当电价在0.046元/度的时候电解水制氢成本才能够跟水煤气制氢相当

　　在水电解过程当中，电的成本一般占90%，水不太值钱，再加上一些一体性投资、设备投资。所有制氢方法里水电解制氢是最昂贵的，根据2018年出版蓝皮书，氢标委会牵头组织的蓝皮书的统计，当电价在0.046元/度的时候跟水煤气制氢才能相当（现在制氢过程当中水煤气制氢是最便宜的）。这对发电行业，电网，一次能源来说是一个挑战。

　　——中船重工第718研究所副总工程师薛贺来

　　2019年是光伏产业承上启下的一年，平价上网之后，光伏将迸发出无限的生机与活力，光伏新时代即将开启。北极星电力网与北极星太阳能光伏网于10月24日在北京举办《2019光伏新时代论坛暨“北极星杯”2019光伏影响力品牌颁奖典礼》，北极星太阳能光伏网、北极星光伏APP将全程直播。

　　中船重工第718研究所副总工程师薛贺来在论坛上做《可再生能源大规模电解水制氢可行性与商业化路径》演讲，以下为发言实录：

　　大家好！我来自中船重工第718研究所，你发的电我来使用，今天根据我们自己的一些体会，也应主委会的要求，在这里给大家汇报一下我们自己的体会。

　　可再生能源有很多很多，可以再生的都叫做可再生能源，是相对于穷尽的不可再生能源的一种能源，对环境危害极小比较适用就地利用开发，这个可再生能源可以利用，有着极鲜明的地理和物理特性，不可贮存，就像阳光一样今天阳光出来了明天阴天了阳光不可储存，大部分都是通过转化为电能进行储存、应用、传输，就是这个所以要可再生能源，我们现在所利用的大多利用可再生能源进行发电，通过电的形式进行利用。可再生能源输出只有非稳态特性，波动性、峰谷性、不确定性，风大了以后风力发电更足一些，今天有阳光我们光伏能够发电，没有阳光我们就发不出电来。白天可以发电晚f上就没有了，是根据有波动性、峰谷性、不确定性。

　　我举一个单体风机小时发电年发电量的例子，我把图形压缩了，从图形我们可以看得出来，从这个图形可以看得出来这边就比较密，到后面有很多空白的地方，这个电有时候可以发出来有时候发不出来，风力不足，还有一个峰值有高有低，所以它具有波动性、峰谷性、不确定性。对于我们这个电网来说，他们建立电网的时候一般都是基于什么呢？以传统能源、热电的形式其他的形式发出来电都比较平稳，是稳定的电，电力发展出来直接上网，上网以后在国民经济各个行业里利用，而可再生能源由于它具有不稳定性，就是说在传统的电力系统，传统的建立起来的传统电力输送系统不能完全满足波动性、可再生能源发电并网要求，电力系统灵活性不能得到充分的发挥。可再生能源与其他能源协调发展的技术管理体系没有建立，可再生能源比较火，发展形成规模没有几年。所以可再生能源大规模发电大规模并网仍存在一定障碍，今天上午有些专家也在说这个问题，技术改造仍然需要一定成本。
　　
　　基于此造成了可再生能源发出来的电有一部分可以上网，波动性大的那些，与电网不匹配的那些不能上网。上不了网这部分怎么办，电发出来用就用了，不用就没有了。就会形成一部分弃风弃电，我们所谓的弃风弃电，对于我们领域来说弃风弃电，电发出来了但是不能在后期得到应用。

　　还有一个就是说我们国家的资源禀赋与负荷中心呈逆分布特点，资源和负荷不相匹配，像内蒙古、宁夏、甘肃、青海风力、光非常充足，但是那边地广人稀，工业水平比较低，资源很多但是发电出来消纳不出来，上网一部分可以走，很大一部分走不了。

　　部分地区的电源调峰电源相对较少，热电联产冬季调峰能力进一步受阻。像东北，东北、内蒙古这一块风力资源、光资源很好，但是冬天要供热，不管用的了用不了必须要发电供热，这部分电也是消纳不了的。还有另外新常态情况下我们国家现在对高耗能的企业，高污染企业进行限制，基于这些东西一部分好的电力实际上在某些地区也并不能得到充分的应用，这就是多余的一些电力，也就是被放弃的一些电力。这个时候怎么办？这些多余的电怎么办？这都是能量，这时候就要充分发挥氢的二次能源的作用。这个时候用不了，我拿来把它水电解制氢，氢气可以储存，可以运输，也可以直接利用。这样就提高了电力利用率，节约了能源。我这个图上可以看到，上面是一个传统的电力系统，这边是可再生能源，另外一部分可以直接上网，上不了网部分用于水电解制氢。网上调峰调不下来，多余电力也可以制氢。制氢以后氢气可以通过能量管理系统，能够在国民经济其他方面利用，作为能源也好、作为其他的也好，能在工业上利用就利用，一旦电力系统我缺电了怎么办？拿这个多余电量制出来的氢气通过燃料电池重新发电，起到削峰填谷的作用。水电解制氢和光伏和可再生连接起来的。

　　对于可再生能源发电，现在发展的也算是比较成熟一些了，光伏发电、风力发电，都自成体系，相对比较成熟，对于水电解来说他们这方面研究相对比较成熟。现在将两个比较成熟的东西怎么结合起来，这里边还有一定技术需要进行研究，怎么对它进行匹配，传统电力和水电解匹配没有关系的，为什么？是非常非常稳定的，现在可再生能源发电，它是具有它的不稳定性。这个时候怎么跟水电解连接起来？就是一些关键技术。

　　一个是水电解制氢设备组成形式，水电解制氢来说怎么满足发出的电不稳态，不稳定性的要求。发出来的电一会儿大了一会儿小了，一会儿不能很宽，如何匹配把发出来的电尽可能消纳掉，不要把电浪费掉，我们通过和光伏发电、风力发电跟这些企业进行沟通，给它匹配上去。给你弄多少槽子、弄多么大的槽子，尽可能不浪费，现在有碱性的，碱性的制氢量比较大，制造成本相对比较低，可再生能源发电大量的电力可以以碱性槽体为主，适当配一些小剂量的碳性电力槽，电解氢氧化钾碱液，氢氧化钾在里面起导电作用。质子膜对电网呼应性比较好，只要有电流就产氢，可惜造价比较高，寿命比较短。再一个产氢量没有那么大。所以对于我们来说可再生能源制氢的配备电解槽多台碱性加少量碳性的进行。

　　但是这个怎么配比和各个风电厂各个光伏厂也是不一样的，看多大功率，我们再适当配备，这个我们也在进行一些研究。

　　怎么匹配呢，根据发电量20%到50%电量配一种槽体，50%到100%的电量我们正常槽体按这个设计的，运行它可以从50%到100%。还有110%到135%，我再给你配一种槽型。根据你的电量我给你配不同制氢量的制氢设备，来适应一些我们可再生能源不稳态各个阶段发出的电力电量。

　　因为水电解制氢是遵循这个定律，吸出1摩尔的物质96500的电量，水电解的理论电解电压值1.23伏，热中性1.48伏，我一定要达到这个电压，那么多电量，就可以电解出物质来。

　　两者能量效率都做60%到82%之间，如果冷热电联相互利用效率就高，水电解制氢过程当中也会产热，如果把热量收集起来就是电利用率更高一些。再一个水电解制氢设备里电解槽成本比例相对来说是比较大的。越大的产氢量越大的槽体，槽体在设备里占成本比例越高。10立方设备，再加上整流设备、控制仪表、辅助设备，槽体在这里只占60%的成本。

　　如果我一千立方的设备槽体占90%乃至90%还要多，我们买其他的整流只是辅助设备。我们买的主要是槽体，要消纳我们的电量。对于大型单体大容量电解槽的研制也是我们一个在适应可再生能源制氢的关键一个课题。

　　而大型槽体的研制跟小型槽体不是简单的放大，在槽体结构、内部流场都要重新进行优化进行设计。我们最终目标是把电流密度提升到3500到4000，现在我们传统的一般都是2000，现在我们有的厂家已经提出来可以达到4000了，你达到4000以后，为什么要提电流密度呢？完全可以缩小槽体体型，减少一次性投资，最终目标是减少直流电耗，提高电力使用率。

　　这是从水电解这边，从电力系统这边，从光伏这边，风力发电这边也好，怎么使管理你这个发电的电力输出来适应于我水电解制氢设备。拿光伏发电来说，光伏发电发出来的电就是直流电，而水电解使用的也是直流电，发出来以后直接接到槽体上就可以了。理论上是可以的。实际上大家都知道你们发出来电流是多大？如果需要直流输出线损有多少？再一个你输出来的电流，你输出的电压能不能给槽体进行。所以在能量管理系统上这是我们的，如何使制出来的电尽可能和现在槽体进行匹配，还有进行预测机制、切入机制，测量检测大数据分析，说白了我们要对电力系统，我这个电力系统的性能进行分析，我什么时候启动这个比较小的槽体，什么时候切入比较大的槽体，什么时候它们两个通讯。这里我们经验比较少，目前我们还没有拿到这个规律，不知道系统里是怎么样更优化，更能提高电的使用效率。

　　再一个是从控制，刚才我说的是这些东西，进行大数据分析，在实践当中我们要积累一定经验，把整个的系统给它优化提高电力的利用率。

　　还有开发新型小槽体，阴离子膜水电解制氢，这个技术已经有了，并且电离密度很高，电转化率也很高，但是现在这个技术并没有放大。非常非常小，仅在实验室做。这个如果我们要是利用光伏、利用可再生能源制氢，这些技术我们还要进一步进行研究。

　　我们所是研究水电解制氢比较早的，也是我国唯一水电解做出专业研究的科研院所，我们是一个军转民企业。我们所的水电解发展水平基本上可以代表我们国家的水电解发展水平。这个里面因为我们都不是搞这个专业的，我只是简单介绍一下，就是说现在我们是为了适应于可再生能源制氢，要进行节能降耗轻量化，重新对水电解制氢进行重新优化。我们国家水电解在结构上、工作压力上、在国际上是处于领先地位。但是在核心的电流密度、电耗跟国际上还有一定差距。因为国际上已经研究很长时间了，我们国家从上世纪六十年代才开始对水电解的研究。

　　蓝色中间这个图表，蓝色带三角的是传统的隔膜，传统的电极，底下比较斜的是我们通过对吸氢吸氧电极，对结构进行重新模拟重新计算重新研制重新做实验，我们现在从这个地方可以看得出来这个大斜线，中间这个，现在我们这个电流密度，2伏的时候电流密度2000多，现在可以达到6000，同样一个槽体，现在产氢量可以是原来产氢量三倍。一次性投资就会降低。成本降低了。

　　成本不是说对电极、对隔膜、没有成本吗？也有成本，但是总的来说也有成本，技术提高了。

　　还有纯水制氢设备，纯水设备国内都比较小的电解槽，我们可以做到最大，也就是50立，受限是什么？718所是一个军工所，军工所什么事情都喜欢自己做，跟隔膜有关系，跟继电器有关系。

　　最后说一下水电解的商业化路径，原来的传统的是化石能源，通过化石能源来进行制氢。别管水电解制氢还是其他制氢，他们都利用化石能源。制完氢以后进行高压储存，储存完以后利用于国民经济各个方面，或者你有燃料电池，我们大规模可再生能源制氢，你发出来的电能上网就上网，上不了网我进行水电解，电解完了以后我可以储存，储存完以后电网不够可以通过燃料电池把氢还原成电，补充电网也可以直接把氢气用于国民经济其他领域。

　　在水电解过程当中，它是水电解，一个水一个电，电的成本一般占90%，水不太值钱，再加上一些一体性投资、设备投资，运行过程当中主要消耗的是电。制氢规模越大耗电量越大，所有制氢方法里水电解制氢是最昂贵的。所以是一种奢侈品，它制出来的氢品质最好，但是是最昂贵的，因为耗费的是电。

　　根据2018年出版蓝皮书，氢标委会牵头组织的蓝皮书的统计，当电0.2元/度，水电解每公斤氢气是13.74元，是按1立方米的氢气5度电进行计算，当然现在这个已经电耗有所降低了。当电价0.33元的时候，与甲醇裂解相当，电价在0.046的时候跟水煤气制氢才能相当，也就是说但现在制氢过程当中水煤气制氢是最便宜的。如果我水电解制出来的氢气跟水煤气制出来氢气卖一个价钱的时候电只能0.046元。这个对于我们发电行业，我们电网，我们一次能源是一个挑战。

　　当然这里是直接制氢成本，不包含其他的，从环境上来讲温室气体，对碳排量来看，不一一列举，水能风能太阳能，太阳能每公斤氢气2.97千克排碳，相对来说算比较高的。因为算整个生命周期，它是太阳能发电没有，但是多晶硅单晶硅生产当中排碳。比其他制氢方式2%到5%。如果现在国际上对碳排放也要求特别严，到2030年我们国家在国际上有一个承诺，如果把碳的交易再加到制氢里面去的话，我想水电解制氢和其他方法制氢的差距就不会有那么大了。 毕竟水电解制氢没有碳，其他任何方法都有碳出来，碳还要拿钱买。

　　现在我们有些合作企业算的就是这个帐，好了他说我弄完以后我就把碳消纳掉了，我的碳指标可以拿到市场上，赚这部分钱。

　　对于可再生能源这一块，今年李克强总理在工作报告当中也提出来了，现在各个省市、各个地方都在非常关注，对氢能支持力度也非常的大。这里我列举了几个，尤其四川省到户电价3元，我们收集得并不是很全。

　　如果要是使光伏进行水电解的话，第一个我们要提高氢转化率，第二要降电价。我把我们国家水电解可再生能源制氢技术罗列了一下，所有863专项，从2006到2009年一步一步在走，由碳导向类，向样机示范运行，小型设备验证，到现在是大规模应用。这是我们所里一个，我们毕竟建立了这么一个中船重工的研究所。现在基于氢能发展，我们所里有这么几个机构，包含了制氢、检测各个行业。

　　时间关系我介绍这么多，谢谢大家！

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