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国家电投氢能首席专家柴茂荣:兆瓦级高压PEM技术降低氢气成本

   2021-05-18 氢能观察张松氢能团队132850
核心提示:4月20日,在由氢能观察主办的CHEC2021世纪氢能与燃料电池产业大会上,国家电力投资集团氢能科技发展有限公司董事、首席技术官柴
4月20日,在由氢能观察主办的CHEC2021世纪氢能与燃料电池产业大会上,国家电力投资集团氢能科技发展有限公司董事、首席技术官柴茂荣针对“碳中和”目标下的我国氢能与燃料电池发展做出了总结和展望。



“碳达峰 碳中和”

2018年,我国二氧化碳排放98.39亿吨,占全球碳排放总量29.69%,人均6.98吨,是全球人均碳排放量的1.6倍。面对如此严峻的形势,我国提出了“碳达峰,碳中和”目标,由此,可再生能源开始走向历史舞台的中央。

根据我国目前的新能源建设情况,预估到2030年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上;非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右;风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。

受风光波动影响,氢储能被寄予厚望。但是,我国目前的氢能与燃料电池发展现状还处在起步阶段,在制氢和用氢上也需要先进材料和成熟技术的有力支撑。

目前国内比较成熟的制氢技术是碱式电解水制氢。同时,一项可以使理论发电量的所有电力都用来制氢的技术也正在被挖掘——SOEC。除此之外,国外企业在制氢方面更多使用的酸性PEM电解水制氢技术也正在被国内企业布局。

用氢上,主要是燃料电池的应用。我国目前以交通运输为主,车型基本为大巴车和货运车,运行方式基本为增程序,大锂电池(60-120KWh)配小电堆(30-60kW)。系统成本高,运行过程比功率耗氢量大。柴茂荣指出,国内目前并没有真正意义上的燃料电池汽车,更多的是将氢燃料电池作为一个“充电宝”来使用,没有将氢能作为汽车主动力。而真正的燃料电池技术是燃料电池直驱技术!即氢电强混技术,既解决了续航问题,又解决了锂电池安全性和锂资源不足的问题。

燃料电池的应用场景有固定电源用长寿命堆、增程式交通工具用电堆、直驱强混交通工具用电堆、飞行器等用空冷堆以及军事等用氢氧堆。针对不同用途,燃料电池的技术要求也不同,我国目前只完成了增程序燃料电池电堆及系统的开发,且大部分材料都依附于国外。


“只有实现从材料到关键技术的自主可控,才能实现成本可控!”柴茂荣介绍了国家电投氢能公司在材料开发上的3年战绩,实现了催化剂,质子膜,碳纸GDL,膜电极以及电堆组装的从材料到生产的整套生产工艺,并实现了千台级的量产;大巴车,大型无人机以及船舶等发电系统上实现示范应用;攻克了钛双极板的材料、加工、冲压、焊接和表面处理等工艺并实现量产,成为继丰田后全球第二个掌握该技术的厂商。

除此之外,开发兆瓦级大功率燃料电池也是绿色降本路径之一。目前的燃料电池发动机体积功率密度和燃油发动机还相差1倍,但如果考虑燃料电池发电效率,电动扭矩等,大致相当。

2015年前,我国燃料电池主要是示范样车为主,数量很少;2016年至2020年,清洁能源的普及使得燃料电池汽车快速增长,以城市大巴为主;2020年起,由于我国补贴政策的驱动,燃料电池应用进一步拓宽,将以商用车、重卡为主。

国家电投利用大型能源央企的技术优势,打通全产业链关键核心技术。实现材料级全自主化。性能指标对标丰田,价格以燃油发动机为最终标准。同时,国家电投开发了新的绿电制氢技术路线——兆瓦级高压PEM制氢技术,成本为国外的1/3以下。

最后,柴茂荣展望未来能源发展趋势,终端能源主要是电氢热三种形式,电氢为主,而未来能源是“清洁低碳安全高效”的电氢体系。在碳达峰碳中和的目标下,坚定不移地坚持绿氢路线,扩大绿氢的产业规模和应用途径,进一步降低绿氢的成本。
 
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