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近日，以“碳路中國氫進(jìn)萬家氫能世界綠色未來”為主題的2022山東氫博會系列活動：第二屆中日韓氫能產(chǎn)業(yè)高峰論壇，第二屆世界綠氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會，首屆中國（山東）氫產(chǎn)業(yè)大會成功舉辦。陽光氫能科技有限公司市場營銷總監(jiān)應(yīng)源作了主題為“雙碳目標(biāo)下綠電制氫發(fā)展路徑”的演講。主要從綠氫發(fā)展前景展望、陽光氫能的綠氫解決方案、陽光氫能發(fā)展概況等三個部分進(jìn)行了分享。
綠氫發(fā)展前景展望
目前氫能正在全世界發(fā)力發(fā)展，有超過130個國家和地區(qū)提出了碳中和目標(biāo)，20多個國家制定了國家氫能發(fā)展戰(zhàn)略，預(yù)計到2025年制定氫能戰(zhàn)略國家GDP總和將超過全球總量的80%。全世界之所以大力發(fā)展氫能有三大驅(qū)動力，其一是深度脫碳，其二是經(jīng)濟增長，第三是能源安全。
深度脫碳結(jié)合可再生能源制氫進(jìn)行多場景示范應(yīng)用，以能源結(jié)構(gòu)清潔化轉(zhuǎn)型產(chǎn)業(yè)脫碳為核心目的，主要應(yīng)對氣候變化為主。經(jīng)濟增長擁有先進(jìn)核心技術(shù)或氫能優(yōu)勢，通過技術(shù)出口或氫資源出口，以打造新的經(jīng)濟增長為目標(biāo)，打造氫能產(chǎn)業(yè)集群，培育新的經(jīng)濟增長點。涉及到能源安全方面，展開國際間氫資源供應(yīng)鏈與貿(mào)易，國內(nèi)進(jìn)行發(fā)電等綜合示范應(yīng)用，替代石油煤炭等傳統(tǒng)化石資源，保障能源安全與技術(shù)優(yōu)勢。
可再生能源與氫協(xié)同發(fā)展是支撐雙碳目標(biāo)的可行性路線。從歷史數(shù)據(jù)上看，二氧化碳排放有51%來自于發(fā)電與供熱，有28%來自于工業(yè)生產(chǎn)，有10%來自于交通領(lǐng)域。通過可再生能源制取綠氫，將可再生能源從電力端引向用戶終端，是解決脫碳的關(guān)鍵抓手。
從各大權(quán)威機構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)來看，在2021年的數(shù)據(jù)上可以看出全球氫能總需求量達(dá)到9400萬噸，同比增長5%，在終端能源中占比2.5%，中國氫能需求量占比最高，且總體需求量穩(wěn)定?？梢源竽戭A(yù)測，2030年全球氫氣需求量預(yù)計達(dá)到1.3億噸，中國為0.37億噸，全球低排放氫的產(chǎn)量可能達(dá)到每年1600萬到2400萬噸，其中一半以上將來自于可再生能源電解槽產(chǎn)生的綠氫。
從我國的國家層面上來看，目前國家氫能政策框架搭建初步完成，通過頂層設(shè)計+示范應(yīng)用補貼+地方產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，共同促進(jìn)整個產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展。我國沿海區(qū)域近年來海上風(fēng)電大力發(fā)展，結(jié)合長三角珠三角發(fā)達(dá)的交通路網(wǎng)，形成綠色交通與綠色國際貿(mào)易產(chǎn)業(yè)，而在我國的北方以及西北、西部地區(qū)有著得天獨厚的風(fēng)、光資源，通過風(fēng)、光制氫結(jié)合傳統(tǒng)化工形成一條完善的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)鏈。
氫能在交通領(lǐng)域。隨著氫燃料電池的技術(shù)進(jìn)步與快速降本，氫能重卡、軌道、航運、航空等將快速發(fā)展。
汽車領(lǐng)域。我國初步形成了京津冀、上海、廣東、河北、河南五大城市示范群格局。
低速車領(lǐng)域。近日，安泰創(chuàng)明、美團(tuán)等也開展了氫能電動外賣車示范項目。
軌道交通領(lǐng)域。中車大同發(fā)布了中國自主研制的氫燃料電池混合動力機車，截至目前已在赤峰運行超過1萬公里。
船舶領(lǐng)域。目前尚未有實際案例。據(jù)交通運輸部水科院預(yù)計，2025年改造和新建數(shù)量分別約400艘和200艘。
傳統(tǒng)化工領(lǐng)域。通過可再生能源制氫，進(jìn)而結(jié)合氮氣形成綠氨，不僅僅是重要的基礎(chǔ)化工原料，同時也是解決氫氣儲運難題的一種有效途徑。
在煤炭價格處于歷史高點時（1500-2000元/噸），傳統(tǒng)合成氨的成本將超過3000元/噸。此時在電價較低（0.2元/kWh)的區(qū)域，綠色合成氨的生產(chǎn)成本也可以與傳統(tǒng)合成氨相競爭。而在煤炭價格處于正常范圍時（700-900元/噸），傳統(tǒng)合成氨的成本范圍將在1900-2000元/噸。此時在電價非常低（0.1元/kWh)的區(qū)域，綠色合成氨的生產(chǎn)成本也可以與傳統(tǒng)合成氨相競爭。
氫-氨能源在化工、儲能、燃燒等方面應(yīng)用逐漸展開。
國家《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》強調(diào)了氨的氫基儲能和低碳燃料屬性。從2021年開始，國內(nèi)氫-氨聯(lián)合示范項目逐漸增多。
在低碳燃料方面，按照“光伏發(fā)電-電解水制氫-合成氨-氨運輸-火電廠摻氨燃燒”的技術(shù)路徑：通過逐步提高摻氨燃燒比例，達(dá)到有效降低火電廠二氧化碳排放和能耗總量的目標(biāo)。目前，佛山、合肥和內(nèi)蒙古均在推進(jìn)氫-氨燃燒示范項目，包括發(fā)電、制陶等。
在儲能方面。福大紫金氫能開發(fā)的3kW氨制氫燃料電池正式交付，氨制氫加氫站目前正在推進(jìn)過程中。
在化工領(lǐng)域。傳統(tǒng)大化工綠氫綠氨化目前正在加速，以內(nèi)蒙、吉林等地大規(guī)模風(fēng)光制氫示范項目為主。
陽光氫能的解決方案
傳統(tǒng)電解水行業(yè)應(yīng)用場景有限，以小規(guī)模網(wǎng)電制氫為主，主要應(yīng)用于火電廠、氣機冷卻以及半導(dǎo)體、浮法玻璃，而且技術(shù)的發(fā)展相對緩慢，電解槽發(fā)展近百年歷史，1000Nm3/h電解設(shè)備才剛剛得到應(yīng)用。目前主要大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)路線為堿性電解水技術(shù)路線，質(zhì)子膜僅僅用于一些典型的示范項目，而SOEC則處于實驗室階段。
傳統(tǒng)的制氫到可再生能源電解水制氫又面臨哪些挑戰(zhàn)和問題？
挑戰(zhàn)一：技術(shù)成熟度和規(guī)模化生產(chǎn)能力尚有待提高。在制氫電源方面，第三代功率半導(dǎo)體IGBT技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用還沒有形成，風(fēng)光離網(wǎng)制氫電源的開發(fā)也剛剛起步，制氫電源和制氫裝置有很深的耦合性，但并沒有在市場引起足夠的重視。而在制氫裝置方面面臨性能評價標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，同時目前大多數(shù)設(shè)備廠商還延續(xù)著原來的材料與結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新力不足，動態(tài)響應(yīng)性的關(guān)注度也同樣不夠高。在解決方案上面，各類的耦合制氫方案現(xiàn)在還沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用。
挑戰(zhàn)二：未來大規(guī)模制氫對電網(wǎng)的影響。由前端的前景預(yù)測，可以看出電解水制氫未來將成為電力系統(tǒng)最大的負(fù)荷，占全社會用電的比例超過20%。而這對于電網(wǎng)的影響，就像我們之前傳統(tǒng)的光伏所經(jīng)歷的幾個階段，脫網(wǎng)保護(hù)階段-適應(yīng)電網(wǎng)階段-支撐電網(wǎng)階段-虛擬同步、能量平衡階段。
挑戰(zhàn)三：應(yīng)用場景的轉(zhuǎn)變帶來從氫到電氫耦合的轉(zhuǎn)變。從網(wǎng)電、恒功率小規(guī)模到多種可再生能源大規(guī)模制氫，面臨如何將不規(guī)則的電力轉(zhuǎn)變成安全穩(wěn)定的氫能。這里所面對的問題主要是因為可再生能源的波動性以及間歇性的應(yīng)對，可再生能源制氫對電網(wǎng)的友好性，以及它的能量管理系統(tǒng)，還有電氫深度耦合的協(xié)同控制。
陽光電源專注于可再生能源制氫，由傳統(tǒng)的網(wǎng)電小規(guī)模制氫升級為可再生能源多種形式下的大容量多臺套制氫系統(tǒng)。在我們的解決方案中有三大核心部件，其一是IGBT全控型制氫電源，第二是大容量多臺套制氫系統(tǒng)。第三是制氫能量管理系統(tǒng)。
陽光氫能一體化的解決方案是從制氫電源到制氫裝置，結(jié)合智慧能源、智慧氫能管理系統(tǒng)，提供一整套的高效安全智慧的可再生能源制氫解決方案。
第一個關(guān)鍵器件就是IGBT全控型制氫電源。制氫整流電源利用IGBT全控型功率器件，將交流電或不穩(wěn)定的直流電轉(zhuǎn)換為電解槽所需要的直流電，適用于大規(guī)?？稍偕茉唇涣黢詈现茪鋱鼍盎蝻L(fēng)光直流耦合離網(wǎng)制氫場景。
第二個關(guān)鍵器件就是制氫設(shè)備。陽光氫能有兩個技術(shù)路線，一個是質(zhì)子膜電解水制氫設(shè)備，第二個技術(shù)路線是堿性水電解制氫設(shè)備。質(zhì)子膜可提供50-1000Nm3/h解決方案，陽光氫能的質(zhì)子膜電解槽有5%~110%的寬功率運行范圍，直流電耗小于4.3kwh/Nm3 H2，而且可以采用集裝箱式一體化集成方案，快速布置。陽光氫能的堿性電解水設(shè)備可提供500-1000Nm3/h以上解決方案，同時可以提供集裝箱或撬裝式方案，靈活適應(yīng)各種場景。前段時間，1000Nm3/h堿性電解槽通過了必維國際能效認(rèn)證，入選了首批領(lǐng)跑者行動白名單，品質(zhì)可靠。
第三個核心部件是陽光智慧氫能管理系統(tǒng)。陽光智慧氫能管理系統(tǒng)是綠電制氫系統(tǒng)的“大腦”，實現(xiàn)多套制氫系統(tǒng)之間，制氫系統(tǒng)與多種能量來源之間的協(xié)調(diào)控制?；陲L(fēng)光儲成熟的監(jiān)控管理平臺，陽光氫能自主開發(fā)的智慧氫能管理系統(tǒng)具備運行監(jiān)測、分析診斷、協(xié)調(diào)控制、運營管理四大功能。實現(xiàn)能量管理、運行管理、安全管理三大核心能力，打造高效、智慧、安全的綠電制氫系統(tǒng)。
陽光氫能發(fā)展概況
陽光氫能隸屬于陽光電源，是陽光電源集團(tuán)的全資子公司，陽光電源作為清潔電力轉(zhuǎn)換技術(shù)全球領(lǐng)跑者，成立于1997年，在2011年成為中國可再生能源電源行業(yè)首家上市公司，同時也是全球新能源企業(yè)100強，在全球150個國家與地區(qū)布局業(yè)務(wù)。
陽光電源的幾大核心業(yè)務(wù)主要聚焦在清潔能源領(lǐng)域，多業(yè)務(wù)協(xié)同發(fā)展，其中包括可再生能源制氫、光伏逆變器、新能源投資開發(fā)、儲能變流儲能系統(tǒng)、風(fēng)電變流器、新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)、水面光伏系統(tǒng)、智慧運維、以及電動車充電設(shè)備、光伏清掃機器人等。
陽光氫能，致力于成為綠電制氫系統(tǒng)及解決方案全球領(lǐng)跑者。
陽光氫能從2016年開始成立了氫能研究小組，在全球各個國家與地區(qū)研究氫能的發(fā)展。
2019年集團(tuán)成立了氫能事業(yè)部，2020年在合肥建立了可再生能源變功率制氫及氫儲能發(fā)電實證平臺并投運。
2021年陽光氫能注冊成立，同年公司發(fā)布了50Nm3/h質(zhì)子膜電解槽以及成功投運了1000Nm3/h堿性電解水制氫系統(tǒng)，建成了電解水制氫系統(tǒng)綜合測試平臺。
2022年公司GW級制氫設(shè)備工廠投入使用。
陽光氫能始終專注于技術(shù)研發(fā)，持續(xù)推動技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)品創(chuàng)新。
每年高強度的研發(fā)投入，注重選拔培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，并與各大高校院所合作，專注于技術(shù)的探索與研究。
公司建立創(chuàng)新平臺，其中包括與大化所合建的質(zhì)子膜制氫聯(lián)合實驗室，以及目前國內(nèi)最大的電解水制氫綜合測試平臺，還有10米法EMC電波暗室，包括建成可再生能源變功率制氫及氫儲能發(fā)電實證平臺。今年，公司獲得了必維國際頒發(fā)的首個國內(nèi)1000Nm3/h堿性電解水制氫系統(tǒng)能效證書。剛剛提到的國內(nèi)最大的電解水制氫系統(tǒng)綜合測試平臺，它具備有四大功能，其一是材料評價，其二是性能測試，其三是系統(tǒng)實證，其次是用戶培訓(xùn)。
陽光產(chǎn)業(yè)園國內(nèi)首個光伏離網(wǎng)變功率制氫及氫儲能發(fā)電實證平臺，主要是由647.28kW光伏+100Nm3/h制氫+50kW燃料電池發(fā)電+274kWh儲能構(gòu)成，這個項目的意義主要在于光伏+儲能+電網(wǎng)多能互補，直流耦合制氫系統(tǒng)，通過陽光氫能自主開發(fā)的能量管理系統(tǒng)和數(shù)字化控制監(jiān)控平臺，可實現(xiàn)離網(wǎng)變功率制氫、自發(fā)自用余電上網(wǎng)制氫、谷電制氫等多種工作模式，通過氫儲能發(fā)電實現(xiàn)電-氫-電閉環(huán)。
