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近日，以“碳路中國(guó)氫進(jìn)萬(wàn)家氫能世界綠色未來(lái)”為主題的2022山東氫博會(huì)系列活動(dòng)：第二屆中日韓氫能產(chǎn)業(yè)高峰論壇，第二屆世界綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會(huì)，首屆中國(guó)（山東）氫產(chǎn)業(yè)大會(huì)成功舉辦。陽(yáng)光氫能科技有限公司市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)總監(jiān)應(yīng)源作了主題為“雙碳目標(biāo)下綠電制氫發(fā)展路徑”的演講。主要從綠氫發(fā)展前景展望、陽(yáng)光氫能的綠氫解決方案、陽(yáng)光氫能發(fā)展概況等三個(gè)部分進(jìn)行了分享。
綠氫發(fā)展前景展望
目前氫能正在全世界發(fā)力發(fā)展，有超過(guò)130個(gè)國(guó)家和地區(qū)提出了碳中和目標(biāo)，20多個(gè)國(guó)家制定了國(guó)家氫能發(fā)展戰(zhàn)略，預(yù)計(jì)到2025年制定氫能戰(zhàn)略國(guó)家GDP總和將超過(guò)全球總量的80%。全世界之所以大力發(fā)展氫能有三大驅(qū)動(dòng)力，其一是深度脫碳，其二是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，第三是能源安全。
深度脫碳結(jié)合可再生能源制氫進(jìn)行多場(chǎng)景示范應(yīng)用，以能源結(jié)構(gòu)清潔化轉(zhuǎn)型產(chǎn)業(yè)脫碳為核心目的，主要應(yīng)對(duì)氣候變化為主。經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)擁有先進(jìn)核心技術(shù)或氫能優(yōu)勢(shì)，通過(guò)技術(shù)出口或氫資源出口，以打造新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)為目標(biāo)，打造氫能產(chǎn)業(yè)集群，培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。涉及到能源安全方面，展開(kāi)國(guó)際間氫資源供應(yīng)鏈與貿(mào)易，國(guó)內(nèi)進(jìn)行發(fā)電等綜合示范應(yīng)用，替代石油煤炭等傳統(tǒng)化石資源，保障能源安全與技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
可再生能源與氫協(xié)同發(fā)展是支撐雙碳目標(biāo)的可行性路線。從歷史數(shù)據(jù)上看，二氧化碳排放有51%來(lái)自于發(fā)電與供熱，有28%來(lái)自于工業(yè)生產(chǎn)，有10%來(lái)自于交通領(lǐng)域。通過(guò)可再生能源制取綠氫，將可再生能源從電力端引向用戶(hù)終端，是解決脫碳的關(guān)鍵抓手。
從各大權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)來(lái)看，在2021年的數(shù)據(jù)上可以看出全球氫能總需求量達(dá)到9400萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)5%，在終端能源中占比2.5%，中國(guó)氫能需求量占比最高，且總體需求量穩(wěn)定?？梢源竽戭A(yù)測(cè)，2030年全球氫氣需求量預(yù)計(jì)達(dá)到1.3億噸，中國(guó)為0.37億噸，全球低排放氫的產(chǎn)量可能達(dá)到每年1600萬(wàn)到2400萬(wàn)噸，其中一半以上將來(lái)自于可再生能源電解槽產(chǎn)生的綠氫。
從我國(guó)的國(guó)家層面上來(lái)看，目前國(guó)家氫能政策框架搭建初步完成，通過(guò)頂層設(shè)計(jì)+示范應(yīng)用補(bǔ)貼+地方產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，共同促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展。我國(guó)沿海區(qū)域近年來(lái)海上風(fēng)電大力發(fā)展，結(jié)合長(zhǎng)三角珠三角發(fā)達(dá)的交通路網(wǎng)，形成綠色交通與綠色國(guó)際貿(mào)易產(chǎn)業(yè)，而在我國(guó)的北方以及西北、西部地區(qū)有著得天獨(dú)厚的風(fēng)、光資源，通過(guò)風(fēng)、光制氫結(jié)合傳統(tǒng)化工形成一條完善的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)鏈。
氫能在交通領(lǐng)域。隨著氫燃料電池的技術(shù)進(jìn)步與快速降本，氫能重卡、軌道、航運(yùn)、航空等將快速發(fā)展。
汽車(chē)領(lǐng)域。我國(guó)初步形成了京津冀、上海、廣東、河北、河南五大城市示范群格局。
低速車(chē)領(lǐng)域。近日，安泰創(chuàng)明、美團(tuán)等也開(kāi)展了氫能電動(dòng)外賣(mài)車(chē)示范項(xiàng)目。
軌道交通領(lǐng)域。中車(chē)大同發(fā)布了中國(guó)自主研制的氫燃料電池混合動(dòng)力機(jī)車(chē)，截至目前已在赤峰運(yùn)行超過(guò)1萬(wàn)公里。
船舶領(lǐng)域。目前尚未有實(shí)際案例。據(jù)交通運(yùn)輸部水科院預(yù)計(jì)，2025年改造和新建數(shù)量分別約400艘和200艘。
傳統(tǒng)化工領(lǐng)域。通過(guò)可再生能源制氫，進(jìn)而結(jié)合氮?dú)庑纬删G氨，不僅僅是重要的基礎(chǔ)化工原料，同時(shí)也是解決氫氣儲(chǔ)運(yùn)難題的一種有效途徑。
在煤炭?jī)r(jià)格處于歷史高點(diǎn)時(shí)（1500-2000元/噸），傳統(tǒng)合成氨的成本將超過(guò)3000元/噸。此時(shí)在電價(jià)較低（0.2元/kWh)的區(qū)域，綠色合成氨的生產(chǎn)成本也可以與傳統(tǒng)合成氨相競(jìng)爭(zhēng)。而在煤炭?jī)r(jià)格處于正常范圍時(shí)（700-900元/噸），傳統(tǒng)合成氨的成本范圍將在1900-2000元/噸。此時(shí)在電價(jià)非常低（0.1元/kWh)的區(qū)域，綠色合成氨的生產(chǎn)成本也可以與傳統(tǒng)合成氨相競(jìng)爭(zhēng)。
氫-氨能源在化工、儲(chǔ)能、燃燒等方面應(yīng)用逐漸展開(kāi)。
國(guó)家《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》強(qiáng)調(diào)了氨的氫基儲(chǔ)能和低碳燃料屬性。從2021年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)氫-氨聯(lián)合示范項(xiàng)目逐漸增多。
在低碳燃料方面，按照“光伏發(fā)電-電解水制氫-合成氨-氨運(yùn)輸-火電廠摻氨燃燒”的技術(shù)路徑：通過(guò)逐步提高摻氨燃燒比例，達(dá)到有效降低火電廠二氧化碳排放和能耗總量的目標(biāo)。目前，佛山、合肥和內(nèi)蒙古均在推進(jìn)氫-氨燃燒示范項(xiàng)目，包括發(fā)電、制陶等。
在儲(chǔ)能方面。福大紫金氫能開(kāi)發(fā)的3kW氨制氫燃料電池正式交付，氨制氫加氫站目前正在推進(jìn)過(guò)程中。
在化工領(lǐng)域。傳統(tǒng)大化工綠氫綠氨化目前正在加速，以?xún)?nèi)蒙、吉林等地大規(guī)模風(fēng)光制氫示范項(xiàng)目為主。
陽(yáng)光氫能的解決方案
傳統(tǒng)電解水行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景有限，以小規(guī)模網(wǎng)電制氫為主，主要應(yīng)用于火電廠、氣機(jī)冷卻以及半導(dǎo)體、浮法玻璃，而且技術(shù)的發(fā)展相對(duì)緩慢，電解槽發(fā)展近百年歷史，1000Nm3/h電解設(shè)備才剛剛得到應(yīng)用。目前主要大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)路線為堿性電解水技術(shù)路線，質(zhì)子膜僅僅用于一些典型的示范項(xiàng)目，而SOEC則處于實(shí)驗(yàn)室階段。
傳統(tǒng)的制氫到可再生能源電解水制氫又面臨哪些挑戰(zhàn)和問(wèn)題？
挑戰(zhàn)一：技術(shù)成熟度和規(guī)模化生產(chǎn)能力尚有待提高。在制氫電源方面，第三代功率半導(dǎo)體IGBT技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用還沒(méi)有形成，風(fēng)光離網(wǎng)制氫電源的開(kāi)發(fā)也剛剛起步，制氫電源和制氫裝置有很深的耦合性，但并沒(méi)有在市場(chǎng)引起足夠的重視。而在制氫裝置方面面臨性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，同時(shí)目前大多數(shù)設(shè)備廠商還延續(xù)著原來(lái)的材料與結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新力不足，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性的關(guān)注度也同樣不夠高。在解決方案上面，各類(lèi)的耦合制氫方案現(xiàn)在還沒(méi)有得到大規(guī)模的應(yīng)用。
挑戰(zhàn)二：未來(lái)大規(guī)模制氫對(duì)電網(wǎng)的影響。由前端的前景預(yù)測(cè)，可以看出電解水制氫未來(lái)將成為電力系統(tǒng)最大的負(fù)荷，占全社會(huì)用電的比例超過(guò)20%。而這對(duì)于電網(wǎng)的影響，就像我們之前傳統(tǒng)的光伏所經(jīng)歷的幾個(gè)階段，脫網(wǎng)保護(hù)階段-適應(yīng)電網(wǎng)階段-支撐電網(wǎng)階段-虛擬同步、能量平衡階段。
挑戰(zhàn)三：應(yīng)用場(chǎng)景的轉(zhuǎn)變帶來(lái)從氫到電氫耦合的轉(zhuǎn)變。從網(wǎng)電、恒功率小規(guī)模到多種可再生能源大規(guī)模制氫，面臨如何將不規(guī)則的電力轉(zhuǎn)變成安全穩(wěn)定的氫能。這里所面對(duì)的問(wèn)題主要是因?yàn)榭稍偕茉吹牟▌?dòng)性以及間歇性的應(yīng)對(duì)，可再生能源制氫對(duì)電網(wǎng)的友好性，以及它的能量管理系統(tǒng)，還有電氫深度耦合的協(xié)同控制。
陽(yáng)光電源專(zhuān)注于可再生能源制氫，由傳統(tǒng)的網(wǎng)電小規(guī)模制氫升級(jí)為可再生能源多種形式下的大容量多臺(tái)套制氫系統(tǒng)。在我們的解決方案中有三大核心部件，其一是IGBT全控型制氫電源，第二是大容量多臺(tái)套制氫系統(tǒng)。第三是制氫能量管理系統(tǒng)。
陽(yáng)光氫能一體化的解決方案是從制氫電源到制氫裝置，結(jié)合智慧能源、智慧氫能管理系統(tǒng)，提供一整套的高效安全智慧的可再生能源制氫解決方案。
第一個(gè)關(guān)鍵器件就是IGBT全控型制氫電源。制氫整流電源利用IGBT全控型功率器件，將交流電或不穩(wěn)定的直流電轉(zhuǎn)換為電解槽所需要的直流電，適用于大規(guī)?？稍偕茉唇涣黢詈现茪鋱?chǎng)景或風(fēng)光直流耦合離網(wǎng)制氫場(chǎng)景。
第二個(gè)關(guān)鍵器件就是制氫設(shè)備。陽(yáng)光氫能有兩個(gè)技術(shù)路線，一個(gè)是質(zhì)子膜電解水制氫設(shè)備，第二個(gè)技術(shù)路線是堿性水電解制氫設(shè)備。質(zhì)子膜可提供50-1000Nm3/h解決方案，陽(yáng)光氫能的質(zhì)子膜電解槽有5%~110%的寬功率運(yùn)行范圍，直流電耗小于4.3kwh/Nm3 H2，而且可以采用集裝箱式一體化集成方案，快速布置。陽(yáng)光氫能的堿性電解水設(shè)備可提供500-1000Nm3/h以上解決方案，同時(shí)可以提供集裝箱或撬裝式方案，靈活適應(yīng)各種場(chǎng)景。前段時(shí)間，1000Nm3/h堿性電解槽通過(guò)了必維國(guó)際能效認(rèn)證，入選了首批領(lǐng)跑者行動(dòng)白名單，品質(zhì)可靠。
第三個(gè)核心部件是陽(yáng)光智慧氫能管理系統(tǒng)。陽(yáng)光智慧氫能管理系統(tǒng)是綠電制氫系統(tǒng)的“大腦”，實(shí)現(xiàn)多套制氫系統(tǒng)之間，制氫系統(tǒng)與多種能量來(lái)源之間的協(xié)調(diào)控制。基于風(fēng)光儲(chǔ)成熟的監(jiān)控管理平臺(tái)，陽(yáng)光氫能自主開(kāi)發(fā)的智慧氫能管理系統(tǒng)具備運(yùn)行監(jiān)測(cè)、分析診斷、協(xié)調(diào)控制、運(yùn)營(yíng)管理四大功能。實(shí)現(xiàn)能量管理、運(yùn)行管理、安全管理三大核心能力，打造高效、智慧、安全的綠電制氫系統(tǒng)。
陽(yáng)光氫能發(fā)展概況
陽(yáng)光氫能隸屬于陽(yáng)光電源，是陽(yáng)光電源集團(tuán)的全資子公司，陽(yáng)光電源作為清潔電力轉(zhuǎn)換技術(shù)全球領(lǐng)跑者，成立于1997年，在2011年成為中國(guó)可再生能源電源行業(yè)首家上市公司，同時(shí)也是全球新能源企業(yè)100強(qiáng)，在全球150個(gè)國(guó)家與地區(qū)布局業(yè)務(wù)。
陽(yáng)光電源的幾大核心業(yè)務(wù)主要聚焦在清潔能源領(lǐng)域，多業(yè)務(wù)協(xié)同發(fā)展，其中包括可再生能源制氫、光伏逆變器、新能源投資開(kāi)發(fā)、儲(chǔ)能變流儲(chǔ)能系統(tǒng)、風(fēng)電變流器、新能源汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、水面光伏系統(tǒng)、智慧運(yùn)維、以及電動(dòng)車(chē)充電設(shè)備、光伏清掃機(jī)器人等。
陽(yáng)光氫能，致力于成為綠電制氫系統(tǒng)及解決方案全球領(lǐng)跑者。
陽(yáng)光氫能從2016年開(kāi)始成立了氫能研究小組，在全球各個(gè)國(guó)家與地區(qū)研究氫能的發(fā)展。
2019年集團(tuán)成立了氫能事業(yè)部，2020年在合肥建立了可再生能源變功率制氫及氫儲(chǔ)能發(fā)電實(shí)證平臺(tái)并投運(yùn)。
2021年陽(yáng)光氫能注冊(cè)成立，同年公司發(fā)布了50Nm3/h質(zhì)子膜電解槽以及成功投運(yùn)了1000Nm3/h堿性電解水制氫系統(tǒng)，建成了電解水制氫系統(tǒng)綜合測(cè)試平臺(tái)。
2022年公司GW級(jí)制氫設(shè)備工廠投入使用。
陽(yáng)光氫能始終專(zhuān)注于技術(shù)研發(fā)，持續(xù)推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)品創(chuàng)新。
每年高強(qiáng)度的研發(fā)投入，注重選拔培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，并與各大高校院所合作，專(zhuān)注于技術(shù)的探索與研究。
公司建立創(chuàng)新平臺(tái)，其中包括與大化所合建的質(zhì)子膜制氫聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，以及目前國(guó)內(nèi)最大的電解水制氫綜合測(cè)試平臺(tái)，還有10米法EMC電波暗室，包括建成可再生能源變功率制氫及氫儲(chǔ)能發(fā)電實(shí)證平臺(tái)。今年，公司獲得了必維國(guó)際頒發(fā)的首個(gè)國(guó)內(nèi)1000Nm3/h堿性電解水制氫系統(tǒng)能效證書(shū)。剛剛提到的國(guó)內(nèi)最大的電解水制氫系統(tǒng)綜合測(cè)試平臺(tái)，它具備有四大功能，其一是材料評(píng)價(jià)，其二是性能測(cè)試，其三是系統(tǒng)實(shí)證，其次是用戶(hù)培訓(xùn)。
陽(yáng)光產(chǎn)業(yè)園國(guó)內(nèi)首個(gè)光伏離網(wǎng)變功率制氫及氫儲(chǔ)能發(fā)電實(shí)證平臺(tái)，主要是由647.28kW光伏+100Nm3/h制氫+50kW燃料電池發(fā)電+274kWh儲(chǔ)能構(gòu)成，這個(gè)項(xiàng)目的意義主要在于光伏+儲(chǔ)能+電網(wǎng)多能互補(bǔ)，直流耦合制氫系統(tǒng)，通過(guò)陽(yáng)光氫能自主開(kāi)發(fā)的能量管理系統(tǒng)和數(shù)字化控制監(jiān)控平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)離網(wǎng)變功率制氫、自發(fā)自用余電上網(wǎng)制氫、谷電制氫等多種工作模式，通過(guò)氫儲(chǔ)能發(fā)電實(shí)現(xiàn)電-氫-電閉環(huán)。
