中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的第九屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在浙江省杭州市洲際酒店召開(kāi)。在4月26日上午的“氫能與燃料電池“專場(chǎng)，中廣核研究院有限公司氫能與儲(chǔ)能主管工程師劉世學(xué)在會(huì)上分享了主題報(bào)告《日本高溫燃料電池研發(fā)進(jìn)展與中廣核研究院氫能》，以下為演講實(shí)錄：
劉世學(xué)：非常高興今天能來(lái)這兒講一下高溫燃料電池的進(jìn)展。
先說(shuō)一下燃料電池的應(yīng)用。大家知道，有低溫和高溫的燃料電池。這是在日本的資源能源廳規(guī)劃中，燃料電池可以用在家用以及車用領(lǐng)域?，F(xiàn)在是低溫燃料電池，主要是質(zhì)子交換膜燃料電池，應(yīng)用在車用領(lǐng)域，其實(shí)是各種燃料電池本身的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)決定的。用在車上要求能量密度比較高。低溫燃料電池它的運(yùn)行溫度比較低，它的熱不需要回收得特別高，就有比較高的能量利用效率。如果是高溫的燃料電池，它的尾氣溫度可能超過(guò)六百度。如果這個(gè)熱能不利用好，整體的效率就降下來(lái)了。不可能在車上背著一個(gè)大的儲(chǔ)熱罐在跑，所以高溫燃料電池必須用在固定式的領(lǐng)域，這是它的限制。用在分布式發(fā)電或者大型電站上，高溫燃料電池的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)出來(lái)了。燃料電池后面增加一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)，再加上部分熱回收，這樣的方式用在電站上就會(huì)體現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì)。
高溫燃料電池，因?yàn)橹饕俏冶容^擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，我主要講這一塊的發(fā)展。除了固體氧化物燃料電池，還有程總接下來(lái)會(huì)講到的熔融碳酸鹽這樣的技術(shù)，它用在大型電站上是非常符合的應(yīng)用場(chǎng)景。說(shuō)到固體氧化物燃料電池的好處，它可以用的燃料比較多一點(diǎn)。甚至用生物制氣提純，把它做一下重整，就可以直接用在高溫的固體氧化物燃料電池里面去。在日本，想象的應(yīng)用場(chǎng)景包括便攜式電源，家用的熱電聯(lián)產(chǎn)裝置，汽車的增程器，還有分布式電站。右上角這個(gè)圖上，可以看到SOFC的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上。如果是跟熱聯(lián)合利用，有更高的能量利用率。在日本，為什么氫能成為能源規(guī)劃當(dāng)中很重要的一個(gè)選項(xiàng)。因?yàn)槿毡編缀跛心茉炊际沁M(jìn)口的，進(jìn)口天然氣，進(jìn)口其他的能源原料，那進(jìn)口氫對(duì)它來(lái)說(shuō)也是一種很好的選擇。進(jìn)口氫氣很大的好處就是將來(lái)如果考慮碳排放的問(wèn)題。如果進(jìn)口氫氣，你在國(guó)內(nèi)用氫氣就沒(méi)有碳排放問(wèn)題。這也是一個(gè)選擇的理由。
關(guān)于氫氣的來(lái)源，左邊可以有各種氫氣來(lái)源。它可以通過(guò)管線運(yùn)輸。如果從國(guó)外進(jìn)口，現(xiàn)在已經(jīng)很成熟的運(yùn)輸船，完全可以用液化氫的方式把它運(yùn)到國(guó)內(nèi)，然后用在各種應(yīng)用領(lǐng)域。這一頁(yè)想說(shuō)明的是日本SOFC研發(fā)的模式。他們企業(yè)跟研究所都能共同參與的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合研發(fā)結(jié)構(gòu)。左邊這個(gè)是NEDO支持的項(xiàng)目，類似于國(guó)內(nèi)的863項(xiàng)目。通過(guò)這種項(xiàng)目把研發(fā)的企業(yè)跟大學(xué)、研究所整合到一起，來(lái)進(jìn)行一個(gè)聯(lián)合研發(fā)。還有右邊這種JST的CREST項(xiàng)目，類似我們的973項(xiàng)目，主要做一些基礎(chǔ)類的科研。還有一種支持，就是地域的支持。例如北九州市，他們把氫能利用作為城市的名片來(lái)推動(dòng)，例如推動(dòng)加氫站的建設(shè)。
單電池以及電池堆的開(kāi)發(fā)當(dāng)中，我列了一些目前來(lái)說(shuō)比較有名的研發(fā)機(jī)構(gòu)。像電中研的管式結(jié)構(gòu)，TOTO的小型圓筒形電池。京瓷做的是扁管型的燃料電池，類似前面介紹的寧波所正在研發(fā)的電池結(jié)構(gòu)。京瓷的固體氧化物燃料電池是商用化做得最好的。在大學(xué)里面，他們可以做各種學(xué)術(shù)方面的研究，來(lái)給企業(yè)做咨詢。在這樣一個(gè)項(xiàng)目里面，大學(xué)就可以為企業(yè)解決他們遇到的難題。這是上面提到NEDO項(xiàng)目進(jìn)展，2017年在美國(guó)開(kāi)SOFC年會(huì)的時(shí)候，他們匯報(bào)的一個(gè)結(jié)果。對(duì)各個(gè)公司做的燃料電池，在他們項(xiàng)目里面做了統(tǒng)一的測(cè)試、評(píng)價(jià)?？梢钥吹剑@個(gè)圖其實(shí)從左到右基本上是按照性能由好到壞排列的。底色偏藍(lán)色一點(diǎn)的就是衰減率比較低的。產(chǎn)中研的電池堆可以做到超過(guò)兩萬(wàn)個(gè)小時(shí)的測(cè)試，并且它的衰減率只有0.1%每千小時(shí)。前面我們介紹過(guò)產(chǎn)中研用的是管狀的結(jié)構(gòu)。這種管狀的結(jié)構(gòu)，本身密封就比較容易做到長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)。京瓷的扁管狀的，類似這種結(jié)構(gòu)，都比較容易做到長(zhǎng)壽命。平板狀的結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)它的密封比較困難，連接板跟電池片之間的密封材料，在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行下密封效果減弱，就會(huì)影響壽命。
下面我們看一下各個(gè)公司的產(chǎn)品。這是愛(ài)信精機(jī)做的家庭用的熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備。前面講過(guò)SOFC有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，它工作六七百攝氏度，它的尾氣中熱能比較多。這時(shí)候熱能必須要利用上。這種家庭聯(lián)產(chǎn)式的，純發(fā)電效率達(dá)到52%。這已經(jīng)算是比較高的發(fā)電效率了。同時(shí)又能夠回收它的熱。整體能達(dá)到87%。這樣一個(gè)設(shè)備，它的能量利用率能達(dá)到這么高，是非常驚人的。愛(ài)信精機(jī)這個(gè)設(shè)備里面用的電池堆是京瓷的電池堆。熱電聯(lián)產(chǎn)裝置有PEFC類型和SOFC類型。這里大概統(tǒng)計(jì)到2016年的銷售和價(jià)格情況。往下這條線說(shuō)的是售價(jià)是線性遞減的。2019年他們?cè)O(shè)定的目標(biāo)就是------功率大概一千瓦的家庭用熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)備，SOFC類型的大概做到六萬(wàn)元。在日本，他們的家庭用戶可能能夠承受得起這樣的一個(gè)價(jià)格。中國(guó)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)的話，一般居民的平均消費(fèi)水平大概是日本的三分之一。要想在中國(guó)賣出這樣的設(shè)備，價(jià)格還得控制在兩萬(wàn)元之內(nèi)。
接下來(lái)這個(gè)是三浦工業(yè)做的4.2千瓦的一個(gè)設(shè)備，同樣需要發(fā)電跟熱的綜合利用。下面這個(gè)三菱日立電力系統(tǒng)公司做的一個(gè)發(fā)電設(shè)備，功率在200千瓦以上。它前面是一個(gè)SOFC發(fā)電設(shè)備，后面是燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備，整體可以作為一個(gè)小型電站來(lái)使用。2013年示范的時(shí)候，它已經(jīng)可以達(dá)到50%的發(fā)電效率。這個(gè)圖顯示的是2013年在豐田的工廠里面建設(shè)了一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)。大概2015年在九州大學(xué)校區(qū)里面建了下面這個(gè)綜合發(fā)電系統(tǒng)。綜合發(fā)電效率大概是55%，如果后面還有一個(gè)熱回收利用，整體效率可以達(dá)到65%。這個(gè)是富士電機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)電設(shè)備，在日本SOFC年會(huì)上顯示的。這是日立造船2018年開(kāi)始在大阪一個(gè)公園里面試運(yùn)行的SOFC的系統(tǒng)。最后這個(gè)是電裝公司（DENSO）正在開(kāi)發(fā)的一個(gè)設(shè)備，他們現(xiàn)在拿到了一個(gè)NEDO的支持項(xiàng)目，想給垃圾回收廠使用，利用垃圾燃料重整后來(lái)發(fā)電。下面這個(gè)是產(chǎn)綜研研發(fā)的一款小型便攜式的發(fā)電設(shè)備。中溫的質(zhì)子導(dǎo)電固體氧化物燃料電池，現(xiàn)在有松下電氣在做。
接下來(lái)我講一下中廣核研究院在氫能方面做的一些事情。我們有一個(gè)深圳市氫能安全工程技術(shù)研究中心。在氫能利用的時(shí)候，安全性問(wèn)題是很多人一直擔(dān)心的問(wèn)題。我們以保障氫氣安全和支撐氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展為出發(fā)點(diǎn)，建立這樣一個(gè)研究中心。希望能夠做一些設(shè)備的安全性能的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及鑒定體系的建立。我們秉持中廣核在核電安全方面的理念，將其用于氫能安全的防護(hù)與保障。基于我們企業(yè)已有研究基礎(chǔ)，下一步氫安全研究方向主要在氣體泄漏擴(kuò)散、射流、儲(chǔ)罐安全測(cè)試等方面。在固體氧化物燃料電池方面，我們希望以市場(chǎng)為導(dǎo)向，結(jié)合自身的系統(tǒng)集成方面的優(yōu)勢(shì)，聚焦發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)。非常歡迎跟國(guó)內(nèi)的高校、科研院所合作來(lái)推動(dòng)氫能安全研究以及固體氧化物燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。謝謝！
