在上海SNEC舉行期間，5月24日下午，國際儲能和氫能與燃料電池技術(shù)和裝備及應(yīng)用（上海）大會在浦東嘉里飯店召開。上海科學(xué)技術(shù)交流中心主任王震指出：隨著我們國家雙碳目標(biāo)的提出，氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也在我們國家能源體系、綠色低碳轉(zhuǎn)型過程中發(fā)揮了很重要的支撐作用，也成為推動能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源消費轉(zhuǎn)型升級的重要載體。我國正在形成氫能和儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)體系，創(chuàng)新能力得到了顯著的提升，產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)也初步凸顯，應(yīng)用場景也不斷豐富，應(yīng)用的示范成效初步顯現(xiàn)，氫能跟儲能的前景也將變得更為廣闊。
6位儲能與氫能領(lǐng)域“頂尖高手”專家發(fā)布了研究成就和對儲能及氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的獨到見解。
能源、環(huán)境、工業(yè)難題，綠色甲醇一招解決
中國科學(xué)院院士、大連化學(xué)物理研究所太陽能研究部部長李燦對綠氫產(chǎn)業(yè)和液態(tài)陽光綠色甲醇的產(chǎn)業(yè)進展進行了介紹。
中國科學(xué)院院士、大連化學(xué)物理研究所太陽能研究部部長 李燦
他認(rèn)為，目前氫能發(fā)展的瓶頸有多個：一是可再生電力離網(wǎng)、分布式分解水制氫，在技術(shù)上還有很大的挑戰(zhàn)；二是低成本、規(guī)模化分解水制氫還面臨障礙；三是安全、低成本和規(guī)模化的儲氫、運氫方式還有待持續(xù)發(fā)掘；四是對氫氣產(chǎn)出后的應(yīng)用還沒有太多場景設(shè)計，也就是說大量企業(yè)涌進來后，即使產(chǎn)出氫也不知道用來做什么。
而這些問題都可以用一招解決，那就是綠色甲醇。他介紹了綠色甲醇生產(chǎn)原理，通過綠電進行水電解，將氫原子提取出來，與二氧化碳進行化學(xué)合成。
李燦認(rèn)為，二氧化碳也是資源，把二氧化碳加氫可以制成液體燃料，包括甲醇、乙醇、烯烴、柴油、汽油，而甲醇最容易制成的產(chǎn)品，通常也被稱為“液態(tài)陽光”。
李燦院士主持的多個項目都與綠色甲醇有關(guān)。他詳細(xì)介紹了各個項目的情況以及在科研上的巨大進展。這個技術(shù)進行應(yīng)用之后，國際能源署立刻予以了關(guān)注。目前世界各地已經(jīng)有多個5-10萬噸綠色甲醇生產(chǎn)示范，我國目前有10個左右的項目在進行中，有的已經(jīng)投產(chǎn)。
關(guān)于綠色甲醇的應(yīng)用空間和價值，李燦院士闡明了三點。
第一，將二氧化碳資源化，解決工業(yè)剛性排放二氧化碳，規(guī)模化生產(chǎn)液態(tài)陽光甲醇，兼顧經(jīng)濟發(fā)展，并可減緩我國液態(tài)燃料短缺的局面。目前很多企業(yè)采用CCUS技術(shù)進行碳捕集，但收集起來之后如何處理一直有各種方案。而合成綠色甲醇這一技術(shù)是切實可行的規(guī)模化減碳的技術(shù)，因為每合成一度甲醇可以轉(zhuǎn)化1.375度二氧化碳。
不僅如此，因為甲醇也是重要工業(yè)原料，我國化工企業(yè)每年產(chǎn)8000萬噸甲醇，如果是用液態(tài)陽光甲醇路線合成來替代煤化工甲醇，則減排3-4億噸二氧化碳。
第二，作為氫能的載體，解決氫能制備、儲存和運輸?shù)陌踩院统杀締栴}。李燦院士介紹說：液態(tài)陽光甲醇應(yīng)用面很廣，交通領(lǐng)域中乘用車、商用車上可以把甲醇直接作為燃料。除此外，這一燃料當(dāng)前的市場主要是在船運，國際海運組織開始使用綠色甲醇，著名航運企業(yè)馬士基提出來每年要用600萬噸綠色甲醇，目前世界范圍內(nèi)的產(chǎn)能與之相比，缺口很大。
甲醇是由二氧化碳加氫氣合成而來，這一反應(yīng)過程倒過來就是放氫的反應(yīng)，每噸甲醇可以釋放18.75噸的氫氣，非常可觀。由此就產(chǎn)生了另一條應(yīng)用路線，用作氫的儲運方案，以降低成本和增強安全。李燦院士用甲醇儲氫和其他方式對比，高壓氣罐儲氫密度是有限的，可以達到5.6%，甚至到6.0%，但是那時壓力已經(jīng)非常高。液氫質(zhì)量儲氫可以達到10.0%左右，而甲醇儲氫則可以達到18.7%。現(xiàn)在多個加氫站考慮用甲醇作為載氫方案。
第三，可解決間歇性能源的規(guī)模化儲能和調(diào)峰問題，規(guī)模化消納可再生能源，解決棄風(fēng)、棄光的問題。李燦院士認(rèn)為，目前我國新能源發(fā)電發(fā)展非常快，這一趨勢之下，電力缺口不大，但是會有消納的難題存在。他提出一個思路：“POWER TO X”，意思是消納可再生能源電力到各種各樣的方向上，其中第一個方向就是化學(xué)燃料，把電能變成化學(xué)燃料，這個領(lǐng)域很大，其中包括合成燃料，還可以用到低碳和無碳工業(yè)工程領(lǐng)域，特別用來合成電解燃料。10萬噸甲醇相當(dāng)于6億度電，可消納700MW級光伏發(fā)電。利用電能制綠色甲醇具有很好的消納作用，而甲醇也將可以用來釋放能量，所以制作甲醇同時也是良好的儲能方式。
協(xié)同創(chuàng)新的重要性前所未有
國家電網(wǎng)能源研究院戰(zhàn)略與規(guī)劃研究所所長魯剛帶來了“碳達峰、碳中和能源電力與系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型路徑”的研究成果。
國家電網(wǎng)能源研究院戰(zhàn)略與規(guī)劃研究所所長 魯剛
他認(rèn)為，在雙碳目標(biāo)下，科技創(chuàng)新與常規(guī)的科技創(chuàng)新之間有非常大的區(qū)別。“因為碳達峰、碳中和時間窗口有限，對創(chuàng)新的節(jié)奏、力度，以及顛覆性技術(shù)成熟及產(chǎn)業(yè)化的時間都有明確的要求。所以能源、工業(yè)、建筑、交通等各個領(lǐng)域之間技術(shù)創(chuàng)新的集成性、協(xié)同性、融合性就越來越重要。”
他用“三角”來比喻科技創(chuàng)新與雙碳轉(zhuǎn)型路徑之間的關(guān)系，三角是由能源、經(jīng)濟、環(huán)境組成：經(jīng)濟需要新發(fā)展格局，能源需要能源體系，環(huán)境需要雙碳目標(biāo)達成。這樣就形成可持續(xù)發(fā)展的三角。單就能源來說，目前正面臨著能源發(fā)展的安全性、清潔性、經(jīng)濟性、可負(fù)擔(dān)性，以及儲備性協(xié)同發(fā)展的難關(guān)。
利用國家電網(wǎng)能源研究院開發(fā)的國網(wǎng)能源電力規(guī)劃平臺，運用其中的技術(shù)工具，分析了整個的路徑與技術(shù)一體化布局。魯剛公布了他們的研究成果。
他說，“必須在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與能源體系同步優(yōu)化之中找到綜合性的路徑。在工業(yè)完整體系保持穩(wěn)定的前提之下，從目前的制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變，要求我們的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型要密切耦合。”
從目前到碳達峰階段，他提出一個觀點：“主動達峰，峰值不能過高，高了會帶來比較大的成本。電力排放峰值每提高1億噸，碳中和階段成本就提高1%左右。”他建議，工業(yè)、建筑、交通應(yīng)該依次達峰，然后是電力的達峰，這一順序有利于全社會的整體達峰。
從碳達峰到碳中和階段，他認(rèn)為，技術(shù)轉(zhuǎn)型宜先慢后快，為技術(shù)升級留有足夠的窗口，降低成本。在整體路徑下，不僅有行業(yè)之間的協(xié)同，更應(yīng)該有區(qū)域之間的協(xié)同。他還強調(diào)說，新型電力系統(tǒng)要與氫能、儲能等裝備的布局進行協(xié)同，這樣容易找到更合適的碳中和策略。
在此基礎(chǔ)上，他強調(diào)了氫能與儲能的不可或缺，并詳細(xì)闡明了氫能與儲能在路徑中的作用。他說：“從未來視角，新能源發(fā)展更需要的不是短周期儲存，是長時、跨季的儲能，氫能、甲醇都是跨儲能的代表。如果2030年能實現(xiàn)突破，意味著未來新能源裝機可以大幅增加，煤電退出節(jié)奏加快。”
他談到了氫能對路徑有兩個方面的影響：一是，如果氫能的發(fā)展技術(shù)經(jīng)濟性達不到預(yù)期的水平，意味著終端部門，工業(yè)、建筑、交通未來不得不繼續(xù)依靠電力，未來的發(fā)展將會進一步把低碳的壓力傳導(dǎo)給電力系統(tǒng)，意味著新能源裝機壓力更大。二是對新能源波動性的長期消納問題，如果氫能不及預(yù)期，會對跨周期消納產(chǎn)生更大的顛覆性影響，對于新能源未來的發(fā)展模式、商業(yè)模式都會產(chǎn)生較大的影響。他認(rèn)為，以氫能為代表的一系列跨季節(jié)的儲能技術(shù)突破將帶給整個路徑轉(zhuǎn)折性的變化。
他說，未來新技術(shù)新模式新業(yè)態(tài)將培育現(xiàn)代能源經(jīng)濟的新引擎，拉動、帶動作用遠遠高于過去的電力發(fā)展，未來的業(yè)態(tài)模式也將極為豐富。
氫能國家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有103項
氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會主任、中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院原院長馬林聰做了名為《“氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化體系路徑》的報告，分享了氫能標(biāo)準(zhǔn)化工作情況。
氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會主任、中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院原院長 馬林聰
他說，目前已經(jīng)有二十多個國家公布了氫能戰(zhàn)略，綠氫成為部署氫能方面重要的關(guān)鍵點，氫能終端應(yīng)用也逐漸擴大，現(xiàn)在不僅僅在交通運輸領(lǐng)域，氫醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、冶金、氫儲能各個方面都是氫的應(yīng)用空間。我國的氫產(chǎn)能目前已經(jīng)達到3000多萬噸，未來到2060年要達到1.3億噸才能滿足氫需求。
巨大的產(chǎn)業(yè)空間需要標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化來支撐，沒有標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)業(yè)、創(chuàng)新、產(chǎn)品控制、檢測、貿(mào)易各個方面都會存在問題。現(xiàn)在除了國家氫能標(biāo)委會以外，各個省也開始在建立，上海已經(jīng)專門成立氫能標(biāo)準(zhǔn)化委員會。
馬林聰說，已經(jīng)制定發(fā)布的氫能領(lǐng)域國家標(biāo)準(zhǔn)有103項，以基礎(chǔ)通用、氫安全、氫制備、氫儲運、加氫站、氫能應(yīng)用六大方面進行分類，基本上涵蓋了制儲運加用全產(chǎn)業(yè)鏈。隨著技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)鋪開，需要細(xì)化的標(biāo)準(zhǔn)以更快速度來制定。尤其是建立健全氫能全產(chǎn)業(yè)鏈安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，政策已經(jīng)提出要求。
他還介紹了與氫能相關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)工作，除了TC309是氫能國家標(biāo)準(zhǔn)；TC342是全國燃料電池及液流電池標(biāo)委會，TC114是汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會燃料電池汽車標(biāo)準(zhǔn)。另外還有氣瓶標(biāo)委會、鍋爐壓力容器標(biāo)委會等關(guān)聯(lián)性標(biāo)委會。另外TC288是全國安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會，事涉安全，也尤其受到關(guān)注。
除此外，還有各行業(yè)發(fā)布了63項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，分布在能源、機械、石油化工、氣象、化工與電力行業(yè)，涉及工業(yè)氣體、氫提純與分離等等方面，也都與氫能產(chǎn)業(yè)有一定關(guān)聯(lián)。
除了國標(biāo)，還有團標(biāo)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，馬林聰說，氫能標(biāo)委會也輔助性利用一些團體的平臺，或者是聯(lián)合一些企業(yè)和機構(gòu)完成團體標(biāo)準(zhǔn)制定。他希望更多企業(yè)一起為形成中國技術(shù)特色、技術(shù)水平的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮力量。
專撿氫能“卡脖子”技術(shù)進行研發(fā)
國家電投集團氫能科技發(fā)展有限公司技術(shù)總監(jiān)梅武介紹了他與團隊在氫燃料電池和制氫方面一系列的研發(fā)成果。
國家電投集團氫能科技發(fā)展有限公司技術(shù)總監(jiān) 梅武
他認(rèn)為，氫能產(chǎn)業(yè)特征是產(chǎn)業(yè)鏈長、技術(shù)領(lǐng)域跨度大，目前技術(shù)瓶頸還沒有打通。“國家電投的氫能業(yè)務(wù)有幾個方向：技術(shù)升級迭代、充分驗證技術(shù)經(jīng)濟性、產(chǎn)業(yè)鏈的綜合優(yōu)化。總體目標(biāo)是希望通過氫能化工和氫能交通結(jié)合起來，把技術(shù)鏈、產(chǎn)品鏈，以符合商業(yè)邏輯的方式進行規(guī)模化示范推廣，帶動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級。”
“我們從基礎(chǔ)的核心技術(shù)開始，選擇被卡脖子技術(shù)來研發(fā)。以產(chǎn)業(yè)基地來布局，在寧波做裝機板和水冷動力電池的產(chǎn)線，在武漢做膜的產(chǎn)線，在佛山做碳紙和膜增強材的產(chǎn)線，在濟南主做發(fā)電功能，在長春做PEM制氫裝備的產(chǎn)線，以產(chǎn)業(yè)基地規(guī)模化形式來實現(xiàn)降本。”
國家電投集團氫能業(yè)務(wù)主要聚焦氫燃料電池和電解水制氫。梅武先介紹了電解水制氫情況。國家電投側(cè)重的是PEM制氫技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化，從催化劑、膜、基板來做技術(shù)升級。經(jīng)過實踐發(fā)現(xiàn)，將高性能的膜投入，設(shè)備投資成本和耗電成本會得到明顯的降低，目前他和團隊關(guān)注的是制氫系統(tǒng)可靠性和耐久性。
國氫科技在2022年開發(fā)了兆瓦槽，變載從10%到130%。目前兆瓦級系統(tǒng)已經(jīng)在吉林長春中韓示范區(qū)應(yīng)用，制氫加氫一體站每天制氫，供應(yīng)國家電投的氫能大巴在市區(qū)運營。
他透露消息說，2024年6月份國家電投會啟動綠氫綠氨大型項目，是全世界最大的綠氨項目，“國家電投將在這一項目中引領(lǐng)國內(nèi)PEM制氫裝備的低成本化，50兆瓦容量將近2.9億人民幣，目前是世界上投標(biāo)最便宜的一個。”
在氫燃料電池方面，梅武介紹說，國家電投也在進行關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)，包括高性能催化劑、高溫耐久質(zhì)子膜等。他認(rèn)為鈦基雙極板尤其具有挑戰(zhàn)性。
他介紹了氫燃料電池研發(fā)和生產(chǎn)的階段性成果：一是線性電推研發(fā)完成，二是燃料電池系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于大巴、中重型的卡車，三是在武漢、長春、佛山正在做包括物流、環(huán)衛(wèi)車等輕型車推廣；四是與商飛等企業(yè)合作氫能無人機，目前正在為山東海上風(fēng)電場研發(fā)巡檢無人機。
他說，國氫科技目前已經(jīng)在湖北、廣東、山東、浙江、北京啟動氫能交通運營平臺，后續(xù)要在河南、長春做這樣的平臺，以推動氫能產(chǎn)業(yè)運轉(zhuǎn)更加流暢。
未來五年儲能裝機將實現(xiàn)50%-60%的復(fù)合增長
中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟常務(wù)副理事長俞振華帶來了《“中國產(chǎn)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的進展》報告，分享了儲能的行業(yè)變化。
中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟常務(wù)副理事長 俞振華
在儲能領(lǐng)域，中國已投運59.8GW，新增16.5GW，去年同比增長114%，抽蓄9.1GW，新型儲能7.4GW。新型技能累計的規(guī)模是13.1GW，新增的規(guī)模超過了過去十年累計的綜合。
規(guī)模化發(fā)展目前已有很清晰的信號，“去年百兆瓦的項目有20余個投運，前年累計百兆瓦的數(shù)目則不到9個；在建的百兆瓦項目去年有400多個，GW級項目有7個，這些項目陸陸續(xù)續(xù)從今年開始會進入到電力市場。規(guī)模化發(fā)展目前來看是大勢所趨。”
就技術(shù)而言，儲能的特色是技術(shù)路線眾多，中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟定義了14類不同的儲能技術(shù)，包括儲電、儲熱、儲氫。因為應(yīng)用場景、技術(shù)路徑的復(fù)雜，技術(shù)路線也在不斷細(xì)化、分化，聯(lián)盟以四個不同的維度“應(yīng)用、系統(tǒng)、單元、材料”來進行分類。
他說，隨著規(guī)模化的發(fā)展起量，已經(jīng)開始進入到充分競爭。從整個產(chǎn)業(yè)鏈角度來說，充分競爭之后會出現(xiàn)兩個短板：一是在最下游，怎么能夠通過商業(yè)模式解決可持續(xù)發(fā)展或者說收益問題，這個在未來會隨著場景出現(xiàn)細(xì)分。二是原材料的波動。“同樣的問題在氫能也在出現(xiàn)，氫能和儲能本身是一個技術(shù)，未來都是類似的產(chǎn)業(yè)鏈。”
他說，隨著風(fēng)電光伏的技術(shù)進步和規(guī)模化發(fā)展，目前來看今年儲能會保持快速增長持續(xù)的趨勢。未來的五年，將實現(xiàn)50%-60%的復(fù)合增長，2027年預(yù)計儲能總裝機到97GW，理想場景總裝機到138GW。
液流電池是長時儲能最有前景的技術(shù)
中國科學(xué)院院士、南方科技大學(xué)碳中和能源研究院教授趙天壽以視頻形式參與了會議，他對比了多種儲能技術(shù)，論證了液流儲能的優(yōu)勢，特別在長時儲能方面的應(yīng)用與潛力。
趙院士介紹說，新型電力系統(tǒng)的儲能裝置需要不同時長的儲能技術(shù)，從分秒級、小時、天、季節(jié)，甚至跨年各種時長的儲能技術(shù)。目前來看長時儲能技術(shù)是最大的缺口，是儲能技術(shù)研發(fā)的重要方向。
除了低成本、長壽命、高效率之外，構(gòu)建新型的電力系統(tǒng)對儲能還有幾個苛刻要求，首先要規(guī)模化，需要的是電網(wǎng)級的儲能；第二，儲能裝置要安全；第三，由于太陽能和風(fēng)能本身是分散的，所以在儲能裝置的選址方面要簡單、容易，不應(yīng)該有地域的限制。他認(rèn)為，液流電池本質(zhì)安全，沒有地域的限制，容量與功率解耦，這樣的特征使它特別適合大規(guī)模、高安全、長時儲能，但其推廣應(yīng)用要降低其成本。
趙院士介紹了他所從事的流體電池的研究情況。“過去30年來我做的研究主要包括燃料電池、液流電池、金屬空氣電池等，統(tǒng)稱為流體電池。流體電池面臨著最大的問題，它不僅僅是一個電化學(xué)反應(yīng)的問題，同時它又牽涉到傳輸。我通過熱物理和電化學(xué)交叉的視角，來研究其機理、方法，構(gòu)建了熱-電化學(xué)耦合理論，提出電極至整個電堆的理性設(shè)計方法，可以提高其液流電池的性能，降低成本，最終推動其商業(yè)的應(yīng)用。”
其中電極是電池非常關(guān)鍵的核心部件，技術(shù)需求是表面活性高，同時還兼有穩(wěn)定性。趙院士通過發(fā)展硼摻雜表面的工藝，提高表面提高電化學(xué)的活性，而且這種工藝適合于大規(guī)模的生產(chǎn)。電極研發(fā)另一個方向是改善結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的電極結(jié)構(gòu)是多孔結(jié)構(gòu)，但是當(dāng)面積提高時，流動也會增大。趙院士發(fā)明了多尺度的電極，流阻很小，實現(xiàn)了電極比面積及滲透率的解耦，能量密度得到了提高。
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