中船重工第718研究所薛賀來：當(dāng)電價在0.046元/度的時候電解水制氫成本才能夠跟水煤氣制氫相當(dāng)

:在水電解過程當(dāng)中，電的成本一般占90%，水不太值錢，再加上一些一體性投資、設(shè)備投資。所有制氫方法里水電解制氫是最昂貴的，根據(jù)2018年出版藍皮書，氫標(biāo)委會牽頭組織的藍皮書的統(tǒng)計，當(dāng)電價在0.046元/度的時候跟水煤氣制氫才能相當(dāng)（現(xiàn)在制氫過程當(dāng)中水煤氣制氫是最便宜的）。這對發(fā)電行業(yè)，電網(wǎng)，一次能源來說是一個挑戰(zhàn)。

——中船重工第718研究所副總工程師薛賀來

2019年是光伏產(chǎn)業(yè)承上啟下的一年，平價上網(wǎng)之后，光伏將迸發(fā)出無限的生機與活力，光伏新時代即將開啟。北極星電力網(wǎng)與北極星太陽能光伏網(wǎng)于10月24日在北京舉辦《2019光伏新時代論壇暨“北極星杯”2019光伏影響力品牌頒獎典禮》，北極星太陽能光伏網(wǎng)、北極星光伏APP將全程直播。

中船重工第718研究所副總工程師薛賀來在論壇上做《可再生能源大規(guī)模電解水制氫可行性與商業(yè)化路徑》演講，以下為發(fā)言實錄：

大家好！我來自中船重工第718研究所，你發(fā)的電我來使用，今天根據(jù)我們自己的一些體會，也應(yīng)主委會的要求，在這里給大家匯報一下我們自己的體會。

可再生能源有很多很多，可以再生的都叫做可再生能源，是相對于窮盡的不可再生能源的一種能源，對環(huán)境危害極小比較適用就地利用開發(fā)，這個可再生能源可以利用，有著極鮮明的地理和物理特性，不可貯存，就像陽光一樣今天陽光出來了明天陰天了陽光不可儲存，大部分都是通過轉(zhuǎn)化為電能進行儲存、應(yīng)用、傳輸，就是這個所以要可再生能源，我們現(xiàn)在所利用的大多利用可再生能源進行發(fā)電，通過電的形式進行利用?？稍偕茉摧敵鲋挥蟹欠€(wěn)態(tài)特性，波動性、峰谷性、不確定性，風(fēng)大了以后風(fēng)力發(fā)電更足一些，今天有陽光我們光伏能夠發(fā)電，沒有陽光我們就發(fā)不出電來。白天可以發(fā)電晚f上就沒有了，是根據(jù)有波動性、峰谷性、不確定性。

我舉一個單體風(fēng)機小時發(fā)電年發(fā)電量的例子，我把圖形壓縮了，從圖形我們可以看得出來，從這個圖形可以看得出來這邊就比較密，到后面有很多空白的地方，這個電有時候可以發(fā)出來有時候發(fā)不出來，風(fēng)力不足，還有一個峰值有高有低，所以它具有波動性、峰谷性、不確定性。對于我們這個電網(wǎng)來說，他們建立電網(wǎng)的時候一般都是基于什么呢？以傳統(tǒng)能源、熱電的形式其他的形式發(fā)出來電都比較平穩(wěn)，是穩(wěn)定的電，電力發(fā)展出來直接上網(wǎng)，上網(wǎng)以后在國民經(jīng)濟各個行業(yè)里利用，而可再生能源由于它具有不穩(wěn)定性，就是說在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)，傳統(tǒng)的建立起來的傳統(tǒng)電力輸送系統(tǒng)不能完全滿足波動性、可再生能源發(fā)電并網(wǎng)要求，電力系統(tǒng)靈活性不能得到充分的發(fā)揮?？稍偕茉磁c其他能源協(xié)調(diào)發(fā)展的技術(shù)管理體系沒有建立，可再生能源比較火，發(fā)展形成規(guī)模沒有幾年。所以可再生能源大規(guī)模發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)仍存在一定障礙，今天上午有些專家也在說這個問題，技術(shù)改造仍然需要一定成本。

基于此造成了可再生能源發(fā)出來的電有一部分可以上網(wǎng)，波動性大的那些，與電網(wǎng)不匹配的那些不能上網(wǎng)。上不了網(wǎng)這部分怎么辦，電發(fā)出來用就用了，不用就沒有了。就會形成一部分棄風(fēng)棄電，我們所謂的棄風(fēng)棄電，對于我們領(lǐng)域來說棄風(fēng)棄電，電發(fā)出來了但是不能在后期得到應(yīng)用。

還有一個就是說我們國家的資源稟賦與負荷中心呈逆分布特點，資源和負荷不相匹配，像內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅、青海風(fēng)力、光非常充足，但是那邊地廣人稀，工業(yè)水平比較低，資源很多但是發(fā)電出來消納不出來，上網(wǎng)一部分可以走，很大一部分走不了。

部分地區(qū)的電源調(diào)峰電源相對較少，熱電聯(lián)產(chǎn)冬季調(diào)峰能力進一步受阻。像東北，東北、內(nèi)蒙古這一塊風(fēng)力資源、光資源很好，但是冬天要供熱，不管用的了用不了必須要發(fā)電供熱，這部分電也是消納不了的。還有另外新常態(tài)情況下我們國家現(xiàn)在對高耗能的企業(yè)，高污染企業(yè)進行限制，基于這些東西一部分好的電力實際上在某些地區(qū)也并不能得到充分的應(yīng)用，這就是多余的一些電力，也就是被放棄的一些電力。這個時候怎么辦？這些多余的電怎么辦？這都是能量，這時候就要充分發(fā)揮氫的二次能源的作用。這個時候用不了，我拿來把它水電解制氫，氫氣可以儲存，可以運輸，也可以直接利用。這樣就提高了電力利用率，節(jié)約了能源。我這個圖上可以看到，上面是一個傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)，這邊是可再生能源，另外一部分可以直接上網(wǎng)，上不了網(wǎng)部分用于水電解制氫。網(wǎng)上調(diào)峰調(diào)不下來，多余電力也可以制氫。制氫以后氫氣可以通過能量管理系統(tǒng)，能夠在國民經(jīng)濟其他方面利用，作為能源也好、作為其他的也好，能在工業(yè)上利用就利用，一旦電力系統(tǒng)我缺電了怎么辦？拿這個多余電量制出來的氫氣通過燃料電池重新發(fā)電，起到削峰填谷的作用。水電解制氫和光伏和可再生連接起來的。

對于可再生能源發(fā)電，現(xiàn)在發(fā)展的也算是比較成熟一些了，光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電，都自成體系，相對比較成熟，對于水電解來說他們這方面研究相對比較成熟?，F(xiàn)在將兩個比較成熟的東西怎么結(jié)合起來，這里邊還有一定技術(shù)需要進行研究，怎么對它進行匹配，傳統(tǒng)電力和水電解匹配沒有關(guān)系的，為什么？是非常非常穩(wěn)定的，現(xiàn)在可再生能源發(fā)電，它是具有它的不穩(wěn)定性。這個時候怎么跟水電解連接起來？就是一些關(guān)鍵技術(shù)。

一個是水電解制氫設(shè)備組成形式，水電解制氫來說怎么滿足發(fā)出的電不穩(wěn)態(tài)，不穩(wěn)定性的要求。發(fā)出來的電一會兒大了一會兒小了，一會兒不能很寬，如何匹配把發(fā)出來的電盡可能消納掉，不要把電浪費掉，我們通過和光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電跟這些企業(yè)進行溝通，給它匹配上去。給你弄多少槽子、弄多么大的槽子，盡可能不浪費，現(xiàn)在有堿性的，堿性的制氫量比較大，制造成本相對比較低，可再生能源發(fā)電大量的電力可以以堿性槽體為主，適當(dāng)配一些小劑量的碳性電力槽，電解氫氧化鉀堿液，氫氧化鉀在里面起導(dǎo)電作用。質(zhì)子膜對電網(wǎng)呼應(yīng)性比較好，只要有電流就產(chǎn)氫，可惜造價比較高，壽命比較短。再一個產(chǎn)氫量沒有那么大。所以對于我們來說可再生能源制氫的配備電解槽多臺堿性加少量碳性的進行。

但是這個怎么配比和各個風(fēng)電廠各個光伏廠也是不一樣的，看多大功率，我們再適當(dāng)配備，這個我們也在進行一些研究。

怎么匹配呢，根據(jù)發(fā)電量20%到50%電量配一種槽體，50%到100%的電量我們正常槽體按這個設(shè)計的，運行它可以從50%到100%。還有110%到135%，我再給你配一種槽型。根據(jù)你的電量我給你配不同制氫量的制氫設(shè)備，來適應(yīng)一些我們可再生能源不穩(wěn)態(tài)各個階段發(fā)出的電力電量。

因為水電解制氫是遵循這個定律，吸出1摩爾的物質(zhì)96500的電量，水電解的理論電解電壓值1.23伏，熱中性1.48伏，我一定要達到這個電壓，那么多電量，就可以電解出物質(zhì)來。

兩者能量效率都做60%到82%之間，如果冷熱電聯(lián)相互利用效率就高，水電解制氫過程當(dāng)中也會產(chǎn)熱，如果把熱量收集起來就是電利用率更高一些。再一個水電解制氫設(shè)備里電解槽成本比例相對來說是比較大的。越大的產(chǎn)氫量越大的槽體，槽體在設(shè)備里占成本比例越高。10立方設(shè)備，再加上整流設(shè)備、控制儀表、輔助設(shè)備，槽體在這里只占60%的成本。

如果我一千立方的設(shè)備槽體占90%乃至90%還要多，我們買其他的整流只是輔助設(shè)備。我們買的主要是槽體，要消納我們的電量。對于大型單體大容量電解槽的研制也是我們一個在適應(yīng)可再生能源制氫的關(guān)鍵一個課題。

而大型槽體的研制跟小型槽體不是簡單的放大，在槽體結(jié)構(gòu)、內(nèi)部流場都要重新進行優(yōu)化進行設(shè)計。我們最終目標(biāo)是把電流密度提升到3500到4000，現(xiàn)在我們傳統(tǒng)的一般都是2000，現(xiàn)在我們有的廠家已經(jīng)提出來可以達到4000了，你達到4000以后，為什么要提電流密度呢？完全可以縮小槽體體型，減少一次性投資，最終目標(biāo)是減少直流電耗，提高電力使用率。

這是從水電解這邊，從電力系統(tǒng)這邊，從光伏這邊，風(fēng)力發(fā)電這邊也好，怎么使管理你這個發(fā)電的電力輸出來適應(yīng)于我水電解制氫設(shè)備。拿光伏發(fā)電來說，光伏發(fā)電發(fā)出來的電就是直流電，而水電解使用的也是直流電，發(fā)出來以后直接接到槽體上就可以了。理論上是可以的。實際上大家都知道你們發(fā)出來電流是多大？如果需要直流輸出線損有多少？再一個你輸出來的電流，你輸出的電壓能不能給槽體進行。所以在能量管理系統(tǒng)上這是我們的，如何使制出來的電盡可能和現(xiàn)在槽體進行匹配，還有進行預(yù)測機制、切入機制，測量檢測大數(shù)據(jù)分析，說白了我們要對電力系統(tǒng)，我這個電力系統(tǒng)的性能進行分析，我什么時候啟動這個比較小的槽體，什么時候切入比較大的槽體，什么時候它們兩個通訊。這里我們經(jīng)驗比較少，目前我們還沒有拿到這個規(guī)律，不知道系統(tǒng)里是怎么樣更優(yōu)化，更能提高電的使用效率。

再一個是從控制，剛才我說的是這些東西，進行大數(shù)據(jù)分析，在實踐當(dāng)中我們要積累一定經(jīng)驗，把整個的系統(tǒng)給它優(yōu)化提高電力的利用率。

還有開發(fā)新型小槽體，陰離子膜水電解制氫，這個技術(shù)已經(jīng)有了，并且電離密度很高，電轉(zhuǎn)化率也很高，但是現(xiàn)在這個技術(shù)并沒有放大。非常非常小，僅在實驗室做。這個如果我們要是利用光伏、利用可再生能源制氫，這些技術(shù)我們還要進一步進行研究。

我們所是研究水電解制氫比較早的，也是我國唯一水電解做出專業(yè)研究的科研院所，我們是一個軍轉(zhuǎn)民企業(yè)。我們所的水電解發(fā)展水平基本上可以代表我們國家的水電解發(fā)展水平。這個里面因為我們都不是搞這個專業(yè)的，我只是簡單介紹一下，就是說現(xiàn)在我們是為了適應(yīng)于可再生能源制氫，要進行節(jié)能降耗輕量化，重新對水電解制氫進行重新優(yōu)化。我們國家水電解在結(jié)構(gòu)上、工作壓力上、在國際上是處于領(lǐng)先地位。但是在核心的電流密度、電耗跟國際上還有一定差距。因為國際上已經(jīng)研究很長時間了，我們國家從上世紀六十年代才開始對水電解的研究。

藍色中間這個圖表，藍色帶三角的是傳統(tǒng)的隔膜，傳統(tǒng)的電極，底下比較斜的是我們通過對吸氫吸氧電極，對結(jié)構(gòu)進行重新模擬重新計算重新研制重新做實驗，我們現(xiàn)在從這個地方可以看得出來這個大斜線，中間這個，現(xiàn)在我們這個電流密度，2伏的時候電流密度2000多，現(xiàn)在可以達到6000，同樣一個槽體，現(xiàn)在產(chǎn)氫量可以是原來產(chǎn)氫量三倍。一次性投資就會降低。成本降低了。

成本不是說對電極、對隔膜、沒有成本嗎？也有成本，但是總的來說也有成本，技術(shù)提高了。

還有純水制氫設(shè)備，純水設(shè)備國內(nèi)都比較小的電解槽，我們可以做到最大，也就是50立，受限是什么？718所是一個軍工所，軍工所什么事情都喜歡自己做，跟隔膜有關(guān)系，跟繼電器有關(guān)系。

最后說一下水電解的商業(yè)化路徑，原來的傳統(tǒng)的是化石能源，通過化石能源來進行制氫。別管水電解制氫還是其他制氫，他們都利用化石能源。制完氫以后進行高壓儲存，儲存完以后利用于國民經(jīng)濟各個方面，或者你有燃料電池，我們大規(guī)?？稍偕茉粗茪?，你發(fā)出來的電能上網(wǎng)就上網(wǎng)，上不了網(wǎng)我進行水電解，電解完了以后我可以儲存，儲存完以后電網(wǎng)不夠可以通過燃料電池把氫還原成電，補充電網(wǎng)也可以直接把氫氣用于國民經(jīng)濟其他領(lǐng)域。

在水電解過程當(dāng)中，它是水電解，一個水一個電，電的成本一般占90%，水不太值錢，再加上一些一體性投資、設(shè)備投資，運行過程當(dāng)中主要消耗的是電。制氫規(guī)模越大耗電量越大，所有制氫方法里水電解制氫是最昂貴的。所以是一種奢侈品，它制出來的氫品質(zhì)最好，但是是最昂貴的，因為耗費的是電。

根據(jù)2018年出版藍皮書，氫標(biāo)委會牽頭組織的藍皮書的統(tǒng)計，當(dāng)電0.2元/度，水電解每公斤氫氣是13.74元，是按1立方米的氫氣5度電進行計算，當(dāng)然現(xiàn)在這個已經(jīng)電耗有所降低了。當(dāng)電價0.33元的時候，與甲醇裂解相當(dāng)，電價在0.046的時候跟水煤氣制氫才能相當(dāng)，也就是說但現(xiàn)在制氫過程當(dāng)中水煤氣制氫是最便宜的。如果我水電解制出來的氫氣跟水煤氣制出來氫氣賣一個價錢的時候電只能0.046元。這個對于我們發(fā)電行業(yè)，我們電網(wǎng)，我們一次能源是一個挑戰(zhàn)。

當(dāng)然這里是直接制氫成本，不包含其他的，從環(huán)境上來講溫室氣體，對碳排量來看，不一一列舉，水能風(fēng)能太陽能，太陽能每公斤氫氣2.97千克排碳，相對來說算比較高的。因為算整個生命周期，它是太陽能發(fā)電沒有，但是多晶硅單晶硅生產(chǎn)當(dāng)中排碳。比其他制氫方式2%到5%。如果現(xiàn)在國際上對碳排放也要求特別嚴，到2030年我們國家在國際上有一個承諾，如果把碳的交易再加到制氫里面去的話，我想水電解制氫和其他方法制氫的差距就不會有那么大了。 畢竟水電解制氫沒有碳，其他任何方法都有碳出來，碳還要拿錢買。

現(xiàn)在我們有些合作企業(yè)算的就是這個帳，好了他說我弄完以后我就把碳消納掉了，我的碳指標(biāo)可以拿到市場上，賺這部分錢。

對于可再生能源這一塊，今年李克強總理在工作報告當(dāng)中也提出來了，現(xiàn)在各個省市、各個地方都在非常關(guān)注，對氫能支持力度也非常的大。這里我列舉了幾個，尤其四川省到戶電價3元，我們收集得并不是很全。

如果要是使光伏進行水電解的話，第一個我們要提高氫轉(zhuǎn)化率，第二要降電價。我把我們國家水電解可再生能源制氫技術(shù)羅列了一下，所有863專項，從2006到2009年一步一步在走，由碳導(dǎo)向類，向樣機示范運行，小型設(shè)備驗證，到現(xiàn)在是大規(guī)模應(yīng)用。這是我們所里一個，我們畢竟建立了這么一個中船重工的研究所?，F(xiàn)在基于氫能發(fā)展，我們所里有這么幾個機構(gòu)，包含了制氫、檢測各個行業(yè)。

時間關(guān)系我介紹這么多，謝謝大家！

（以上內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)場速記整理，未經(jīng)嘉賓審核）