2025年之前化石能源制氢仍是我国考虑的主要目标

2020-07-30 13:38:30    来源:中国石油新闻中心    

我们提出来2025年之前还是化石燃料制氢作为最主要的,到了2050年以后因为可再生能源技术进一步提高之后就变成主要的了,化石能源制氢+CCS变成次要的了。就是刚才讲的最近20年基本化石能源制氢还是我们国家要考虑的主要目标。当然有的地方可以因地制宜,包括海南岛,我们和海南岛开过几次会以后,海南岛提出生物质制氢,生物质制氢对环境的污染超过了煤,后来我提出来,海南岛还是要解决交通运输,真正集中供电可以建两到三个点,码头很近。因为我们二氧化碳转化和制氢,煤方面是可以走一条路子的,通过煤的发电制氢把海南岛交通运输的氢解决掉,这是我们提出的一个模式。

7月24日,中国石化邀请国内氢能领域顶级院士、专家进行研讨,召开“氢能发展战略研讨会”,中国工程院院士,中国矿业大学教授彭苏萍作题为《中国氢能源与燃料电池发展战略研究》的演讲。

以下为演讲内容:

中国工程院院士,中国矿业大学教授彭苏萍:尊敬的玉卓董事长、尊敬的苏院士、马总,尊敬的各位院士、各位专家。特别感谢干勇院士对我的支持。

氢能和燃料电池,刚才讲到促使我的思考的过程,特别是中国石化集团来做这个方面就给我们一种思考,因为氢能作为一种清洁资源,无论是社会特别是普通人,因为可以变水,最清洁的能源,大家都向往。应该说我们还是归功于当时克林顿时期就提出氢能源的问题。后来到小布什时期就提出把氢能源拱一把,又拱到氢经济,应该说美国做了15年的努力还没拱起来。现在这么热实际上是能源企业,特别是我们化石能源企业在里面有作用的。

第一,2011年福岛事件之后日本北部地区电网是50赫兹,南部地区是60赫兹,他不相连,北部关了南部没电。日本就说十年普及燃料电池,为什么?因为它应用不够,日本是做补贴把它做起来的。中国对氢能的推动我讲的不一定对,董事长他们思维比我更敏感,实际上是一大堆煤化工企业产能相对过剩反过来思考怎么走。氢能以前能不能发展起来,一个是成本问题,一个是制氢成本,一个是用氢成本,我们两头都贵。第一块制氢成本当时是平均2.4元,用氢,燃料电池特别昂贵,所以用不起来,因为氢能不是烧,是要通过装置,这两块制约了氢能的发展。

中国以化石能源作为主体,我们现在将近占90%,这是中国一个很大的问题。煤、油气都是化石能源,在这方面如果能做出贡献可以改变目前能源工业发展在世界格局中我们的位置和影响。

氢能占中国能源10%左右,可能今后的主要点还是要放在交通,移动式的,目前来讲我们国家氢能是一个贵族能源,把它变成大众能源是我们要思考的。我们国家现在化石能源占的比例的关系,如果我们以煤为主,油气还占百分之十几,加起来就是70%左右。我们国家能源最后的终端用户63-67%是用于工业,我们和世界,我们交通占百分之十几,国际上的交通占23%左右,如果我们能把移动式上面考虑氢气的话,这是一个主要的点。

燃料电池有很多的种类,有质子交换膜,衣院士做了50多年研究。还有固体氧化物燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池,总的还是质子交换膜和固体氧化物燃料电池是重点,熔融碳盐燃料电池前几年做的比较好,但是使用的过程中产生的腐蚀性比较强,而且发电效率相对偏低,现在还需要进一步加强研究。这里面质子交换膜燃料电池启动比较快,能源领域比较适合,而且我们国家燃料电池几乎是质子交换膜为主体。固体氧化物燃料电池主要是用碳极材料,对现有的装置不改变,就是直接加天然气,加汽油都行,它的温度高,700度左右,质子交换膜就是90度左右,除了膜电极的问题,更主要是水液,100度以下蒸汽跑不掉。现在提出质子交换膜温度搞到200度以上,实际上我们国家还是采用100度以下的。固体氧化物燃料电池温度高,所以转化的效率、发电的效率相对要高一些,所以作为集中式发电,包括美国的重型卡车基本用固体氧化物燃料电池。

我们当时为了解决煤的问题,主要是搞固体氧化物燃料电池,所以我们主攻阳极、阴极和电解质,我们材料比较便宜。关键的部件就是封接件、连接件和电池的问题。我们的电解质单电池一个方的、一个长的,长的就是欧阳院士给你们的汽车增加机械强度,最后做成系统。

国内外氢能产业发展。全球的氢能产量每年7千万吨左右,刚才讲的是化工精炼、合成氨,刚才干勇院士说了含氢气体氢消费量4500万吨/年,主要是甲醇,现在也做到还原铁。2010年左右在宝钢科技部启动项目,我们课题组做脱氧膜,这个工作是钢铁行业比较大的,我当时和徐院长汇报,玉卓院士和我讲煤制氢成本能控制在0.6元左右,他说焦炉煤气可能更低,所以我们那个项目上的很顺利,徐院长是支持我们做这个事情的,他说焦炉煤气可能四五毛钱就能做到。

氢能更热的在亚洲,目前应该是日本、韩国和中国是世界上氢能推动主要力量。

世界上加氢站400多座,我们中国希望2030年是一千座以上,刚才干院士讲了吉林的经济条件不是很好,但是搞氢能的积极性很高的,我们也做过考察。开两代会期间我们还去山东省走了一圈。中国目前来讲各级政府是积极性高。

2019年全球燃料电池汽车保有量25000量左右,中国现在在推。去年陈清泰关于燃料电动车有自己的看法,所以我们燃料电池在里面还要积极努力工作。燃料电池车主要是乘用车,商用车比较少,一商用车都是政府买单。包括我们到有些地方的调查,现在加氢站少,基本上还是政府补贴。

燃料电池我们知道一停电可能只是效率变低一点,可能3000千瓦变成2999千瓦,这是燃料电池最大的优势,稳定性、可靠性很高的,所以现在世界上最重要的场所都在推广燃料电池,包括美国的医院现在也在推,因为不能做手术时候电停掉了,只不过亮度降低一点。我们国家最近五年进来的公司很多,前段时间我就想提出,中国做膜,包括东岳也做的不错,但是我们国家用的少,用的少发现问题就少,大家都想用国外的膜,所以限制我们国家技术向前走,所以今后要鼓励用国产的膜。包括我们大化所也做了很多的。

固体氧化物燃料电池2019年总装机500兆瓦SOFC。

这是硅谷,你和电厂可以无间距的,现在IGFC的发电方式和煤电发电方式完全不一样,占地面积只有常规电厂的1/20,用水量是常规电厂2%,洁净煤通过煤的气化这是可以选择的。现在我们讲超临界、超临界都做过,提高1-2个百分点,而这个发电实际上是煤的净输入电流从35%可以提高到55%,是20个百分点,现在我们国家虽然没做到,但是国外已经有例子做到了。

交通运输刚才讲了,包括潍柴他们已经和CeresPower提出了燃料电池发动机的概念,包括长城也是做燃料电池发动机了,这个就是一个非常好的趋势,一批大的企业能进到这个行业,因为以前搞燃料电池都是高校和研究单位,产业化水平是低的,做产业的工艺技术一定要走流水线。

中石油前段时间也在做,包括国家能源也在做,国电投动作也很快,包括中核现在也想做,这批企业都来做的话,我相信中国这个产业比我们想象的还要快,以前都是科技型的企业或者是高校、研究单位,包括我们做固体氧化物的,日本做到250千瓦,我们和国家能源集团要做500千瓦,我们做过十组测试,应该说现在8组已经运行超过1200个小时,高校和研究机构没法做这个测试,按照我们的评价他就可以认可我们的寿命可以达到8000小时。但是我们现在不敢讲,我们还在测,这个只有大的企业能支撑住。我们提出一些指标体系我们是能做到的,而且中国做起来比别的国家实实在在。

以上是我们课题组做的一些工作。

应该说我们国家发展氢能和燃料电池是从下到上都在热,应该说有很多的问题,但是只要下了决心这些问题都能解决,包括储气问题,包括制氢问题,欧洲讲你们加氢站一进来可能三体就可以合为一个了。储运的方面应该说一些关键装备的研究现在有很多单位都在做,我认为再干五年技术可以再上一个层次,技术爆发时期会很快到来。

当然我们做这个方面还是国际合作要加强,另外还有战略布局。这两年国家提出了可再生能源,蓝氢、绿氢的问题,我们专门算了一个账,化石能源制氢是最便宜的方法,化石能源制氢是中国人最熟悉的,日本氢能的计划他们有战略规划了,还是煤制氢是主线,因为煤制氢便宜。包括有的同志提出来可再生能源制氢,这个在目前20年范畴内还是有机会的。我算了个账,我们现在有很多的议论,包括化石能源+CCS+二氧化碳普及的还是这个方面最好,因为现在天然气制氢、煤制氢是我们去年的成果,今年的天然气是不是降价了我不知道。碳排放成本煤制氢还是第一,天然气制氢第二,化石燃料制氢+CCS大于可再生能源或者核电制氢。

我们想做的就是煤清洁化的问题,所以整体煤气化燃料电池这是最近中国做的。如果是蒸湿法的话就很简单了。我们制氢用固体氧化物燃料电池成本最低,耗电最少,而且我们基本上今年能做出10个千瓦,我们算了一下账,10个千瓦的单的元件一年可以销掉2500多方二氧化碳,把它转化成一氧化碳和氢气。就是一个小的箱子,刚才讲是200兆瓦的,我算了一下比例,我们可以做到和国外同样的,但是我们现在没有做,就是追求那个目标,按蒸湿法可以做,因为有很多化工企业,二氧化碳浓度很高。二氧化碳直接转化成化工原料就更好了。

现在世界包括Audi、Sunfire、FuelCellEnergy都在做,美国能源过剩,燃料电池发电没市场,所以反过来做二氧化碳了。美国为什么燃料电池做不下去,包括GE三起三落,因为美国能源过剩,中国就是能源质量太差,所以中国还有市场。我们和Bloomenergy交流他们感觉中国能源市场没有开放,补贴他们拿不到,国外进不来。去年他们说韩国给他们开放了,他们高兴得不得了。

燃料电池车用氢成本需控制在40元/公斤左右,其他的一些我就不再讲了。

所以我们提出来2025年之前还是化石燃料制氢作为最主要的,到了2050年以后因为可再生能源技术进一步提高之后就变成主要的了,化石能源制氢+CCS变成次要的了。就是刚才讲的最近20年基本化石能源制氢还是我们国家要考虑的主要目标。当然有的地方可以因地制宜,包括海南岛,我们和海南岛开过几次会以后,海南岛提出生物质制氢,生物质制氢对环境的污染超过了煤,后来我提出来,海南岛还是要解决交通运输,真正集中供电可以建两到三个点,码头很近。因为我们二氧化碳转化和制氢,煤方面是可以走一条路子的,通过煤的发电制氢把海南岛交通运输的氢解决掉,这是我们提出的一个模式。

刚才干院长和衣院士都讲了,我们还是一些基础的研究,关键材料和关键部件,汽车的问题,燃料电池电-电混合,当时提出燃料电池+电池今后可能是一个比较好的方式,商用车怎么走到乘用车,可以在商业化初期不依赖与加氢站的数量,我认为加氢站这个问题会推进的更快,欧洲现在已经开始这么做了。

固体氧化燃料电池国家投入太少,企业的参与度比较小,所以应该是说质子交换膜燃料电池在我们国家还是属于最成熟、运行最好的一个方面。这个方面我们所有东西是自己的,“卡脖子”卡不住了,而且我们国家的单电池,包括Bloomenergy买中国的,这个技术掌握在我们这里。而且我们现在的分解技术已经过关了,我把世界上的看过之后认为我们可能比国外还要好,固体氧化物最大的问题就是分解,因为温度高,分解容易泄漏,现在这个问题目前为止我们比较有把握,而且一致性比较好一些。最近国家能源集团、华能、大唐都在做,特别几个核工业要参与进来,像晋煤之类的。

固定发电、重卡和出能领域是SOFC/SOEC应用的主力场景,二氧化碳的排放问题你们是可以考虑的,中国还有1.7%的人没有用电,是用沼气去发电,我们还是想做一个大的发电系统。顾院士在这里,洁净煤的技术,当时我们希望做兆瓦级的,结果到科技部一搞,搞成2030年要求我们三百兆瓦级,我一看我说我们做常规发电站还是有很大的难度。

特别是油气制氢的成本,刚才讲中国天然气价格高,美国天然气价格是低的,所以今后电解制氢的成本1/3到1/4左右。管网的优势,掺氢做过实验23%对现有的管网不产生损伤,10%直接输送,德国要求10%,荷兰12%,法国6%,这个东西对你们来讲是非常简单的。

几年前我和顾院士两个人探讨过在化工厂的二氧化碳方面能不能做一些工作,现在我们正在做这个方面。我相信有大的化石能源企业的加入,我们的氢能比以前我们想象的会来得快、来得成熟,我认为我们在发展过程中看到的一些问题是能逐步解决的,这是我的一个信心。

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