“氢能应该说是未来可再生能源发展的非常重要一项目技术，氢能和燃料电池是未来连接我们可再生能源和传统能源中间的纽带和关键环节，今年3月份明确将电转氢、电转气作为未来可再生能源调节的重要手段，这些都是我们电力行业未来需要关注的。”中国华能清洁能源技术研究院有限公司院长许世森在2018年智慧电厂论坛（第二期）【分论坛二：智慧检修与安全监控（含新能源）】上分享《可再生能源制氢及燃料电池发电技术进展》时提出。北极星电力网全程对会议进行直播，如需了解更多的会议直播，请联系微信号：13693626116。

许世森：各位来宾大家好，周院长为我的演讲做了很多背景介绍，非常感谢。很多观点我也非常赞同，我这里重点介绍一下电解制氢，刚才周院长讲的除了电解制氢还有其他方面的制氢。另外燃料电池方面重点介绍高温燃料电池，就是作为固定发电这部分的一些研究。

氢能，刚才周院长已经做了很多铺垫和背景介绍，氢能或者燃料电池未来在能源体系里面是什么位置，可以形象的说，氢能和燃料电池是未来连接我们可再生能源和传统能源中间的，过去他们叫新的一种能源“路由器”这是陈清泉（音）院士最早提出来的名词，互联网里面有个路由器，能源互联网里面未来要建成智能电网，或者未来得能源体系，今天会议的主题是智慧能源，智慧能源存在着可再生能源和电网之间，包括和传统能源之间的联系，实际上氢能和燃料电池是这里头联系的一个关键环节。

周院长也讲了，日本把氢能作为它国家的战略，安倍政府已经把氢能作为日本未来国家能源发展的非常重要的方面，为什么这样说？实际上我们跟日本能源界的朋友做过很多交流“你们为什么氢那么贵？自然界又没有氢，氢都是要从其他能源转过来的，你们为什么要这样做，作为国家的能源战略？”他们是这样子回答的，他说“日本没有能源，所有的能源都要进口，与其进口其他的含碳的能源或者有污染的能源，不如进口最清洁的能源。”他这种理解值得我们思考；他是一个极端的国情这种极端的国情会导致他对问题的思考是深刻的，而且代表着未来，他认为我进口天然气未来存在碳排放的问题、进口煤存在污染的问题，现在发展核电又受到福岛事件的影响，所以未来日本能源供应将来朝哪个方向走，他就选择了最清洁的氢能。当然我们的电和氢都是清洁的二次能源，氢应该说不属于一次能源，属于二次能源，电也是最清洁的二次能源，这个清洁的二次能源有些电是解决不了的，有些氢也解决不了，所以他认为，未来日本社会是构成以氢和电为主的一种清洁能源供给的系统。所以日本把氢能现在作为上升为国家战略的最积极或者最先的国家。

美国也发布了全方位的能源战略，氢能也是主要的内容。欧盟也作为第二期燃料电池与氢的联合计划2014-2020，我们国家在这些方面能源革命创新行动计划还有相关的计划，尤其刚才周院长介绍的，从去年年底到今年上半年，我们国家有几个主要的城市：北京、上海、成都、广州还有相关的区域已经宣布发展氢能产业，所以现在对于电力行业的同志来说，我们是要向市场供电的，现在电力饱和的情况下，电厂怎么办，实际上是所有发电集团应该思考的重要问题，市场需要什么？现在市场出现了一个新的需求，需要氢，这就是值得我们发电企业深入思考的问题。

最新的发展，北京是氢能推进比较快的，2022年冬奥会北京市把氢能燃料电池大巴车作为北京到张家口的主要交通工具，除了高铁以外大巴要投放大概500多辆燃料电池大巴，通过这个契机推动北京的氢能发展。另外今年年初国资委、工信部、科技部支持下成立了中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟。这些信号就说明从国家层面已经开始在推进这些工作了，当然我们电力企业还是相对滞后，包括我们自己集团内部在研究这些问题的时候，现在逐渐的这种声音已经有了。

另外发改委、能源局关于电力系统的调节里面，今年3月份明确将电转氢、电转气作为未来可再生能源调节的重要手段，这些都是我们电力行业未来需要关注的。

制氢方面有很多，有化石能源制氢和可再生能源制氢，化石能源制氢就不说了，现在从可再生能源制氢角度看，固体氧化物制氢，光电制氢、电解制氢这些方面都开始往前发展，电解制氢，我们知道可再生能源现在发展非常迅速，但是带来很大问题，就是西部有很大的电力消纳问题，有很多弃风弃光弃水问题，多余的这部分电力，如果制氢能够产生真正的氢，如果化石能源制氢，毕竟氢的来源不纯，氢不是真正的零碳的氢，从可再生能源制氢，至少从电的角度还是可再生能源过来的。所以现在这些方面都在发展，但是真正能够大规模用的目前还是碱性电解制氢，就是常规的电解制氢，但是目前它还有很大的问题。

另外一个是燃料电池，燃料电池有三大技术流派，一种是低温燃料电池就是现在的电动汽车，燃料电池电动汽车运行在80-90度的低温燃料电池，这个已经作为移动电源、交通电源。还有所谓的高温燃料电池，高温燃料电池就是在650度以上的，熔熔碳酸燃料电池和固体燃烧物的电池。今天主要讲电解制氢和高温燃料电池这两部分。

电解这个刚才周院长已经讲到了，化石燃料制氢、可再生能源制氢、生物质制氢这些方面，今天重点讲电解制氢。

电解制氢不是一个新的技术，很多电厂都有小型的制氢设备，原来发电机冷却，有关电厂也需要这种氢，但是过去氢没有大规模应用到市场，所以氢能的电解制设备也是比较小的，现在没有超过每小时500方的，现在应用于未来大市场的需求是有很大问题的。所以如何使制氢的设备能够大规模化，另外它的能耗也是比较高的，现在制一方电解制氢得5度电，实际上能耗是非常高的。主要有三种形式：一种是固体氧化物，固体氧化物燃料电池的逆过程，碱性燃料电池的逆过程，质子膜燃料电池的逆过程。燃料电池发展和电解制氢是互逆的过程，但是这两个概念都有将近100多年的历史，但是为什么到现在才开始热起来？主要原因是两个技术之间还是有很多难点的。

成本上，关于天然气还要问一下周院长，甲醇制氢、煤气化制氢有些概念，大概是1.5元左右，但是天然气制氢相对来说还是比较便宜的，传统的电解制氢看电价，比如3毛5的火电电价，刚才说是5度电，光电费成本就得1.5-1.6元，还有设备成本。所以都得在2-3元，这种情况如何满足市场的需要实际上也是有很大挑战的。

未来用固体聚合物，用质子交换膜燃料电池这种模式反过来制氢效率是比较高的、能耗是比较低的，但是它的成本仍然是比较高的，原因是质子膜这种方式，催化剂是比较高的。所以近些年，至少是3-5年或者5-8年之内，碱性电解制氢还是主流。

碱性制氢方面，现在最主要的还是要降低能耗提高单台的出力，现在最高的正在开发每小时500方制氢的设备，现在也正在跟国内合作开发每小时一千方的设备。另外还有功率调节的能力，现在包括可再生能源一个最大的特点是波动性，如何直接在风电厂制氢，需要负荷的调节幅度比较大。

如图这是日本的情况，周院长已经讲了，日本、荷兰、法国、英国这些加氢制氢。

如图目前国内能源企业参与的，华能在做张家口风电制氢及加氢站，为冬奥会供氢。国家能源集团在做煤制氢，还有一些863项目，三峡是水电制氢，还有一些电网公司也在做电解制氢。所以现在已经开始兴起了一种蓬勃发展的态势。

我们华能清能院在制氢方面这些年也做了很多工作，我们的特点是现在能将电耗从5度降到4.3度电，已经实现的工业化，而且这是和苏州（金力），国内最大的电解槽公司合作开发电极，使能耗进一步降低，明年预计降到4.1度电。同时在电解废水上发展。我们的目标是4.1度电，科技部2022年的氢能和燃料电池重点专项里面目标是4.1度，我们今年年底到明年年初就能够达到这个目标。

我们除了电极材料的开发、能耗的降低以外，我们也和壳牌石油合作，周院长也是中国石油大学的，石油企业现在对电解制氢方面也是非常关注，我们两家在合作，出一部分资金在合作研究动态，波动范围比较大的，从20%-120%电力的波动情况下，制氢的工艺能够产出稳定的氢能。

关于氢储能和峰巅制氢经济性的分析，我们做了很多方案，针对新疆、甘肃、云南水电、四川水电、煤电都做过很多研究，应该说在一定的范围内是有经济效应的。在这里简单说一下，有个敏感性的分析，现在当氢的售价在1.4-1.5元的情况下，市场是能够接受的，当然现在不是面向燃料电池汽车了，燃料电池汽车它的承受能力还是比较高的，2.5元以上是有可能承受的，原因是现在很多城市都在补贴，所以单靠补贴未来发展也是有限制的，现在1.5元或者1.4元是有些煤化工或者石油天然气化工，用可再生能源制氢，与化工厂结合，提高它的产能，降低它的碳排放，这些能够结合，这样就有一个大规模的氢消纳的问题，近期如果氢的价格能控制在1.5元以下，市场的消纳是有可能的，而且这个项目是有效应的，从这上面再往前推，按4.1或者4.3度电往前推，算下来近期有可能的还是弃风弃光的那部分电或者是水电。搞电的人知道水电成本是比较低的，1毛多钱，反过来给大家一个概念，水电的一毛钱，或者说风电弃电以后，给电厂一毛钱，再加上电厂过网费一毛多钱，不到两毛钱做氢，市场上还是有一定竞争力的，但是也要和当地氢的消纳有没有大的化工厂、城市有没有发展燃料电池电动汽车的规划相关。

下面再介绍一下高温燃料电池，高温燃料电池主要是用在分布式发电，就是周院长讲的未来分布式发电，它最主要的特点就是小型高效，我们都是搞发电的，我们知道现在把火电搞到了极致，搞到百万千瓦的超超临界，也在搞700度，但是它的净发电效率也就是45、46这个水平，必须要搞到百万等级才行。但是现在电力过剩以后，新的需求不需要建那么大的电厂了，建了大电厂又是过剩，它需要不同的能量，需要一部分电又需要大量的热，这种情况下，百万等级的厂就满足不了要求了，包括燃气分机联合循环，得造F级效率才会高，但是现在不需要那么多电，需要的是热，需要的是综合的能源效率，热电联供的效率现在也就是70%-80%，用40%几的净发电效率还有30%几的热效率加起来是热电联供。但是燃料电池可以实现，比如一百千瓦，家庭用只需要用一百千瓦，但是还需要一部分热，这种情况下，建一个百万的机组就不合适了，而且效率并不高。刚才讲的燃料电池小型高效，一百千瓦同样实现热电联供效率达到90%以上，这就是为什么未来分布式发电，以天然气的分布式发电它的能效提高和未来的前景，原因是在这儿。目前由于我们国家电网是非常强大的，电网公司尽了很多社会责任，我们只要有人烟的地方都有电网，但是在西方国家不是这样的，分布式发电，以燃料电池的分布式发电率先在西方国家得到了推广应用，在我们国家，电网非常强大，而且电网可靠性也非常高，所以对于这些应用，我们喊了很多年的分布式，实际上推进是比较慢的，主要原因跟我们的国情有关。但是现在新增的用户，尤其是江浙一带经济比较发达的地区已经有了新的需求，主要原因是电燃机改造的，天然气过去的柴油发电机，现在改成了柴油内燃机烧天然气，这种分布式的，价格很便宜，也很灵活，也可以实现小型，但是实现不了小型和高效，同时实现不了（零）排放，因为它有噪音的。江苏浙江队这种分布式的发电，居民是拒绝的。现在对我们国家新的需求，对于新的园区需求是需要供电、供热、供冷综合的系统，这也是未来发电企业智慧电厂、智慧能源供给系统的非常重要的组成部分。

真正实现高效的，化石燃料或者煤天然气，如图就是日本2030火力发电计划，它的目标有IGCC，再往前发展是AGSC，整体煤计划的发电，效率提高55%-60%，天然气也是联络循环1700度入温的，形成GTFC，天然气的联络循环发电，这些方面整个日本除了汽车交通意外发电企业也有长远的规划，进一步提高效率。

减排二氧化碳，由于它是低温转化，它650度，生成的碳就很少了，还有模块化组装。主要研发的单位美国、德国、日本、意大利这些都有，但是真正比较领先的是美国和日本还有德国。

在这里重点介绍一个高温燃料电池是固体氧化物燃料电池，今天就不讲了，重点讲熔融碳酸盐燃料电池未来是最接近燃料化的高温燃料电池。另外它形成系统，从煤、天然气发电到60%，综合效率接近90%，另外它的组成，如果容量再大可以组成一些更高效的循环，发电效率在58%、55%以上，这是刚才讲的小型高效。未来再大要整体煤气化的联合循环发电。

固体氧化物简单说一下，有北美的BloomEnergy作为代表的，还有欧洲和亚洲的，国内的潮州三环做的还不错，给BloomEnergy供一些原材料。刚才说的BloomEnergy的目前容量比较小，只有几千瓦，家庭用的尤其是一些家庭用的热电联供系统。

如图是个标志性的电站，韩国建了6千瓦的熔融碳酸盐燃料电池，是一个模块烧天然气，比较适合大型发电公司来做，实际上已经实现了工业化。

未来我们觉得大家都在讨论储能的问题，电网和能源互联网、个体智能电网之间的关系，实际上现在面临最大的问题还是可再生能源局部过剩，最后导致弃风弃光弃水的问题，实际上从季节性，比如现在搞化学电池储能，其他的机械储能怎么解决短时间的问题，解决每天甚至每周的问题，但是解决不了季节性问题。像风电和光伏很多是季节性的问题，现在智能电网最难的是如何进行季节性的储能和调节，比较好的办法还是电解制氢，通过氢这种大规模季节性的调节。欧洲也是这样做的，甚至将来将氢注入西气东输的天然气管道，通过天然气进行调节和运输，电力之所以西部的可再生能源，今天会议也邀请了石油的专家来，实际上西部的电要送到东部来，1800公里一万就不合算了，但是还有一条通道，过去是公路运煤还有一种是西气东输管道，把电变气通过管道送过来也是一种方式。

简要说一下清能院在这方面做的工作，还是做了将近20年的研发，源自电力工业部的部署，当时电力工业部90年代就关注高温燃料电池的发展，但是经过20多年的发展，现在应该说进展不是特别快，但是也取得了可喜的进展，现在也掌握了熔融碳酸盐燃料电池的核心材料，也组装出来了堆，开路电压、电流密度也都达到了国际水平，应该说目前规模跟国际上还有差距，但是技术指标已经差不多了，我们已经开发出国内首台十千瓦的燃料电池发电堆。如图是当时开发的2千瓦、5千瓦、10千瓦的熔融碳酸盐燃料电池燃料堆，还是很难的，难的原因是西方国家从90年代开始这项技术就对中国全面封锁，完全靠自主开发，现在也是。过去其他是禁运的，实际上这项技术一直是禁止的。当然也有好处，逼着我们自己从头开始开发了一些核心技术。

成本目前可以到1.2万/kw，未来可以控制在8000，8000块以下可以用微型燃机和天然气内燃机分布式发电，因为它的效率高就可以竞争了，所以未来的前景刚才已经讲了，国家在发展化石燃料，进一步提高效率，2030的重大项目里面也将15兆瓦和50兆瓦的MCFC作为重点的任务。

最后总结一下，氢能应该说是未来可再生能源发展的非常重要的项目技术，我们的可再生能源规模提高了，和智能电网之间是非常好的调节，可以实现季节性、大规模的储能。另外一个是燃料电池，燃料电池本身可以用天然气、煤气、沼气也可以用氢，过去说氢能燃料电池有时候是连在一起的，但是各有各的应用范围，今天借这个时间给大家汇报一下这方面的工作。谢谢大家！

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