张靖：《氢能燃料电池热电联供系统解决方案及应用》

广东清能新能源技术有限公司

战略总监

张靖

各位产业链上下游的朋友们，大家好！

今天我来介绍一下清能股份在燃料电池热电联供的解决方案和应用方面做的一些工作。

其实燃料电池热电联供或者是固定式发电，它的应用背景和氢能整体的应用背景是相关的，我们知道能源转型的方向是从化石能源到清洁可再生能源的转变，燃料会从高碳燃料向低碳燃料转变，总体上是一个脱碳加氢的过程。氢最后在整个能源架构里面，是在长周期、大规模的储能方面去做补充。我们可以想象一个场景，未来我们80%以上的一次能源都来自于风电、光伏、核能、水能这样的清洁可再生能源。除了风电、光伏它们直接供到电网之外，剩下用不掉的这些电力，比如说短周期可以用超级电容或者电化学储能把它储存下来，长周期季节性的就用氢储存下来。

氢最后会代替什么东西呢？在整个能源转型和碳减排的过程中，氢一方面会把煤替代掉，从氢到电的环节可以替代煤，另外替代焦炭，就是钢铁冶炼富氢冶金等环节；第二方面是把石油替代掉，进入到交通领域作为一种燃料；第三可以把天然气也做一些替换，进入到千家万户，真正实现氢进万家。当然这里面煤、石油、天然气可能是我们想到的未来能够做一个替代的元素，但是还有一点非常重要，现阶段氢其实并不是一个新的东西，大量的氢作为化工原料存在于化工领域，其中绿氢替代灰氢将是非常大的一步碳减排。

我们知道燃料电池的能量转换效率相对较高，因为它不受卡诺循环的限制，是一种直接的电化学反应。如果我们把余热再回收回来的话，整体的能量转化效率还会更高。

我们看看热电联供的经济性考量。燃料电池现在常说的还是以PEM燃料电池为主，主要是通过质子交换膜做电解质，质子穿过膜、电子通过外电路流动形成电流到阴极反应的过程。

如果把同样一标方的氢气在不同场景下做价值比较的话，其实性价比最高的肯定是自产自销，直接卖氢气，因为投入低，不管怎么样这样一方氢气价值是最高的。如果把它做成热电联供的话，我们以河南的某一个地方它的峰值电价基本可以达到1块1毛多，这样的情况下如果把氢储存下来，只在峰值期间发电就可以达到1块6毛多。现在还有一些直接把氢气烧锅炉，大概是6毛多的价值，粗氢的正常售价基本是在9毛钱到1块钱，一方氢气不同的场景和纬度所产生的价值是不一样的。

现在热电联供的固定式发电的应用需求，目前来说更多的还是来自于验证技术的可行性，包括产生一些社会的效益。其实真正的经济性考量还是很少的，但是今年在河南已经发现了这样的场景，可以实现经济性，我们预计未来经济性的考量会越来越得到重视，后面社会效益和可行性的验证反而是其次的考量。

热电联供的应用场景最主要的三个点：

1、氢的价格很低。比如说现在氯碱、钛白粉行业里面有大量的几千方每小时的氢气排空。

2、储存久。比如说孤岛式的备电或者数据中心的电源、基站，这些场景需要很长时间的储存，一个电化学储能可能放一个月没电了。

3、电价高。有一些地方可能是处于缺电的状态，这个在中国还好，有些海外国家非常缺电，尖峰和平段的价格高，氢的价格还能低，这就有一定的应用场景。

清能股份在固定式发电和热电联供领域，其实最开始是做5千瓦以内小的固定式发电产品，这种现在已经很成熟的产品，主要以海外出口为主。民用和工业用的热电联供，水冷的现在主要是100千瓦以内，面向民用的，兆瓦级的面向工业用。

这是一个典型的热电联供的产品，一方面通过模块化的设计，每一个兆瓦级的产品会把它放到一个集装箱里面，这个集装箱里面还会包含余热回收系统，按照客户需求有一些逆变升压，这种都是可以定制的，也可以实现功率切换的兼容。

我们还针对孤岛式的小型储能提供一种解决方案，就是“3+1+2”的模式，也就是三方的电解水加一方的储氢罐，再加2千瓦的热电联供满足家用的用途，这是一个小型的解决方案。针对大型的，我们为某国提供了从光伏、电解制氢，加上储氢再返回去的一个储能的解决方案。

在智能化控制方面，我们的系统可以实现多模块联动，根据客户的负荷特性可以实现多模块选择最佳工况点，运行过程中也可以切断其中一个或者几个。在常规运维的基础上，因为有数据的不断累计，所以可以实现一定预测性的运维。

在固定式发电领域里面用到清能股份的核心技术主要是八大核心零部件里面的四项，我们可以实现自主化的生产，目前已经也有充足的产能作为保障。

在热电联供这个领域里面我们做了哪些事情？有几个比较典型的案例放在这里。

第一个是给韩国1.2兆瓦的热电联供。这个场景最开始是2018年我们开始做固定式发电，那时候是200千瓦，运营4年以后他们觉得这个方向还是可以实施的，后面就把它切换到1.2兆瓦。

第二个是今年影响比较大的一个场景，就是清能股份旗下的豫氢动力在焦作煤业开元化工有一个2兆瓦的热电联供投产，这个项目也是国内最大的热电联供的应用案例，这个案例项目大概在12月份正式投运，现在设备已经到位了，它一年运行8000个小时，每一年发电量可能达16.3GWh，这个对于氯碱企业做副产氢高效能的综合回收利用是一个重要的参考方向，这里面的余热回收是用来加热它的一次盐水的热量，正好符合现场的需求。

另外这里有一个麻雀虽小五脏俱全的小项目，这是当时时任上海市委书记李强同志调研的时候专门做了这么一个示范项目。它是以光伏为输入，白天光伏除了给宿舍里面配电，多余的电力可以制成氢储存下来，到晚上可以用这部分的氢来发电，同时给宿舍里面提供电力和热水。其实它是一个相对来说可以实现离网的小型项目，后面我们再讲到底经济性怎么样。还有配合一些客户从2020年开始做的集装箱式的分布式储能。

有一些影响比较大的，我们配合国家电网在台州大陈岛，这是国内第一个海岛绿氢示范项目，它是通过风电，通过PEM电解水储氢，回到热电联供的模式，它的电解氢出来的氧还要兼顾当中的黄鱼养殖的场景，这个场景也是中央电视台和官媒做了很多的报道。

说一点干货，在民用热电联供领域想要这样一个场景，比如找一家人，他们家就是100平米，这100平米的家里面未来怎么样用氢来解决所有的热和电的供应问题？有一种模式就是家里面，像刚才场景里，上面屋顶就配光伏板，自己再做一个小型的制储和热电联供一体化的设备，这样成套设备的价格按照上海嘉定的电价和燃气价格来算的话基本上要达到8200块每度电，才能实现一个经济性，跟现在的用能费用打平。如果是不改变现有的方式，氢未来也是管道输进来的，管道供氢的成本要降到1块4，整个热电联供的成本要降到2800每千瓦左右，这样跟现有的产品打平。另外一个就是孤岛式的备电，是适合于功率比较小，但是储能相对来说比较大，我们在100千瓦的功率下可能备电要8个小时，如果到500千瓦备电7个小时就跟锂电基本打平，所以我们说备电的时间越长，功率基本上就是1比7到8，肯定跟锂电可以打平的，所以现在有一些储能的项目也在做这块的尝试。

另外副产氢、弃氢发电的项目，弃氢发电有两种模式，一个是实际场景方自己去投资，现在看下来整个可研和项目的设计做下来大概是在5年可以收回成本，包括可研、设计、土建、安装、设备整体的工程。如果是合同能源管理的模式，一般来说场景方还希望把自己的氢给卖出去，这个氢基本到4毛5，我们觉得测算下来基本就到头了，这是对当前的设备成本来说。

PEM现在做热电联供是一个效率和成本平衡的问题，因为成本线的斜率要比效率线的斜率要高。比如一公斤氢气从13度电增加到15度电，可能成本不止增加一点点。

第二个就是涉氢的工程，现在审批上面遇到了一点点困难。当然我们第一个项目走通之后，我相信后面整体的项目都会没有太多问题。

氯碱方向副产氢的高价值利用，包括孤岛式的备电，数据中心的备电，这种都是可以考虑的市场方向，而且在海外可能这种商业化的尝试也可以去做一些考量，日本和欧洲小型的，几百瓦或者一两千瓦的已经有很多案例，就不讲了。

简单介绍一下清能股份，清能股份2003年在氢能和燃料电池领域做市场化的尝试，到现在已经二十年的历史。现在我们在中国的佛山、上海、江苏、河南四个地方都有基地，包括其他地方有分支机构，在海外也有多家的机构。2022年清能股份跟河南豫氢做了整合，具备了三擎联动的能力和给客户提供全产业链解决方案的能力，包括同济大学的产学研的支撑。

这里提几个发展历程中的小点，2006年的时候清能股份H系列燃料电池获《时代杂志》最佳发明奖的时候马斯克的特斯拉是第二名，目前为止我们已经成为大功率燃料电池行业上的引领者，目前是三擎联动的产业布局，从PEM的电解制氢、储氢、加氢的核心装备，包括燃料电池的应用，三方面可以给客户提供完整的解决方案。另外我们做了全球化布局。

这就是我今天分享的内容，谢谢！