中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：5月24日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦，200余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十一屆中國國際儲(chǔ)能大會(huì)在杭州洲際酒店召開。此次大會(huì)主題是“堅(jiān)守儲(chǔ)能安全底線，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國內(nèi)外駐華機(jī)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(jī)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(huì)，其中88家企業(yè)展示了儲(chǔ)能產(chǎn)品。
在5月26日下午的“氫儲(chǔ)能與燃料電池”專場(chǎng)，浙江浙能技術(shù)研究院有限公司高級(jí)工程師鄔榮敏分享了主題報(bào)告《高溫氧化物燃料電池技術(shù)及浙能研發(fā)進(jìn)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(dǎo)下午好！
我們的報(bào)告題目是《高溫氧化物燃料電池技術(shù)及浙能研發(fā)進(jìn)展》，
我們將從以下五個(gè)方面分享本次內(nèi)容：一、浙能集團(tuán)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(xiàng)目和技術(shù)介紹；四、浙能在建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及未來中短期的展望。
一、浙能集團(tuán)-氫能產(chǎn)業(yè)鏈
浙能集團(tuán)成立于2001年，是省屬國企，總部在杭州，主要從事電源建設(shè)、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(wù)和能源金融等業(yè)務(wù)。截至這個(gè)月，浙能集團(tuán)累計(jì)發(fā)電總裝機(jī)大概在36.7GW，其中煤電裝機(jī)29GW、光伏裝機(jī)1.76GW、風(fēng)電裝機(jī)668兆瓦。2020年一整年，浙能集團(tuán)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(chǔ)、加氫、氫能利用等多個(gè)過程。浙能集團(tuán)在氫能合作、加氫站建設(shè)、氫能儲(chǔ)運(yùn)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(tuán)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(chǔ)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(gè)商用液氫工廠，這是長三角區(qū)域首個(gè)工業(yè)副產(chǎn)氫（音）的液化提純制備項(xiàng)目，規(guī)模是每小時(shí)1立方液態(tài)氫，約合每天1.5噸左右，這個(gè)項(xiàng)目的建立有推動(dòng)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(yīng)，加快了浙江省內(nèi)氫能綠色交通的應(yīng)用推廣。
到2019年底，浙能建成并投運(yùn)了浙江省首座具備加氫功能的綜合供能服務(wù)站，位于嘉善客運(yùn)中心。截止到目前，浙能已經(jīng)建成綜合供能服務(wù)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(tuán)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(tuán)首個(gè)涉氫工程的項(xiàng)目實(shí)施單位。在去年的10月份。國內(nèi)首個(gè)省級(jí)專業(yè)氫能學(xué)術(shù)團(tuán)體——浙江省氫能學(xué)會(huì)成立，浙能集團(tuán)董事、總經(jīng)理、黨委委員范小寧是當(dāng)時(shí)學(xué)會(huì)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(huì)暨論壇，并主辦其中的嘉興站及基礎(chǔ)設(shè)施分論壇?？傮w而言，浙能秉承開放合作的態(tài)度，相信在目前碳達(dá)峰碳中和的大背景下，在氫能領(lǐng)域的參與度會(huì)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(tuán)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(duì)技術(shù)原理特點(diǎn)、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(shí)跟所有燃料電池一樣，都是將燃料中的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能的一個(gè)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(yùn)行，對(duì)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(jī)構(gòu)這張不同發(fā)電技術(shù)理論效率和對(duì)應(yīng)規(guī)模的統(tǒng)計(jì)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(dá)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(shè)備，比如說可以和燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備一起發(fā)電。
從應(yīng)用的角度，目前來看SOFC系統(tǒng)有三個(gè)比較合適的應(yīng)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(shì)；第二種是比較大動(dòng)力的叉車或者重卡、無人機(jī)場(chǎng)景；第三個(gè)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?xì)廨啓C(jī)、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(yīng)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(shè)備上開展研究。目前日本家用熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備最大的發(fā)電功率是700W，售價(jià)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(duì)來說還是比較昂貴。目前韓國是以推進(jìn)大型的商用燃料電池電站為主，有落地的兆瓦級(jí)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(jí)發(fā)電站建設(shè)能力。另外歐洲有眾多SOFC相關(guān)研究項(xiàng)目，以示范項(xiàng)目為主，但商用場(chǎng)景會(huì)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(dòng)力、國家能源集團(tuán)等集團(tuán)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(jiān)實(shí)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(yùn)行。同時(shí)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(gè)新聞，說實(shí)現(xiàn)了首個(gè)以煤為原料的15kW固體氧化物燃料電池SOFC項(xiàng)目。華中科技大學(xué)在2018年到2019年也實(shí)現(xiàn)了自主研發(fā)的kW級(jí)SOFC發(fā)電系統(tǒng)。到今年年初，寧波索福人公司實(shí)現(xiàn)kW級(jí)SOFC系統(tǒng)發(fā)電運(yùn)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(jìn)，而且成果非常豐碩。其實(shí)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(xiàng)目都是目前以示范為主，沒有看到公開報(bào)道長時(shí)間運(yùn)行的案例，這跟SOFC目前沒有太多的商用的“必須應(yīng)用”SOFC的場(chǎng)景也有關(guān)系。也是因?yàn)闆]有公開報(bào)道的長時(shí)間運(yùn)營的案例，所以大家普遍對(duì)系統(tǒng)長期運(yùn)行的穩(wěn)定性存在一定質(zhì)疑。
研究院針對(duì)國內(nèi)當(dāng)前燃料電池的情況，結(jié)合我們集團(tuán)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(kuò)大、生產(chǎn)應(yīng)用為目標(biāo)的研發(fā)、試驗(yàn)、示范和應(yīng)用工作。研究院目前的合作多數(shù)是以科技項(xiàng)目的形式展開，現(xiàn)在在研項(xiàng)目有3個(gè)，已結(jié)題項(xiàng)目1個(gè)，現(xiàn)有項(xiàng)目主要是跟浙江大學(xué)、中科院寧波材料所、索福人公司等開展合作。同時(shí)我們逐步開展氫燃料電池綜合實(shí)證平臺(tái)的建設(shè)。
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(cè)試圖表，這里面包括500kW和1kW的電堆實(shí)物和電池片的測(cè)試情況。我們研究院多次去寧波材料所現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)和交流，也非常認(rèn)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(cè)試臺(tái)和平臺(tái)建設(shè)的相關(guān)工作。針對(duì)固體氧化物，畢竟它是600-1000度高溫運(yùn)行的裝置，所以我們會(huì)分析測(cè)試實(shí)證平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和安全因素，來開展高溫SOFC系統(tǒng)的測(cè)試工作和長期示范，并進(jìn)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(shè)過程、運(yùn)行過程中會(huì)不會(huì)存在困難和表現(xiàn)等。
未來，我們也計(jì)劃在系統(tǒng)集成方面，在SOFC方向展開進(jìn)一步的研究?，F(xiàn)有系統(tǒng)集成方向，我們之前跟浙江大學(xué)有合作，在質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)上，針對(duì)系統(tǒng)控制界面、分壓觀測(cè)器設(shè)計(jì)，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?yàn)楦邷豐OFC在高溫區(qū)只能放置熱電偶來測(cè)試溫度，在氣壓氣流方面的研究，我們也希望能夠進(jìn)一步開展長期的運(yùn)行分析和安全故障檢測(cè)方面的工作。
在系統(tǒng)運(yùn)行方面，浙能和索福人合作定制了一套25kW級(jí)SOFC發(fā)電系統(tǒng)。索福人之前在年初已經(jīng)開展初步測(cè)試，浙能也希望后續(xù)在實(shí)證平臺(tái)上能夠開展系統(tǒng)的長期實(shí)證，持續(xù)開展包括經(jīng)濟(jì)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(cè)試、系統(tǒng)仿真，包括研究院針對(duì)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(gè)方向，因?yàn)镾OFC的逆反應(yīng)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(jí)SOEC系統(tǒng)的示范應(yīng)用。另外像PEM制氫項(xiàng)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(xiàng)目立項(xiàng)工作。
四、在建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和未來展望
實(shí)證平臺(tái)目前建在杭州南部，場(chǎng)地大概是850平米左右，布置有燃料電池實(shí)證和測(cè)試的大實(shí)驗(yàn)間、輔助設(shè)備間、氫氣防爆空氣間、鋼瓶站、消防間、觀察室以及風(fēng)機(jī)等外部設(shè)備。我們場(chǎng)地上有很多區(qū)域是留空的，這個(gè)其實(shí)也是考慮到在燃料供應(yīng)上面國家方面要求的一些安全距離。
我們?cè)谄脚_(tái)這邊，考慮到了天然氣、氫氣、氮?dú)?、空氣等氣體的長期供應(yīng)，同時(shí)配置了150kW級(jí)供電和并網(wǎng)發(fā)電能力，也是希望這個(gè)平臺(tái)是未來以長期實(shí)證試驗(yàn)為目標(biāo)，來開展一個(gè)小型的相關(guān)燃料電池或者電解制氫方面的測(cè)試實(shí)證研究應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。
未來展望方向。未來一段時(shí)間，研究院計(jì)劃一方面進(jìn)一步開展百千瓦級(jí)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(yīng)用，一方面會(huì)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(jìn)電解制氫系統(tǒng)和氫能發(fā)電系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)。
“十四五”期間，希望在浙能新科創(chuàng)基地建立一個(gè)更加大型的燃料電池實(shí)驗(yàn)室和實(shí)證場(chǎng)地，具體包括燃料電池電堆級(jí)別性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)室、燃料電池系統(tǒng)集成與控制分析實(shí)驗(yàn)室和燃料電池系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)證測(cè)試和熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)證場(chǎng)地，在這個(gè)方向進(jìn)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(jìn)一步的交流。
