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近日，以“碳路中國氫進萬家氫能世界綠色未來”為主題的2022山東氫博會系列活動：第二屆中日韓氫能產業(yè)高峰論壇，第二屆世界綠氫產業(yè)發(fā)展大會，首屆中國（山東）氫產業(yè)大會成功舉辦。陽光氫能科技有限公司市場營銷總監(jiān)應源作了主題為“雙碳目標下綠電制氫發(fā)展路徑”的演講。主要從綠氫發(fā)展前景展望、陽光氫能的綠氫解決方案、陽光氫能發(fā)展概況等三個部分進行了分享。
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130個國家和地區(qū)提出了碳中和目標，20多個國家制定了國家氫能發(fā)展戰(zhàn)略，預計到2025年制定氫能戰(zhàn)略國家GDP總和將超過全球總量的80%。全世界之所以大力發(fā)展氫能有三大驅動力，其一是深度脫碳，其二是經濟增長，第三是能源安全。
深度脫碳結合可再生能源制氫進行多場景示范應用，以能源結構清潔化轉型產業(yè)脫碳為核心目的，主要應對氣候變化為主。經濟增長擁有先進核心技術或氫能優(yōu)勢，通過技術出口或氫資源出口，以打造新的經濟增長為目標，打造氫能產業(yè)集群，培育新的經濟增長點。涉及到能源安全方面，展開國際間氫資源供應鏈與貿易，國內進行發(fā)電等綜合示范應用，替代石油煤炭等傳統(tǒng)化石資源，保障能源安全與技術優(yōu)勢。
可再生能源與氫協(xié)同發(fā)展是支撐雙碳目標的可行性路線。從歷史數(shù)據上看，二氧化碳排放有51%來自于發(fā)電與供熱，有28%來自于工業(yè)生產，有10%來自于交通領域。通過可再生能源制取綠氫，將可再生能源從電力端引向用戶終端，是解決脫碳的關鍵抓手。
從各大權威機構發(fā)布的數(shù)據來看，在2021年的數(shù)據上可以看出全球氫能總需求量達到9400萬噸，同比增長5%，在終端能源中占比2.5%，中國氫能需求量占比最高，且總體需求量穩(wěn)定。可以大膽預測，2030年全球氫氣需求量預計達到1.3億噸，中國為0.37億噸，全球低排放氫的產量可能達到每年1600萬到2400萬噸，其中一半以上將來自于可再生能源電解槽產生的綠氫。
從我國的國家層面上來看，目前國家氫能政策框架搭建初步完成，通過頂層設計+示范應用補貼+地方產業(yè)規(guī)劃，共同促進整個產業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展。我國沿海區(qū)域近年來海上風電大力發(fā)展，結合長三角珠三角發(fā)達的交通路網，形成綠色交通與綠色國際貿易產業(yè)，而在我國的北方以及西北、西部地區(qū)有著得天獨厚的風、光資源，通過風、光制氫結合傳統(tǒng)化工形成一條完善的產業(yè)結構鏈。
氫能在交通領域。隨著氫燃料電池的技術進步與快速降本，氫能重卡、軌道、航運、航空等將快速發(fā)展。
汽車領域。我國初步形成了京津冀、上海、廣東、河北、河南五大城市示范群格局。
低速車領域。近日，安泰創(chuàng)明、美團等也開展了氫能電動外賣車示范項目。
軌道交通領域。中車大同發(fā)布了中國自主研制的氫燃料電池混合動力機車，截至目前已在赤峰運行超過1萬公里。
船舶領域。目前尚未有實際案例。據交通運輸部水科院預計，2025年改造和新建數(shù)量分別約400艘和200艘。
傳統(tǒng)化工領域。通過可再生能源制氫，進而結合氮氣形成綠氨，不僅僅是重要的基礎化工原料，同時也是解決氫氣儲運難題的一種有效途徑。
在煤炭價格處于歷史高點時（1500-2000元/噸），傳統(tǒng)合成氨的成本將超過3000元/噸。此時在電價較低（0.2元/kWh)的區(qū)域，綠色合成氨的生產成本也可以與傳統(tǒng)合成氨相競爭。而在煤炭價格處于正常范圍時（700-900元/噸），傳統(tǒng)合成氨的成本范圍將在1900-2000元/噸。此時在電價非常低（0.1元/kWh)的區(qū)域，綠色合成氨的生產成本也可以與傳統(tǒng)合成氨相競爭。
氫-氨能源在化工、儲能、燃燒等方面應用逐漸展開。
國家《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》強調了氨的氫基儲能和低碳燃料屬性。從2021年開始，國內氫-氨聯(lián)合示范項目逐漸增多。
在低碳燃料方面，按照“光伏發(fā)電-電解水制氫-合成氨-氨運輸-火電廠摻氨燃燒”的技術路徑：通過逐步提高摻氨燃燒比例，達到有效降低火電廠二氧化碳排放和能耗總量的目標。目前，佛山、合肥和內蒙古均在推進氫-氨燃燒示范項目，包括發(fā)電、制陶等。
在儲能方面。福大紫金氫能開發(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過程中。
在化工領域。傳統(tǒng)大化工綠氫綠氨化目前正在加速，以內蒙、吉林等地大規(guī)模風光制氫示范項目為主。
陽光氫能的解決方案
傳統(tǒng)電解水行業(yè)應用場景有限，以小規(guī)模網電制氫為主，主要應用于火電廠、氣機冷卻以及半導體、浮法玻璃，而且技術的發(fā)展相對緩慢，電解槽發(fā)展近百年歷史，1000Nm3/h電解設備才剛剛得到應用。目前主要大規(guī)模應用的技術路線為堿性電解水技術路線，質子膜僅僅用于一些典型的示范項目，而SOEC則處于實驗室階段。
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)和問題？
挑戰(zhàn)一：技術成熟度和規(guī)?；a能力尚有待提高。在制氫電源方面，第三代功率半導體IGBT技術的規(guī)?；瘧眠€沒有形成，風光離網制氫電源的開發(fā)也剛剛起步，制氫電源和制氫裝置有很深的耦合性，但并沒有在市場引起足夠的重視。而在制氫裝置方面面臨性能評價標準不統(tǒng)一，同時目前大多數(shù)設備廠商還延續(xù)著原來的材料與結構，創(chuàng)新力不足，動態(tài)響應性的關注度也同樣不夠高。在解決方案上面，各類的耦合制氫方案現(xiàn)在還沒有得到大規(guī)模的應用。
挑戰(zhàn)二：未來大規(guī)模制氫對電網的影響。由前端的前景預測，可以看出電解水制氫未來將成為電力系統(tǒng)最大的負荷，占全社會用電的比例超過20%。而這對于電網的影響，就像我們之前傳統(tǒng)的光伏所經歷的幾個階段，脫網保護階段-適應電網階段-支撐電網階段-虛擬同步、能量平衡階段。
挑戰(zhàn)三：應用場景的轉變帶來從氫到電氫耦合的轉變。從網電、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)則的電力轉變成安全穩(wěn)定的氫能。這里所面對的問題主要是因為可再生能源的波動性以及間歇性的應對，可再生能源制氫對電網的友好性，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。
陽光電源專注于可再生能源制氫，由傳統(tǒng)的網電小規(guī)模制氫升級為可再生能源多種形式下的大容量多臺套制氫系統(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，第二是大容量多臺套制氫系統(tǒng)。第三是制氫能量管理系統(tǒng)。
陽光氫能一體化的解決方案是從制氫電源到制氫裝置，結合智慧能源、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。
第一個關鍵器件就是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鼍盎蝻L光直流耦合離網制氫場景。
第二個關鍵器件就是制氫設備。陽光氫能有兩個技術路線，一個是質子膜電解水制氫設備，第二個技術路線是堿性水電解制氫設備。質子膜可提供50-1000Nm3/h解決方案，陽光氫能的質子膜電解槽有5%~110%的寬功率運行范圍，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。陽光氫能的堿性電解水設備可提供500-1000Nm3/h以上解決方案，同時可以提供集裝箱或撬裝式方案，靈活適應各種場景。前段時間，1000Nm3/h堿性電解槽通過了必維國際能效認證，入選了首批領跑者行動白名單，品質可靠。
第三個核心部件是陽光智慧氫能管理系統(tǒng)。陽光智慧氫能管理系統(tǒng)是綠電制氫系統(tǒng)的“大腦”，實現(xiàn)多套制氫系統(tǒng)之間，制氫系統(tǒng)與多種能量來源之間的協(xié)調控制?；陲L光儲成熟的監(jiān)控管理平臺，陽光氫能自主開發(fā)的智慧氫能管理系統(tǒng)具備運行監(jiān)測、分析診斷、協(xié)調控制、運營管理四大功能。實現(xiàn)能量管理、運行管理、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)。
陽光氫能發(fā)展概況
陽光氫能隸屬于陽光電源，是陽光電源集團的全資子公司，陽光電源作為清潔電力轉換技術全球領跑者，成立于1997年，在2011年成為中國可再生能源電源行業(yè)首家上市公司，同時也是全球新能源企業(yè)100強，在全球150個國家與地區(qū)布局業(yè)務。
陽光電源的幾大核心業(yè)務主要聚焦在清潔能源領域，多業(yè)務協(xié)同發(fā)展，其中包括可再生能源制氫、光伏逆變器、新能源投資開發(fā)、儲能變流儲能系統(tǒng)、風電變流器、新能源汽車驅動系統(tǒng)、水面光伏系統(tǒng)、智慧運維、以及電動車充電設備、光伏清掃機器人等。
陽光氫能，致力于成為綠電制氫系統(tǒng)及解決方案全球領跑者。
陽光氫能從2016年開始成立了氫能研究小組，在全球各個國家與地區(qū)研究氫能的發(fā)展。
2019年集團成立了氫能事業(yè)部，2020年在合肥建立了可再生能源變功率制氫及氫儲能發(fā)電實證平臺并投運。
2021年陽光氫能注冊成立，同年公司發(fā)布了50Nm3/h質子膜電解槽以及成功投運了1000Nm3/h堿性電解水制氫系統(tǒng)，建成了電解水制氫系統(tǒng)綜合測試平臺。
2022年公司GW級制氫設備工廠投入使用。
陽光氫能始終專注于技術研發(fā)，持續(xù)推動技術進步與產品創(chuàng)新。
每年高強度的研發(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，專注于技術的探索與研究。
公司建立創(chuàng)新平臺，其中包括與大化所合建的質子膜制氫聯(lián)合實驗室，以及目前國內最大的電解水制氫綜合測試平臺，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能發(fā)電實證平臺。今年，公司獲得了必維國際頒發(fā)的首個國內1000Nm3/h堿性電解水制氫系統(tǒng)能效證書。剛剛提到的國內最大的電解水制氫系統(tǒng)綜合測試平臺，它具備有四大功能，其一是材料評價，其二是性能測試，其三是系統(tǒng)實證，其次是用戶培訓。
陽光產業(yè)園國內首個光伏離網變功率制氫及氫儲能發(fā)電實證平臺，主要是由647.28kW光伏+100Nm3/h制氫+50kW燃料電池發(fā)電+274kWh儲能構成，這個項目的意義主要在于光伏+儲能+電網多能互補，直流耦合制氫系統(tǒng)，通過陽光氫能自主開發(fā)的能量管理系統(tǒng)和數(shù)字化控制監(jiān)控平臺，可實現(xiàn)離網變功率制氫、自發(fā)自用余電上網制氫、谷電制氫等多種工作模式，通過氫儲能發(fā)電實現(xiàn)電-氫-電閉環(huán)。
