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我国氢燃料电池热电联供发展现状与展望

2022-12-15

目前世界上对氢燃料电池应用最多的不是汽车,而是燃料电池分布式热电联供系统。

燃料电池热电联供,是利用燃料电池发电技术同时向用户供给电能和热能的生产方式。用燃料电池运行过程中产生的余热供热,可提高能源的利用效率,而且减少二氧化碳和其他有害气体的排放。燃料电池热电联供系统主要使用质子交换膜燃料电池PEMFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)作为发电系统,发电效率可达40%,废热利用达40%,能源综合利用率超过80%

 

我国在氢能热电联供环节发展缓慢,正处于起步阶段。从政策层面来看,分布式能源正在被越来越多的地区纳入氢能规划项目,目前全国24个省市累计支持氢能产业政策超过100个,其中提到氢能分布式能源的有37个。尽管热电联供相关的政策众多,但基本仅提及“鼓励发展”,相关补贴政策少之又少,涉及补贴的政策情况具体如下。

国内燃料电池热电联供补贴政策表

时间

地区

政策

具体内容

2021.12

潍坊

《关于支持氢能产业发展的若干政策》

对参与建设的企业、居民社区每个项目按照热电联供设备装机量基于500/kW 最高不超过200万元的一次性奖励补贴。

2022.3

嘉兴

《关于加快推进氢燃料电池汽车省级示范点的若干政策意见(征求意见稿)》

支持燃料电池分布式发电示范项目建设,按照设备投资额的20%给予补助,最高不超过300万元;从项目建成并投入运行开始,连续3年按发电量给予0.1/kWh 的财政补贴,单个项目年最高补贴额不超过50万元。

2021.6

嘉兴

《嘉兴市人民政府办公室关于加快推动氢能产业发展的实施意见》

支持燃料电池分布式发电示范项目建设,从项目建成并投入运行开始,连续3年按发电量给予0.1/千瓦时的财政补贴,单个项目年最高补贴额不超过50万元。

2022.2

成都

《成都市支持绿色低碳重点产业高质量发展若干政策措施(征求意见稿)》

对于组织开展的分布式能源、热电联供系统等示范项目,按实际投资给予最高500万元的一次性补贴。

 

我国热电联供项目情况

与国外已经实施量产的进度比较,我国分布式燃料电池系统目前尚处于研发和工程验证阶段。亚化咨询《中国氢能综合应用技术与项目报告》中统计,我国燃料电池热电联供项目情况如下表。

国内热电联供典型项目

地点

项目名称

燃料电池种类

项目规模(kW)

综合效率(%

装置来源

江苏张家港

张家港华夏科技园区示范项目

PEMFC

10


江苏铧德氢能源科技有限公司

北京大兴

北京大兴燃料电池热电联产示范项目

PEMFC

5

89

江苏铧德氢能源科技有限公司

浙江台州

台州大陈岛氢利用示范工程

PEMFC

150

95

河南豫氢动力有限公司

四川德阳

东方锅炉德阳基地氢能源示范园区

PEMFC

100

90

东方电气(成都)氢燃料电池科技有限公司

浙江嘉兴

嘉兴红船基地“零碳”智慧园区

PEMFC

20

90

浙江高成绿能科技有限公司

上海

上海汽车城离网氢能应用展示馆

PEMFC

5

80-90

上海清能燃料电池技术有限公司

青海大学

凯豪达光伏制氢与燃料电池热电联供系统




深圳市凯豪达氢能源有限公司

江苏苏州

江苏科技大学

PEMFC

5

89

江苏铧德氢能源科技有限公司

广东佛山

中科润谷氢进万家智慧能源示范社区项目

PAFC&PEMFC

2062

97 & 85

日本爱信和松下

上海

宝武运管楼氢能热电联供示范系统集成及楼宇

PEMFC

1.4

97

松下

贵州贵阳

贵阳市经开区新能源产业示范基地

PEMFC

100

98

贵州氢能效率能源科技有限公司

山东

山东省“氢进万家”示范项目

SOFC

30


潍柴动力SOFC

广东

高温燃料电池发电系统研发与应用示范

SOFC

100

91.2

广东能源集团科学技术研究院

 

从规模上讲,我国燃料电池热电联供电力输出功率范围为5-150kW,其中以100kW规格居多,对应耗氢速率在6.2-7.5 kg/h范围内。

从技术路线来看,我国以PEMFC为主,并逐渐向SOFC靠拢,与我国目前燃料电池技术水平相符。

从应用场景来看,目前国内燃料电池热电联供应用场景主要包括,以“氢进万家”为代表的大规模集中式家用示范场景,以“台州大陈岛氢利用示范工程”为代表的离网应用场景,还有以“张家港华夏科技园区示范项目”为代表的产业园区内技术开发应用场景。

从项目规模来看,目前广东省中科润谷氢进万家智慧能源示范社区项目超过2MW,为国内最大规模。

 

燃料电池热电联供系统面临的挑战

1技术问题

由于国内燃料电池应用以车用为主,但热电联供电堆设计不能照搬车用的经验,原因包括:

1)工况差异。车用工况复杂,因此对响应性能要求较高,而热电联供的功率变化相对缓慢。

2)寿命差异。热电联供设备年使用时长可达8000个小时,按十年折旧周期就是8万小时,目前车用电堆的寿命大概1万小时。

3)热管理差异。车用电堆主要要求散热,而热电联供要求充分利用热能。

4)控制逻辑差异。热电联供需考虑热电输出平衡,车用考虑电控制。

因此热电联供电堆设计,包括极板流道、耐腐蚀、催化剂抗中毒、质子膜选型,乃至结构设计等对比车用都有所变化。设计的差异又导致工艺的差异,进而造成人才的缺失。因此,与国外合作或是有热电厂背景的企业会占据一定的优势。

此外,家庭用燃料电池热电联供产品还需要进一步提高智能化水平,更贴近用户的日常使用习惯。

 

2成本问题

与日本热电联供产品已经平价不同,国内燃料电池热电联供的运营成本远高于传统方式,再考虑偏高的购置成本,热电联供产品市场竞争力不足。在碳税进一步推广实施下,企业客户,尤其是水泥、化工等高能耗企业,使用燃料电池热电联供设备的意愿将大大提高。若在2025年国内燃料电池热电联供能够达到200MW以上,成本有望下降一半,再配合碳税等措施,热电联供的市场前景将会逐渐开阔