中产生副产品，专门上一套装置就背离了我们使用清洁能源的初衷，你还不如直接煤发电。

 

       可再生能源制氢，也是真正从规模上解决问题的手段，我们最推荐的是SOEC，虽然它现在最成熟，但是我们认为未来是潜力最大的，我们现在准备开发出一千瓦的样机出来。从储氢方式，现在比较火的不管是高压还是液氢，现在的化学品储氢，甲酸、甲醇还有合成氨，最好的是合成氨，它本身重整以后没有氮气，只有一氧化气，但是在中国推不开。甲醇和甲酸在中国是比较理想的，然后是氢流。到电池类型，从质子交换来说，我们最终使的是高温的燃料电池，它对燃料的控制性可以打破很多，储氢不是问题，一氧化碳不是问题，硫也不是问题。

 

       之前氢能在国内都是工信部牵头，化工行业作为合成氨和甲醇的推动。储能我简单说一下，第一代的电解水的储能，更多的是氢气加二氧化碳、甲烷的过程，特殊电源，这也是做得最快的市场，比如说通信基站，5G的电耗是4G的6—8倍，不同的方案我们都在做，包括数据中心和应急电源车，南方电网和广东电网和电科院一起合作的大黄蜂，未来是想替代整个电网应急的柴油车，南网就有2000台的，那国网就更大，核心问题还是降低每个千瓦的造价。军队的项目就不展开了，单兵电源需求量很大。

 

       大家知道日本在氢能走得这么急，我们研究了日本的第五次环境计划和能源计划，氢能在日本能源转型中所起到的地位并没有那么高。日本氢能社会对氢能的重要性，在整个能源体系中并未有大家想象得那么好，我们提出氢能和其他能源相融合，但是不可能一直主打。氢能在体系中永远是多元互补，不要想着说氢能替代这个替代那个，它只是耦合的。这个思路我们为什么研究日本？也是广东省能源局委托我们开展大湾区的能源规划，对找旧金山、东京湾等，东京湾更多的是移动式的应用，另外生态环境部出台了《碳排放权交易管理暂行条例》，这是氢能快速崛起的有力推手，但是回到氢能的方式，你如果是化学能源制氢，这个对你没有任何意义，你在制氢带来二氧化碳，最后在经济性、环保性上你是走不下去的。

 

       这个是氢能去碳的电力，和氢能、生物能源碳捕捉的装置，右下方的是日本，整个日本的氢以澳洲为核心，从澳洲哪里来？澳洲是全球第二大煤炭出口国。我们分析完日本的氢能规划很多地方是站不住脚的，所以我们还是要更加理性地看待我们这个邻居。这是不同方式制氢所带来的碳排放，只有应用了100%的可再生能源制氢，才是真正的低碳排放，或者是富产氢，因为在你富产捕获的过程中肯定是有碳排放的，但是只有100%的制氢，才能结合你的条例，才能在商业模式和环保性上走得更远。

 

       这个和过去氢能的结合有关系，就是合成器，这个我可以展开。关于制氢和燃料电池，SFC+SOC最后加上二氧化碳的捕捉，说一下富产氢，一个是氯解，这是营口关于氯解的发电，这个项目运行一般，尾气处理有问题，但是所带来的是富产氢非常好。这里面氯气对于电堆的问题超出了一些预期。副产氢是我们最推荐的方式。另外是低氢尾气的回收，炼化过程中很多的是烧掉的，PIS没办法，不管你的吸附剂怎么选，现在要做的是增加一套膜分离系统，20—25%的低尾气，提纯到50—60%，我们再上PIS，这样可以回收大量的尾气，尤其是大连理工作为技术牵头方，今年初获得国家科技进步二等奖，这是非常好的。

 

       这是不同的膜，气体的分离无非是几种耦合，膜是非常好的。很多时候到尾气，我直接买一套设备就有了LNG，气体分离行业结合氢能和其他气体的分离，这是很好的增长点。之前广东也做了一些膜靶的分离装置。生下来的焦炉煤，一氧化碳含量非常高，氢气55%，甲烷23%，这个实用是FFC，我们的建议是焦炉煤气是在PFC里面和FFC结合，带来的效果最好。

 

       说到合建站，我们和美国能源部签过非排他性协议，我们引入美国3D实验室的设计，其中就有油氢、电氢、气氢合建站，我们认为一线城市推得开的，尤其是广州的加气站还在开发区，一线城市怎样选址，这也是影响燃料汽车推广的形式。当前的情况下，合建站是推广最快的模式，单纯推一块来说，或者和安监和规划部门打交道难度非常大，不会每个城市都像佛山一事一议的政策。

 

       另外我们也是强调三个问题一定要考虑，尤其是天然气和氢气在很多方面是有类似性的，LNG接受站和液氢接受站，日本已经考虑了，因为他们的氢气都要进口。这种问题很多时候大家问日本的氢气从哪里来的？这是一个非常值得大家去深思的问题。第二个就是LNG气化站和液氢气化站结合，大家知道LNG气化站它的气化冷非常好，无论是其他气体的充分，你直接把氮气卖掉效益会非常好，包括气化站从零的负173度一直到常温，这个气化非常好，可以气化氧气、氮气，第二个可以做出结果，你负20度到0度，可以供冷。一站多用途，还有天然气管道和氢气管道，最终大规模的应用肯定是要上氢气管道的，ASME312是氢气的，312.8是氢气材料的。尤其是末端，进入小区，很多天然气管道都没有，你也不敢去做。其实天然气管道新建，在安全距离考虑的时候，在征地时一起征了，核心是征地，一次性征下来，对于后期的工业和管道发展非常多。在大湾区规划的时候，青岛的化工园区也是有脱氢，统一规划天然气管道，规划氢气管道，造价是很便宜的，关键是征地。

 

       这个就是氢气、甲醇都是可以作为燃料。一氧化碳非常好。不需要任何的提纯，前提是要脱硫的。包括右边的合成气，我们会讲到SOEC，它会直接  生产成合成气，可以看到55%的氢气、5%的一氧化碳，一氧化碳比例过低，这个时候通过SOEC二氧化碳转化为一氧化碳，有了合成器就有了制甲醇、制乙二醇都可以。也就是大家这时候要有氢气，你所带来的基础设施，建设等待的成本可能太大。尤其是中国DED国内的产量非常低，中美贸易战也是一个焦点。

 

       我们现在在做FOFC，每年的装机量超过300万瓦，效能比燃气轮低，但是效率比燃起轮高。我们很有信心将它做上去，但是唯一的就是天然气的价格，长三角、珠三角是2.5元以上，而美国是7毛人民币，这是阻碍FOFC推广的。这是在2015年的时候，Bloom的卖了1.5亿千瓦，说明可靠性高，因为美国电网是很烂的，这些人宁可用你的FOFC，不愿意用电网，但是中国反过来，全世界最健壮的电网和最贵的天然气的价格。右边是做了对比，黄色的是FOFC发电，对象是焦炉煤气，从产生电量产生了对比，还没有考虑FOFC产生的蒸汽，这是与神华牵头的专项IGFC，里面有两个结合点，我煤化出来又有新的结合气。然后我们空分需要氧气，氧气从哪里来，整个中国能源系统的互补性马上就可以看出来。这是美国能源部所做的2亿兆瓦的IGFC，它项目没上来，也是跟贸易战相关，因为它核心材料在中国。这是南方电网由我们总承包的项目，项目是基于中国和芬兰的合作项目。这是荷兰的（英文）在追究的使用，我们用的是城市的燃气管网，它是用污泥和生物质产生的甲烷，南网没有这样一个示范区，但是它在欧洲示范的效果是非常好的。

 

       这是另外一个电网公司所做的初步设计，用到了SOEC和MCFC，这个加氢站是属于内部使用的，应急电源车加气用的，还用到MCFC，难度是卡在这里，我们想混一部分氢，但是FOFC的燃机的采购还是有困难。

 

       说说MCFC，因为它是碳酸阴极出来，阳极是83%出来，国际上碳捕捉的需求非常大。然后右边是中广核，原来是在北亚，香港上市改为中广核，然后在韩国买了三期效益非常好。好在哪里？本身MCFC是低碳发电，它用的烟气直接用旁边火电厂的尾气，还可以帮助旁边的火电厂实现二氧化碳的捕捉，所以它的效益非常好。

 

       燃料乙醇中国一直在推，但是它带来的问题是不管生物质怎样出来，大量出来的还是和蒸汽，最终结合的还是高温的燃料电池。另外一个就是刚才看到的芬兰的应用场景，这是国家发文关于燃煤和耦合生物质发电，这是污泥干烧，然后是生物质区化炉，这个时候  我是提纯以后结合高纯氢走交通路线，还是直接是高材料电池，还是合成以后去烧。这是原来的路线，我有了生物质汽化炉，回到电站，这个效率是非常低的。右边是有了气化，最终唯一的结合点是高燃料电池结合。另外一个是我们现在做样机的，基于生物质粉末的MCFC，但是对生物质的粉末的要求非常高，但是这个未来和生物质的结合，是燃料电池产业非常重要的点。

 

       说到制氢，这也是后续想加速突破的SOEC，因为它在高温陶瓷产业下，是唯一能够做到制氢储能+海水淡化的。在制氢的时候，通过燃料电池发电产生了淡水，然后制氢储能的时候，还可以海水淡化，这无论是军方还是民用都是非常好的前景。这是SOEC的另外一个用途，二氧化碳加水进去，就可以产生合成气，这在二氧化碳减排上都有非常好的效果，有了合成以后，结合废脱过程和甲烷化，带来的产业链是非常好，可以双倍减排，用二氧化碳本身消耗然后合成煤制气，将煤减排成六、七百吨，也就是是双倍减排。这是可逆的FOFC的过程，很难。结合海上风电，为什么要做电海水制氢，因为国内批海上风电非常大，我们非常看好这一市场。去年年底江西、广东、福建加起来，一起批的海上风电的投资是超过5000亿，而未来汽上风电对于电网也是一样的，它的波动性要通过制氢的方式来平衡。这是河南，最左边的是已经制氢了，海上风电有两种，把电回过来以后，就可以陆上制氢，还有一个是海上制氢。

 

       这是大连所在做的，二氧化碳加氢有了合成气，就可以有制甲醇的路线，这也是大连化工所在做的项目。甲醇在中国有另外一个政策，今年3月份，八部委联合发布了《关于在部分地区开展甲醇汽车推广应用的指导意见》，正式将甲醇汽车提到汽车产业和消费市场的层面。然后这时吉利的帝豪，在冰岛所做了三年的务实，就等着国家的政策，吉利在甲醇内燃机的储存技术上是最好的，甲醇的这条线和二氧氢的结合。甲醇现在不再是化学原料，真正变成了载体。

 

       这是美国能源部所做的Onshore，海上风电在岸制氢，核心在于制氢是离岸还是在岸。风机本身制出来是低压，通过直流变化，LVDC变成LVAC、MVAC，通过海上风站转成HVAC，然后通过陆上变电站，通过HVDC等变化才到气体，这样消耗很大的。所以我们推荐的是在海上平台上制氢，一个是直接海水，还有是把岸上的水管送上去，这个并不高。对于中海油这样的公司来说，海底管道的铺设远低于海底电缆，这样就不需要电缆了，直接植入海上风机的套筒里，整个海上风电的平台都不需要改造。

 

       制出了氢，有了氧，氧可以给到煤化工，需要高空装置，需要反应条件，还有一个副氧燃烧，副氧燃烧是大大降低二氧化碳的排放技术，而副氧燃烧最大的就是氧气来临，所以是综合能源综合互补，每一个产能都不要浪费。经济效益好了才能上，只谈情怀和政策补贴永远支撑不了。大家可以看到，氢能可以促进风光水的并网，第二个它可以和煤化工和富氧的结合，还有提高二氧化碳的比例。后面川崎重工做了燃起及，但是氮氧化物解决不了，所以氢气的利用我们还是不推荐，上纯氢温度更高，氮氧化物更高，做出来的东西甚至是超过粉尘。这是通讯基站的，因为现在电网公司和移动公司。军方应用，它是喜欢在单兵上，如果不是固态，是气态的，它是可以饮用水，第二个低温燃料电池防红外，降低单兵负重工作安静，这都是非常好的特点，但是氢化方案在部队很难推开，它有它固有的缺点。这是关于制氢、储氢、综合能源投放，最终包括氢罐和储备装置都是集中在这里，这是军方对氢能的定位和定义。另外是无人机，左下角是海上平台和输电线路，普通电池跑半个小时就不行了，但是这个非常大，我飞行时间4个小时，不管是海水4上平台还是输电线路，这是对氢能电池非常好的切入。

 

       说到加氢站，一直比较担忧的是氢能安全问题，产生安全问题产生的影响是不可想象的，中国在氢能上的安全不太完善。说到等同，等同不是抄袭，2015年出现了对氢气的安全规范，看看在哪个阶段最有安全价值，ISO就是一个导则，没办法实施这个东西，希望中国在这方面实施上来。