中國儲能網(wǎng)訊：5月24日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦，200余家機構(gòu)共同支持的第十一屆中國國際儲能大會在杭州洲際酒店召開。此次大會主題是“堅守儲能安全底線，推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。來自行業(yè)主管機構(gòu)、國內(nèi)外駐華機構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構(gòu)等不同領(lǐng)域的718家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，1952位嘉賓參加了本屆大會，其中88家企業(yè)展示了儲能產(chǎn)品。
在5月26日下午的“氫儲能與燃料電池”專場，浙江浙能技術(shù)研究院有限公司高級工程師鄔榮敏分享了主題報告《高溫氧化物燃料電池技術(shù)及浙能研發(fā)進展》。經(jīng)演講人本人授權(quán)同意，小編整理了演講速記，并將速記內(nèi)容分享如下：
鄔榮敏：各位專家、領(lǐng)導下午好！
我們的報告題目是《高溫氧化物燃料電池技術(shù)及浙能研發(fā)進展》，
我們將從以下五個方面分享本次內(nèi)容：一、浙能集團氫能產(chǎn)業(yè)鏈；二、高溫氧化物燃料電池技術(shù)概況；三、燃料電池相關(guān)項目和技術(shù)介紹；四、浙能在建實驗平臺以及未來中短期的展望。
一、浙能集團-氫能產(chǎn)業(yè)鏈
浙能集團成立于2001年，是省屬國企，總部在杭州，主要從事電源建設、電力熱力生產(chǎn)、石油、煤炭、天然氣的開發(fā)、貿(mào)易和流通、能源科技、能源服務和能源金融等業(yè)務。截至這個月，浙能集團累計發(fā)電總裝機大概在36.7GW，其中煤電裝機29GW、光伏裝機1.76GW、風電裝機668兆瓦。2020年一整年，浙能集團的發(fā)電量、供煤量、供天然氣量在浙江省內(nèi)占比分別為50%、40%、75%。
回到氫能產(chǎn)業(yè)鏈，我們從比較通用的氫能產(chǎn)業(yè)鏈的圖里面，可以看到氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括氫氣源、氫儲、加氫、氫能利用等多個過程。浙能集團在氫能合作、加氫站建設、氫能儲運工作、氫能技術(shù)合作研發(fā)方向都有所涉略。浙能技術(shù)研究院主要是開展氫能技術(shù)的合作研發(fā)，旗下主要相關(guān)部門包含能源化工研究所、氫能油氣研究所和新能源研究所。
下面主要介紹一下浙能在氫能產(chǎn)業(yè)鏈方面的合作和成果。
在2017年和2018年，浙能集團陸續(xù)和中科院上海硅酸鹽研究所、中科院寧波材料所組建聯(lián)合研發(fā)中心，雙方共同在新能源領(lǐng)域、儲能領(lǐng)域包括氫能領(lǐng)域共同開展科技創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化工作。到2019年7月，浙能和浙江嘉化能源化工股份有限公司合作建立國內(nèi)首個商用液氫工廠，這是長三角區(qū)域首個工業(yè)副產(chǎn)氫（音）的液化提純制備項目，規(guī)模是每小時1立方液態(tài)氫，約合每天1.5噸左右，這個項目的建立有推動了浙江省能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，也保障了氫能的穩(wěn)定供應，加快了浙江省內(nèi)氫能綠色交通的應用推廣。
到2019年底，浙能建成并投運了浙江省首座具備加氫功能的綜合供能服務站，位于嘉善客運中心。截止到目前，浙能已經(jīng)建成綜合供能服務站212座，在建綜合供能站91座。這里面目前已經(jīng)建成的加氫站10座、液氫加氫站1座。座以上的不包括浙江，到目前為止浙江有10座以上的。
到2020年5月，浙能和中國航天科技集團101所展開合作，合作成立了浙江浙能航天氫能技術(shù)有限公司，成為了浙能集團首個涉氫工程的項目實施單位。在去年的10月份。國內(nèi)首個省級專業(yè)氫能學術(shù)團體——浙江省氫能學會成立，浙能集團董事、總經(jīng)理、黨委委員范小寧是當時學會的理事長。去年10月份，浙能長興產(chǎn)業(yè)園舉辦了第三屆亞洲氫能與燃料電池汽車技術(shù)裝備展覽會暨論壇，并主辦其中的嘉興站及基礎(chǔ)設施分論壇。總體而言，浙能秉承開放合作的態(tài)度，相信在目前碳達峰碳中和的大背景下，在氫能領(lǐng)域的參與度會越來越深。
二、高溫氧化物燃料電池技術(shù)
浙能技術(shù)研究院有限公司成立于2009年，在杭州余杭，是浙能集團直屬并全資擁有的企業(yè)研究院。目前研究院在燃料電池領(lǐng)域比較關(guān)注的是高溫固體氧化物燃料電池技術(shù)，所以我在此也簡單分享一下我們對技術(shù)原理特點、國內(nèi)外研究情況的一些調(diào)研。
固體氧化物燃料電池其實跟所有燃料電池一樣，都是將燃料中的化學能通過電化學反應轉(zhuǎn)換成電能的一個裝置，它和別的燃料電池不同的主要特別是它在高溫環(huán)境下運行，對燃料的純度要求低、效率高，也不需要貴金屬的催化劑。
從歐洲核能機構(gòu)這張不同發(fā)電技術(shù)理論效率和對應規(guī)模的統(tǒng)計圖中，我們可以看出燃料電池能夠在比較低的發(fā)電規(guī)模下達到比較高的發(fā)電效率，其中固體氧化物燃料電池的效率是特別出色的。另外一方面，高溫氧化物燃料電池尾氣溫度比較高，可以和其他的設備，比如說可以和燃氣輪機設備一起發(fā)電。
從應用的角度，目前來看SOFC系統(tǒng)有三個比較合適的應用方向：包括日本的Ene-Farm、德國Sunfire發(fā)電系統(tǒng)，這種是比較小型的分布式發(fā)電站。在這種小型的分布式發(fā)電站里面，SOFC可以很好地發(fā)揮燃料電池小規(guī)模、高效率的優(yōu)勢；第二種是比較大動力的叉車或者重卡、無人機場景；第三個方向是利用它的高能量尾氣開展的大型連鎖發(fā)電技術(shù)，就是和燃氣輪機、整體煤氣化裝置來聯(lián)合發(fā)電。
我們從國外的情況來介紹一下SOFC系統(tǒng)應用。日本目前是以小型家用熱電聯(lián)供的商用產(chǎn)品為主，并且有向250kW或者更高功率的設備上開展研究。目前日本家用熱電聯(lián)產(chǎn)設備最大的發(fā)電功率是700W，售價大概1.63萬美元，折合人民幣10萬元左右。感覺在沒有政策支持的情況下，相對來說還是比較昂貴。目前韓國是以推進大型的商用燃料電池電站為主，有落地的兆瓦級SOFC和大型發(fā)電系統(tǒng)公園等。
美國的BE公司是SOFC主要的生產(chǎn)商，去年一年BE公司將近1/3的訂單輸出給韓國，它也是具備非常大型的kW和MW級發(fā)電站建設能力。另外歐洲有眾多SOFC相關(guān)研究項目，以示范項目為主，但商用場景會比較少一些。
我們收集了國內(nèi)相關(guān)各大院校的企業(yè)公開信息，近年來SOFC發(fā)展迅速，像潮州三環(huán)、濰柴動力、國家能源集團等集團在SOFC方面都有研究，可能它沒有過多公開相關(guān)信息，所以我們也沒有列舉在這里。
首先我們可以看到國內(nèi)SOFC的發(fā)展完全離不開中科院各大院所的持續(xù)攻關(guān)。中科院各研究所持續(xù)的研究，給國內(nèi)SOFC產(chǎn)業(yè)帶來了非常堅實的研究基礎(chǔ)。早在2013年寧波材料所和上海硅酸鹽研究所陸續(xù)開展了1kW到5kW發(fā)電系統(tǒng)的演示運行。同時國內(nèi)高大高校收獲非常多，比如說清華、礦大、蘇州華清，在2018年就有一個新聞，說實現(xiàn)了首個以煤為原料的15kW固體氧化物燃料電池SOFC項目。華中科技大學在2018年到2019年也實現(xiàn)了自主研發(fā)的kW級SOFC發(fā)電系統(tǒng)。到今年年初，寧波索福人公司實現(xiàn)kW級SOFC系統(tǒng)發(fā)電運行，也給行業(yè)帶來更多的信心和憧憬。從我的角度看來，國內(nèi)SOFC的發(fā)展是多頭并進，而且成果非常豐碩。其實在系統(tǒng)參數(shù)方面，總體跟國外差距沒有非常大，但多數(shù)的項目都是目前以示范為主，沒有看到公開報道長時間運行的案例，這跟SOFC目前沒有太多的商用的“必須應用”SOFC的場景也有關(guān)系。也是因為沒有公開報道的長時間運營的案例，所以大家普遍對系統(tǒng)長期運行的穩(wěn)定性存在一定質(zhì)疑。
研究院針對國內(nèi)當前燃料電池的情況，結(jié)合我們集團的發(fā)展方向，多部門協(xié)同開展燃料電池方面，希望以示范擴大、生產(chǎn)應用為目標的研發(fā)、試驗、示范和應用工作。研究院目前的合作多數(shù)是以科技項目的形式展開，現(xiàn)在在研項目有3個，已結(jié)題項目1個，現(xiàn)有項目主要是跟浙江大學、中科院寧波材料所、索福人公司等開展合作。同時我們逐步開展氫燃料電池綜合實證平臺的建設。
接下來我簡單介紹一下研究院在燃料電池方面的合作和參與。首先這是中科院寧波材料所產(chǎn)出的SOFC電池片和相關(guān)的測試圖表，這里面包括500kW和1kW的電堆實物和電池片的測試情況。我們研究院多次去寧波材料所現(xiàn)場學習和交流，也非常認可材料所在SOFC方面的技術(shù)積淀和成果。
研究院目前也正在開展燃料電池相關(guān)測試臺和平臺建設的相關(guān)工作。針對固體氧化物，畢竟它是600-1000度高溫運行的裝置，所以我們會分析測試實證平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和安全因素，來開展高溫SOFC系統(tǒng)的測試工作和長期示范，并進一步探究裝置的穩(wěn)定性、安全性，包括在高溫燃料電池系統(tǒng)建設過程、運行過程中會不會存在困難和表現(xiàn)等。
未來，我們也計劃在系統(tǒng)集成方面，在SOFC方向展開進一步的研究。現(xiàn)有系統(tǒng)集成方向，我們之前跟浙江大學有合作，在質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)上，針對系統(tǒng)控制界面、分壓觀測器設計，通過阻抗譜來研究電池片的故障等等方向有一些相關(guān)的成果。因為高溫SOFC在高溫區(qū)只能放置熱電偶來測試溫度，在氣壓氣流方面的研究，我們也希望能夠進一步開展長期的運行分析和安全故障檢測方面的工作。
在系統(tǒng)運行方面，浙能和索福人合作定制了一套25kW級SOFC發(fā)電系統(tǒng)。索福人之前在年初已經(jīng)開展初步測試，浙能也希望后續(xù)在實證平臺上能夠開展系統(tǒng)的長期實證，持續(xù)開展包括經(jīng)濟分析、熱電聯(lián)供方案策劃相關(guān)的工作。
這幾張圖是系統(tǒng)前期測試、系統(tǒng)仿真，包括研究院針對固體氧化物燃料電池系統(tǒng)開展模擬仿真的一些數(shù)據(jù)。另外一個方向，因為SOFC的逆反應就是SOEC，所以目前浙能有關(guān)注電制氫方向的一些工作，包括PEM制氫和SOEC等等。像SOEC，我們目前也在展開相關(guān)的調(diào)研，希望合作開展kW級SOEC系統(tǒng)的示范應用。另外像PEM制氫項目，我們目前也是在了解相關(guān)的信息，考慮是否有相關(guān)的項目立項工作。
四、在建實驗平臺和未來展望
實證平臺目前建在杭州南部，場地大概是850平米左右，布置有燃料電池實證和測試的大實驗間、輔助設備間、氫氣防爆空氣間、鋼瓶站、消防間、觀察室以及風機等外部設備。我們場地上有很多區(qū)域是留空的，這個其實也是考慮到在燃料供應上面國家方面要求的一些安全距離。
我們在平臺這邊，考慮到了天然氣、氫氣、氮氣、空氣等氣體的長期供應，同時配置了150kW級供電和并網(wǎng)發(fā)電能力，也是希望這個平臺是未來以長期實證試驗為目標，來開展一個小型的相關(guān)燃料電池或者電解制氫方面的測試實證研究應用實驗。
未來展望方向。未來一段時間，研究院計劃一方面進一步開展百千瓦級SOFC發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)和調(diào)試，小型系統(tǒng)的熱電聯(lián)供示范應用，一方面會關(guān)注剛剛說的電解制氫技術(shù)、TEMFC制氫或者SOEC的研發(fā)，來推進電解制氫系統(tǒng)和氫能發(fā)電系統(tǒng)的聯(lián)動設計。
“十四五”期間，希望在浙能新科創(chuàng)基地建立一個更加大型的燃料電池實驗室和實證場地，具體包括燃料電池電堆級別性能測試實驗室、燃料電池系統(tǒng)集成與控制分析實驗室和燃料電池系統(tǒng)運行實證測試和熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)實證場地，在這個方向進一步為氫能事業(yè)的發(fā)展添磚加瓦。我總體的介紹到這里，謝謝各位專家的聆聽，希望能與大家有進一步的交流。
