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国家电投氢能公司:以突破创新为中国氢能发展赢得自主权

作者: 来源: 发表时间: 2020-07-24

SPIC Hydrogen Energy Company: Gaining Autonomy for China's Hydrogen Energy Development with Breakthrough Innovation
国家电投氢能公司:以突破创新为中国氢能发展赢得自主权
■ 李留宇


国家电投集团氢能科技发展有限公司(简称:国家电投氢能公司)聚焦氢能产业关键技术研发,实现自主化、高性能、低成本的氢能技术突破,为中国的氢能自主研发提供战略性保障,因此荣登国际融资2020(第10届)“十大绿色创新企业”榜
关键词:氢能;氢燃料电池;清洁能源;氢能经济


致力于氢能开发,提供战略保障

氢能是一种绿色、零碳、高效的二次清洁能源,被誉为21世纪“终极能源”,在交通运输、储能转化、家庭综合能源系统等领域有着广泛的应用潜力,有望主导未来半个世纪的能源与动力系统革命。目前,世界各国已经将氢能作为能源安全和能源转型的重要路径,其中欧盟燃料电池与氢能联合行动计划项目对氢能及燃料电池的研发推广提供的资金支持预计将达到6.65亿欧元。氢能具有以下优势和特点:
一是来源广泛。氢可以通过化石能源重整、生物质热裂解或微生物发酵等途径制取,也可来自工业副产气,特别是与可再生能源发电结合进行电解水制取,可形成良性的绿色能源利用。
二是清洁低碳。氢气无色、无味、无毒。不论氢燃烧还是通过燃料电池的电化学反应,产物只有水,是可循环使用的清洁能源,能有效缓解温室效应和环境污染。
三是应用场景多样。氢可广泛地应用于能源、交通运输、工业、建筑等领域。既可成为高效原料、还原剂和高品质的热源,也可作为燃料电池,还可应用于分布式发电、供暖等。
四是灵活高效。氢的热值高达142,351kJ/kg,是同质量化石燃料热值的三至四倍,燃料电池综合转化效率达90%以上。氢能可成为连接不同能用形式的桥梁,并与电力系统互补协同。氢燃料电池还可解决锂电池充电慢、续航短、废旧电池难以处理等问题。
近年来,中国大力推动氢能产业发展,各地方出台区域氢能发展规划,支持地方氢能装备制造企业。为此,国家电投氢能公司瞄向氢能产业关键环节和薄弱环节开展技术攻关,开展以燃料电池为核心的氢能技术和产品的自主创新和产业化,并在制储氢关键技术开发、氢燃料电池动力系统开发和氢安全等多方面取得重要进展,为中国的氢能自主研发提供战略性保障。

打破国际垄断,实现关键核心技术自主研发

燃料电池是氢能利用的核心环节,目前,氢燃料电池行业存在着较为激烈的竞争。国际方面有以日本丰田公司为代表的金属双极板燃料电池企业,也有以加拿大巴拉德公司为代表的石墨双极板燃料电池企业,都在燃料电池研发应用方面取得较大突破,并实现小规模推广。其中,金属双极板燃料电池在功率密度等方面更具优势。
依托国家电投优势,国家电投氢能公司初步构建了氢能技术研发体系。该公司通过对燃料电池中关键材料及零部件,例如催化剂、膜电极、双极板、组装技术等的自主化研发,在关键技术、材料和部件自主化,关键技术指标达到国际先进水平。至此,该公司打破国际垄断,实现燃料电池原材料和核心零部件的国产化,形成了对燃料电池性能提升、成本下降的系统化解决方案。2019年7月,国家电投氢能公司百千瓦功率金属双极板燃料电池电堆研制成功,标志着国家电投自主燃料电池正式步入产业化阶段。
此外,国家电投氢能公司还同步推动氢能源供给线:在氢制取方面,结合国家电投“蒙电进京、谷电制氢、用氢示范”的思路,国家电投氢能公司将内蒙古富余风电用于电解水制氢,不仅解决了大规模风电投建带来的电能消纳问题,同时也降低了氢气生产成本,实现双赢。在氢的运输存储方面,该公司已着手布局研发,旨在降低成本,提高安全性,逐步形成由风力发电+电解水制氢+运氢+下游应用的产业链,为京津冀地区氢能交通示范运用提供氢气保障。

攻克关键技术难题,实现产品安全、高效

在氢能使用上,安全性、低温启动、催化剂等都是绕不开的难题。为此,国家电投氢能公司加大自主科研攻关,有效解决了以上问题:
在安全性方面,从燃料电池电堆及动力系统设计上,国家电投氢能公司充分考虑氢气易燃易爆的特性,在氢气易发生泄漏的薄弱环节优化设计,降低氢气泄漏可能性。同时,在燃料电池、氢气瓶上均使用防火材料,保障加氢等操作时隔绝着火源,实现氢气安全应用。此外,在交通工具上,国家电投氢能公司提供了氢气传感器布置方案,在氢气意外泄漏情况下做到及时报警,减少氢气泄漏量。该公司还提供了使用燃料电池交通工具的通风设计方案,以保障氢气不集中聚集,降低燃烧爆炸可能性。
在低温启动方面,氢燃料电池在低温下存在内部结冰堵塞等可能,因此,在低温启动时存在性能下降、启动耗时长等难点。该公司通过改进电堆及系统结构,从结构上提高燃料电池的水管理能力,防止内部水的聚集,从而防止低温情况下冷冻结冰等情况发生,提高电堆在低温状态下的性能。此外,该公司在燃料电池动力系统方面,提高了电堆保温能力,并提供低温启动下的加热功能,提高燃料电池动力系统的启动速度。
在催化剂研发方面,该公司已拥有完全自主知识产权的催化剂,类型多样,可用于质子交换膜燃料电池及电解水制氢,成本相对市售催化剂大幅下降,性能达到中国国内领先水平。该公司已计划研发替代贵金属的催化剂,这将有望进一步降低成本,解决催化剂难题。

加强研发与落地,推动氢能产业发展

目前,国家电投氢能公司拥有六个研发实验室、数十个实验间。覆盖氢燃料电池关键技术、制储氢关键技术、氢安全与检测技术等多个研发方向。同时,该公司氢能燃料电池电堆在北京建立了催化剂和膜电极中试生产线项目,在宁波建立了双极板和电堆装配测试中试生产线项目,以上四条中试线,为关键核心技术、关键零部件、重要设备等从实验室走向产业化提供了必要的准备条件。该公司计划2020年底完成电堆中试线小批量生产,同时开发燃料电池动力系统。该公司还与全国数十个城市达成战略合作意向,与国内外20余家氢能行业的知名企业建立了长期稳定的战略合作关系。同时,该公司在日本等国家陆续筹备建立海外研究中心,整合国际一流资源,聚集国际一流人才。
国家电投氢能公司燃料电池及系统产品可广泛应用于车辆、航空、船舶等交通领域,也可用于小型发电。该公司首款燃料电池及动力系统已完成实验室测试,并将与相关车企开展燃料电池系统上车。2020年底,该公司将在宁波与中车联合开展燃料电池公交示范项目,在同车企和用户对接过程中进行系统匹配、产品稳定性等一系列的优化,在实际应用示范过程中,不断固化和提升产品性能,实现应用产品定型。
该公司生产的氢燃料电池与动力系统还可用于防疫、救灾等场景的应急发电机使用。将氢燃料电池动力系统用于救援保障时,受环境因素影响较小,灵活性较高,有利于更快地做出救援响应,既可作为防疫、救灾等保障车辆的动力系统使用,又能供应动力、热量等。

结语

正如上海领庆投资(集团)有限公司总裁陈波在推荐词中所说:“氢能是涉及国家能源安全和能源转型的重要路径,国家电投氢能公司能够迎难而上,并攻克关键技术难题,为落地应用打下了坚实的基础。”

作者系国际融资“十大绿色创新企业”评选项目工作组调研员

 

50评委专家团对国家电投氢能公司的推荐词精选

王靖(甸唐能源科技(上海)有限公司董事长)
推荐词:中国氢能产业赶超世界的希望之星。
贺强(中央财经大学教授,第十一、十二、十三届全国政协委员)
推荐词:近年来新能源行业快速发展,但是类似三元动力电池等产品,其前端生产环节还是会产生一定程度的环境污染,氢燃料电池可谓是更加环保的能源。
李安民(北京久银投资控股股份有限公司董事长)
推荐词:氢能源领军企业,打破国际垄断,产品安全高效。
程会强(中国再生资源回收利用协会创新发展研究院国家政策导师、研究员)
推荐词:以高新科技致力氢能发展,以清洁能源引领节能减排。
孙轶颋(中节能咨询公司高级金融顾问)
推荐词:氢能是中国目前的战略新兴产业,也是优化能源结构的关键推动力。
李爱民(济南建华投资管理有限公司合伙人、总经理)
推荐词:氢能作为最清洁的能源,大有发展前途。
蒋南青(中国合成树脂供销协会塑料循环利用分会秘书长)
推荐词:高科技技术,国企担当,引领未来能源方向。


独立评审团对国家电投氢能公司的推荐词

国家电投氢能公司通过科技创新,在氢燃料电池研发、氢能动力系统集成、制储运用技术研究、氢安全等方面同步发力,通过部分关键核心技术的自主研发,突破了氢能产业的国际垄断和技术封锁,有助于氢燃料电池真正国产化、产业化;同时,该公司不断攻克氢燃料电池安全性、低温启动、催化剂等难题,更为氢能源推广使用迈出关键一步。


国家电投氢能公司总经理张银广答评委问(摘要)

胡斌(浩正嵩岳基金管理有限公司总裁)问:产业化的路线如何布局?
答:公司目前产品主要包括燃料电池电堆、燃料电池系统、电解水制氢电解槽。2020年研发燃料电池电堆与系统将具备年度量产1000台的能力,燃料电池性能将高于市售产品。中短期内盈利模式为多场景应用的燃料电池电堆及系统,公司首先与车企(如中车集团、北汽集团)合作,采用车用燃料电池动力系统,还与商飞合作进行无人机动力系统开发。公司的产业化布局中还包括运氢与加氢站,实现能源与产品并行,真正实现氢能经济。
穆玲玲(APEC 绿色供应链合作网络天津示范中心秘书长)问:氢能开发的瓶颈和展望?
答:目前加氢站网络的发展速度与氢能其他产业的发展速度不匹配,加氢站的数量是制约氢能整体发展的一个重要因素。未来,在国家与地方政府的支持下,加氢站网络的完善会为氢能的发展带来基础性支持。
杨洁(中国工业节能与清洁生产协会余热利用与清洁能源供热专业委员会秘书长)问:关注制氢的能耗与成本,经济和环保效益是否能体现?
答:公司制氢技术为电解水制氢,目标在1万元/标立方,预期成本远低于国内外制氢成本,且电解水制氢是真正的无污染绿氢来源,可兼顾经济与环保。
李娟(商楚领先(武汉)创业投资基金管理有限公司董事长)问:1.贵公司目前氢能产品测验能量密度能够做到多少?2.核心技术及关键材料是否具备支撑贵公司生产?3.贵金属催化剂的替代研发进展如何?4.BMS是否有独到之处?
答:1.目前能量密度达到3.0kW/L。2.目前公司的催化剂、双极板核心材料及零部件均实现自主化生产,能够支撑产品生产。3.目前贵金属催化剂的替代研发正在进行中。4.BMS实现对燃料电池及动力电池运行状态进行安全监控,提高其混合动力使用效率,增加整车续驶历程,延长电池使用寿命,降低运行成本。

相关链接:

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