“氫能應該說是未來可再生能源發展的非常重要一項目技術，氫能和燃料電池是未來連接我們可再生能源和傳統能源中間的紐帶和關鍵環節，今年3月份明確將電轉氫、電轉氣作為未來可再生能源調節的重要手段，這些都是我們電力行業未來需要關注的�！敝袊�華能清潔能源技術研究院有限公司院長許世森在2018年智慧電廠論壇（第二期）【分論壇二：智慧檢修與安全監控（含新能源）】上分享《可再生能源制氫及燃料電池發電技術進展》時提出。北極星電力網全程對會議進行直播，如需了解更多的會議直播，請聯系微信號：13693626116。

許世森：各位來賓大家好，周院長為我的演講做了很多背景介紹，非常感謝。很多觀點我也非常贊同，我這里重點介紹一下電解制氫，剛才周院長講的除了電解制氫還有其他方面的制氫。另外燃料電池方面重點介紹高溫燃料電池，就是作為固定發電這部分的一些研究。

氫能，剛才周院長已經做了很多鋪墊和背景介紹，氫能或者燃料電池未來在能源體系里面是什么位置，可以形象的說，氫能和燃料電池是未來連接我們可再生能源和傳統能源中間的，過去他們叫新的一種能源“路由器”這是陳清泉（音）院士最早提出來的名詞，互聯網里面有個路由器，能源互聯網里面未來要建成智能電網，或者未來得能源體系，今天會議的主題是智慧能源，智慧能源存在著可再生能源和電網之間，包括和傳統能源之間的聯系，實際上氫能和燃料電池是這里頭聯系的一個關鍵環節。

周院長也講了，日本把氫能作為它國家的戰略，安倍政府已經把氫能作為日本未來國家能源發展的非常重要的方面，為什么這樣說？實際上我們跟日本能源界的朋友做過很多交流“你們為什么氫那么貴？自然界又沒有氫，氫都是要從其他能源轉過來的，你們為什么要這樣做，作為國家的能源戰略？”他們是這樣子回答的，他說“日本沒有能源，所有的能源都要進口，與其進口其他的含碳的能源或者有污染的能源，不如進口最清潔的能源�！彼�這種理解值得我們思考；他是一個極端的國情這種極端的國情會導致他對問題的思考是深刻的，而且代表著未來，他認為我進口天然氣未來存在碳排放的問題、進口煤存在污染的問題，現在發展核電又受到福島事件的影響，所以未來日本能源供應將來朝哪個方向走，他就選擇了最清潔的氫能。當然我們的電和氫都是清潔的二次能源，氫應該說不屬于一次能源，屬于二次能源，電也是最清潔的二次能源，這個清潔的二次能源有些電是解決不了的，有些氫也解決不了，所以他認為，未來日本社會是構成以氫和電為主的一種清潔能源供給的系統。所以日本把氫能現在作為上升為國家戰略的最積極或者最先的國家。

美國也發布了全方位的能源戰略，氫能也是主要的內容。歐盟也作為第二期燃料電池與氫的聯合計劃2014-2020，我們國家在這些方面能源革命創新行動計劃還有相關的計劃，尤其剛才周院長介紹的，從去年年底到今年上半年，我們國家有幾個主要的城市：北京、上海、成都、廣州還有相關的區域已經宣布發展氫能產業，所以現在對于電力行業的同志來說，我們是要向市場供電的，現在電力飽和的情況下，電廠怎么辦，實際上是所有發電集團應該思考的重要問題，市場需要什么？現在市場出現了一個新的需求，需要氫，這就是值得我們發電企業深入思考的問題。

最新的發展，北京是氫能推進比較快的，2022年冬奧會北京市把氫能燃料電池大巴車作為北京到張家口的主要交通工具，除了高鐵以外大巴要投放大概500多輛燃料電池大巴，通過這個契機推動北京的氫能發展。另外今年年初國資委、工信部、科技部支持下成立了中國氫能源及燃料電池產業創新戰略聯盟。這些信號就說明從國家層面已經開始在推進這些工作了，當然我們電力企業還是相對滯后，包括我們自己集團內部在研究這些問題的時候，現在逐漸的這種聲音已經有了。

另外發改委、能源局關于電力系統的調節里面，今年3月份明確將電轉氫、電轉氣作為未來可再生能源調節的重要手段，這些都是我們電力行業未來需要關注的。

制氫方面有很多，有化石能源制氫和可再生能源制氫，化石能源制氫就不說了，現在從可再生能源制氫角度看，固體氧化物制氫，光電制氫、電解制氫這些方面都開始往前發展，電解制氫，我們知道可再生能源現在發展非常迅速，但是帶來很大問題，就是西部有很大的電力消納問題，有很多棄風棄光棄水問題，多余的這部分電力，如果制氫能夠產生真正的氫，如果化石能源制氫，畢竟氫的來源不純，氫不是真正的零碳的氫，從可再生能源制氫，至少從電的角度還是可再生能源過來的。所以現在這些方面都在發展，但是真正能夠大規模用的目前還是堿性電解制氫，就是常規的電解制氫，但是目前它還有很大的問題。

另外一個是燃料電池，燃料電池有三大技術流派，一種是低溫燃料電池就是現在的電動汽車，燃料電池電動汽車運行在80-90度的低溫燃料電池，這個已經作為移動電源、交通電源。還有所謂的高溫燃料電池，高溫燃料電池就是在650度以上的，熔熔碳酸燃料電池和固體燃燒物的電池。今天主要講電解制氫和高溫燃料電池這兩部分。

電解這個剛才周院長已經講到了，化石燃料制氫、可再生能源制氫、生物質制氫這些方面，今天重點講電解制氫。

電解制氫不是一個新的技術，很多電廠都有小型的制氫設備，原來發電機冷卻，有關電廠也需要這種氫，但是過去氫沒有大規模應用到市場，所以氫能的電解制設備也是比較小的，現在沒有超過每小時500方的，現在應用于未來大市場的需求是有很大問題的。所以如何使制氫的設備能夠大規�；�，另外它的能耗也是比較高的，現在制一方電解制氫得5度電，實際上能耗是非常高的。主要有三種形式：一種是固體氧化物，固體氧化物燃料電池的逆過程，堿性燃料電池的逆過程，質子膜燃料電池的逆過程。燃料電池發展和電解制氫是互逆的過程，但是這兩個概念都有將近100多年的歷史，但是為什么到現在才開始熱起來？主要原因是兩個技術之間還是有很多難點的。

成本上，關于天然氣還要問一下周院長，甲醇制氫、煤氣化制氫有些概念，大概是1.5元左右，但是天然氣制氫相對來說還是比較便宜的，傳統的電解制氫看電價，比如3毛5的火電電價，剛才說是5度電，光電費成本就得1.5-1.6元，還有設備成本。所以都得在2-3元，這種情況如何滿足市場的需要實際上也是有很大挑戰的。

未來用固體聚合物，用質子交換膜燃料電池這種模式反過來制氫效率是比較高的、能耗是比較低的，但是它的成本仍然是比較高的，原因是質子膜這種方式，催化劑是比較高的。所以近些年，至少是3-5年或者5-8年之內，堿性電解制氫還是主流。

堿性制氫方面，現在最主要的還是要降低能耗提高單臺的出力，現在最高的正在開發每小時500方制氫的設備，現在也正在跟國內合作開發每小時一千方的設備。另外還有功率調節的能力，現在包括可再生能源一個最大的特點是波動性，如何直接在風電廠制氫，需要負荷的調節幅度比較大。

如圖這是日本的情況，周院長已經講了，日本、荷蘭、法國、英國這些加氫制氫。

如圖目前國內能源企業參與的，華能在做張家口風電制氫及加氫站，為冬奧會供氫。國家能源集團在做煤制氫，還有一些863項目，三峽是水電制氫，還有一些電網公司也在做電解制氫。所以現在已經開始興起了一種蓬勃發展的態勢。

我們華能清能院在制氫方面這些年也做了很多工作，我們的特點是現在能將電耗從5度降到4.3度電，已經實現的工業化，而且這是和蘇州（金力），國內最大的電解槽公司合作開發電極，使能耗進一步降低，明年預計降到4.1度電。同時在電解廢水上發展。我們的目標是4.1度電，科技部2022年的氫能和燃料電池重點專項里面目標是4.1度，我們今年年底到明年年初就能夠達到這個目標。

我們除了電極材料的開發、能耗的降低以外，我們也和殼牌石油合作，周院長也是中國石油大學的，石油企業現在對電解制氫方面也是非常關注，我們兩家在合作，出一部分資金在合作研究動態，波動范圍比較大的，從20%-120%電力的波動情況下，制氫的工藝能夠產出穩定的氫能。

關于氫儲能和峰巔制氫經濟性的分析，我們做了很多方案，針對新疆、甘肅、云南水電、四川水電、煤電都做過很多研究，應該說在一定的范圍內是有經濟效應的。在這里簡單說一下，有個敏感性的分析，現在當氫的售價在1.4-1.5元的情況下，市場是能夠接受的，當然現在不是面向燃料電池汽車了，燃料電池汽車它的承受能力還是比較高的，2.5元以上是有可能承受的，原因是現在很多城市都在補貼，所以單靠補貼未來發展也是有限制的，現在1.5元或者1.4元是有些煤化工或者石油天然氣化工，用可再生能源制氫，與化工廠結合，提高它的產能，降低它的碳排放，這些能夠結合，這樣就有一個大規模的氫消納的問題，近期如果氫的價格能控制在1.5元以下，市場的消納是有可能的，而且這個項目是有效應的，從這上面再往前推，按4.1或者4.3度電往前推，算下來近期有可能的還是棄風棄光的那部分電或者是水電。搞電的人知道水電成本是比較低的，1毛多錢，反過來給大家一個概念，水電的一毛錢，或者說風電棄電以后，給電廠一毛錢，再加上電廠過網費一毛多錢，不到兩毛錢做氫，市場上還是有一定競爭力的，但是也要和當地氫的消納有沒有大的化工廠、城市有沒有發展燃料電池電動汽車的規劃相關。

下面再介紹一下高溫燃料電池，高溫燃料電池主要是用在分布式發電，就是周院長講的未來分布式發電，它最主要的特點就是小型高效，我們都是搞發電的，我們知道現在把火電搞到了極致，搞到百萬千瓦的超超臨界，也在搞700度，但是它的凈發電效率也就是45、46這個水平，必須要搞到百萬等級才行。但是現在電力過剩以后，新的需求不需要建那么大的電廠了，建了大電廠又是過剩，它需要不同的能量，需要一部分電又需要大量的熱，這種情況下，百萬等級的廠就滿足不了要求了，包括燃氣分機聯合循環，得造F級效率才會高，但是現在不需要那么多電，需要的是熱，需要的是綜合的能源效率，熱電聯供的效率現在也就是70%-80%，用40%幾的凈發電效率還有30%幾的熱效率加起來是熱電聯供。但是燃料電池可以實現，比如一百千瓦，家庭用只需要用一百千瓦，但是還需要一部分熱，這種情況下，建一個百萬的機組就不合適了，而且效率并不高。剛才講的燃料電池小型高效，一百千瓦同樣實現熱電聯供效率達到90%以上，這就是為什么未來分布式發電，以天然氣的分布式發電它的能效提高和未來的前景，原因是在這兒。目前由于我們國家電網是非常強大的，電網公司盡了很多社會責任，我們只要有人煙的地方都有電網，但是在西方國家不是這樣的，分布式發電，以燃料電池的分布式發電率先在西方國家得到了推廣應用，在我們國家，電網非常強大，而且電網可靠性也非常高，所以對于這些應用，我們喊了很多年的分布式，實際上推進是比較慢的，主要原因跟我們的國情有關。但是現在新增的用戶，尤其是江浙一帶經濟比較發達的地區已經有了新的需求，主要原因是電燃機改造的，天然氣過去的柴油發電機，現在改成了柴油內燃機燒天然氣，這種分布式的，價格很便宜，也很靈活，也可以實現小型，但是實現不了小型和高效，同時實現不了（零）排放，因為它有噪音的。江蘇浙江隊這種分布式的發電，居民是拒絕的�，F在對我們國家新的需求，對于新的園區需求是需要供電、供熱、供冷綜合的系統，這也是未來發電企業智慧電廠、智慧能源供給系統的非常重要的組成部分。

真正實現高效的，化石燃料或者煤天然氣，如圖就是日本2030火力發電計劃，它的目標有IGCC，再往前發展是AGSC，整體煤計劃的發電，效率提高55%-60%，天然氣也是聯絡循環1700度入溫的，形成GTFC，天然氣的聯絡循環發電，這些方面整個日本除了汽車交通意外發電企業也有長遠的規劃，進一步提高效率。

減排二氧化碳，由于它是低溫轉化，它650度，生成的碳就很少了，還有模塊化組裝。主要研發的單位美國、德國、日本、意大利這些都有，但是真正比較領先的是美國和日本還有德國。

在這里重點介紹一個高溫燃料電池是固體氧化物燃料電池，今天就不講了，重點講熔融碳酸鹽燃料電池未來是最接近燃料化的高溫燃料電池。另外它形成系統，從煤、天然氣發電到60%，綜合效率接近90%，另外它的組成，如果容量再大可以組成一些更高效的循環，發電效率在58%、55%以上，這是剛才講的小型高效。未來再大要整體煤氣化的聯合循環發電。

固體氧化物簡單說一下，有北美的BloomEnergy作為代表的，還有歐洲和亞洲的，國內的潮州三環做的還不錯，給BloomEnergy供一些原材料。剛才說的BloomEnergy的目前容量比較小，只有幾千瓦，家庭用的尤其是一些家庭用的熱電聯供系統。

如圖是個標志性的電站，韓國建了6千瓦的熔融碳酸鹽燃料電池，是一個模塊燒天然氣，比較適合大型發電公司來做，實際上已經實現了工業化。

未來我們覺得大家都在討論儲能的問題，電網和能源互聯網、個體智能電網之間的關系，實際上現在面臨最大的問題還是可再生能源局部過剩，最后導致棄風棄光棄水的問題，實際上從季節性，比如現在搞化學電池儲能，其他的機械儲能怎么解決短時間的問題，解決每天甚至每周的問題，但是解決不了季節性問題。像風電和光伏很多是季節性的問題，現在智能電網最難的是如何進行季節性的儲能和調節，比較好的辦法還是電解制氫，通過氫這種大規模季節性的調節。歐洲也是這樣做的，甚至將來將氫注入西氣東輸的天然氣管道，通過天然氣進行調節和運輸，電力之所以西部的可再生能源，今天會議也邀請了石油的專家來，實際上西部的電要送到東部來，1800公里一萬就不合算了，但是還有一條通道，過去是公路運煤還有一種是西氣東輸管道，把電變氣通過管道送過來也是一種方式。

簡要說一下清能院在這方面做的工作，還是做了將近20年的研發，源自電力工業部的部署，當時電力工業部90年代就關注高溫燃料電池的發展，但是經過20多年的發展，現在應該說進展不是特別快，但是也取得了可喜的進展，現在也掌握了熔融碳酸鹽燃料電池的核心材料，也組裝出來了堆，開路電壓、電流密度也都達到了國際水平，應該說目前規模跟國際上還有差距，但是技術指標已經差不多了，我們已經開發出國內首臺十千瓦的燃料電池發電堆。如圖是當時開發的2千瓦、5千瓦、10千瓦的熔融碳酸鹽燃料電池燃料堆，還是很難的，難的原因是西方國家從90年代開始這項技術就對中國全面封鎖，完全靠自主開發，現在也是。過去其他是禁運的，實際上這項技術一直是禁止的。當然也有好處，逼著我們自己從頭開始開發了一些核心技術。

成本目前可以到1.2萬/kw，未來可以控制在8000，8000塊以下可以用微型燃機和天然氣內燃機分布式發電，因為它的效率高就可以競爭了，所以未來的前景剛才已經講了，國家在發展化石燃料，進一步提高效率，2030的重大項目里面也將15兆瓦和50兆瓦的MCFC作為重點的任務。

最后總結一下，氫能應該說是未來可再生能源發展的非常重要的項目技術，我們的可再生能源規模提高了，和智能電網之間是非常好的調節，可以實現季節性、大規模的儲能。另外一個是燃料電池，燃料電池本身可以用天然氣、煤氣、沼氣也可以用氫，過去說氫能燃料電池有時候是連在一起的，但是各有各的應用范圍，今天借這個時間給大家匯報一下這方面的工作。謝謝大家！

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