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杨小珂:可再生能源与氢能的耦合应用

时间:  2020-10-16 13:56  来源:  汽车总站网   作者:   汽车总站网编辑部

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2020年10月15日,由济南市人民政府支持,中国电动汽车百人会、国际氢能委员会、山东省工业和信息化厅联合主办的氢能产业发展创新峰会将再次于在山东省济南市拉开序幕。康明斯氢能战略部项目负责人杨小珂,做主题演讲报告《可再生能源与氢能的耦合应用》。
 
杨小珂:可再生能源与氢能的耦合应用

杨小珂:各位嘉宾和领导大家好,专注于氢能业务的市场分析和战略,今天我想关注的还是绿氢方面,说一下电解水制氢和氢能的耦合不同的场景和分析。
首先介绍一下我们公司,是世界500强,全球柴油和天然气发动机技术的先行者,有101年的历史,作为全球最大的柴油发动机的生产商,早在1975年进入了中国,本土化做得非常的深,国内12000名员工,6家合资企业。公司一直在思考作为传统能源的玩家思考能源转型方向,我们今年是成立了新能源事业部,开始在新能源的领域拓展并且进行了一系列的并购和投资,我们在电动和氢能方面都是有布局的,氢能方面公司完成了多项燃料电池和制氢储氢技术的投资,包括去年收购了加拿大一家公司,拥有了电解水技术能力。大家也可以看出来我们也是在氢能的全产业链进行布局,并且正在加大我国氢能源领域的布局力度,为国内本地用户提供更多的全产业链系统的解决方案。作为为数不多的拥有碱性跟PEM电解水技术的企业,我们拥有5兆瓦的电解槽。
首先可再生能源发展迅速,基于能源转型的战略,我国风光水装机量是世界第一,成本不断下降,在某些地区风电的成本与当地燃煤标杆价持平,未来的发展空间是毋庸置疑的。
但是刚才也提到由于我国特殊的地理环境,可开发的可再生能源密集地区都集中在西部北部,当地的消纳能力是有限的,离用电的地区有一个远距离外送的问题,可再生能源的随机性和季节性就造成了两个问题,一个是电网中可再生能源比例的增加会对电网的压力大及容量要求更高,增加了成本,需要配备一定的火电进行平衡,一个是峰谷电的问题,用电侧的随机性制约因素加大了调峰的难度。所以发改委和能源局今年8月发布了《源网荷储一体化》意见稿,平衡用电负荷跟储能资源,提高电网用电安全的水平,这个里面包括了很多的路径,包括可再生能源的法典,锂电池储能等等。
下面说一下绿氢的角色,我们认为是打通应用场景,起到了推进器的作用,氢能源的热门话题也是因为跨境耦合的特性受到了关注,它是一种能源更是能源的载体,充当打通其他能源的媒介,可以拓展更多的运用,绿氢成为电网可变负载,可以电网制氢,可以安装在发电端,比如说风厂,光伏也可以在主电网,也可以在用户侧,就区分出来很多的不同的场景和应用。
这样不仅丰富了可再生能源的外送和消纳途径,尤其是PEM的电解水技术,可以增加电网的安全稳定,平顺电力使用端的随机性,真正打破可再生能源发展瓶颈,可再生能源成本的降低也可以降低绿氢的成本,是相辅相成的。
商业化的电解水技术就是PEM跟碱性,碱性制氢技术是相对成熟一点的,成本较低,PEM是相对于新的技术,国内并没有实现商业化,业界可能对PEM有一些误解,认为它没有规模化的应用,但是其实在欧洲已经有了大规模的兆瓦级的应用,康明斯就是在加拿大有20兆瓦的项目在建,是在建的最大的PEM项目。
目前,国内对于PEM有误解,认为它的成本很高,还有电堆寿命上面,都说PEM适合可再生能源的耦合,具体为什么呢?我想用我们公司PEM的性能方面展示,列的这些都是绿氢的生命周期的制氢成本有很大影响的技术表现,一个是能耗直接关系到省电,跟电价挂钩,一个是占地面积,PEM的占地面积只有碱性的三分之一左右,节省ETC的费用,PEM技术负载调制迅速,可以平衡电网,负载的范围广,适用于风电和光伏的波动,PEM的最低5%的负载可以确保它在能源来源比较低的时候用不着反复冷启动,冷热启动的速度快得多,最大化的利用风电和光电,也不会损耗电解槽的寿命。
所以PEM的技术在国内价格上和碱性是有比较大的差异,如果看全球的供应商的话差异并没有那么大,未来的趋势来看PEM作为新的技术,在技术进步和成本降低的空间更大一点,大家都在说PEM跟碱性技术哪个会赢,但是我们认为在成本下降和技术的进步上面总是会有一些冲突,不同的供应商可能会选择不同的技术路线,这就是为什么一个要看全生命周期成本,不能只看设备的价格还要根据不同的项目的场景选择有优势的技术,比如说加氢站占地面积比较重要PEM可能有优势,一个是对反复启停有要求,PEM的优势也比较明显,初始投资比较重要的话可能会选择碱性,我们认为PEM适用于大型的耦合的项目,我们通过产品优化和大规模的本地化生产大大降低设备的成本。
所以总结一下,PEM的技术结合绿氢的跨界特性在电源,电网等部分可解决清洁能源消纳的问题,成为一体化的解决方案。
介绍一下我们在PEM方面的几个案例。
第一个是康明斯和加拿大安大略省平衡电网制氢,该项目制氢能力1000千克,电网侧的应用在国内不是特别的为人熟知,电力系统的专家可能了解,也是一个思路,增加电网调度备用容量,加大可再生能源并网的能力。
第二个在加拿大魁北克生在建的20兆瓦的项目,用于工业制氢,是目前最大的在建的PEM技术的项目。
第三个是加氢站现场制氢的项目,已经为全球60个加氢站提供技术。
下面说一下绿氢的成本的问题,电的成本是占了制氢成本整个生命周期的60%左右,设备本身的成本,除此之外还有其他的关键因素,这是我们内部的模型,左边是电价三毛钱的情况下,利用率百分之百24小时制氢,以目前的水电解的成本来看达到20块钱,可以有5个9纯度的氢,大家想象到是什么样的应用吗我觉得有点难,24小时制氢说明是并网的,上网的制氢,电网中清洁能源占比高的地区是有限的,而且还要给优化3毛钱的电价,有些地方是谷电的电价,一天就是8小时或者是12小时不会给你24小时。所以有一点难实现。随着现在以奖代补政策的出台,有些地方政府可能会提供的,所以绿氢成本是很重要的,我们认为绿氢的价格主要有三点驱动,除了设备价格本身之外,从应用场景来看是电价,设备利用率和项目的规模。
这是比较直观的把各种场景放在一起看的简单的模型输出,也是用了PEM的技术,横轴是项目的大小,纵轴是项目的利用率,中间有一个谷电制氢,10几兆瓦的项目,电价3毛,制氢成本27块左右,风光互补的发电项目规模可以比较大,风和光每天早晚发电提高利用率,制氢成本就可以达到十几块钱,有些项目在实验这个项目的应用,但是一体化还有很多的问题要解决。按照现在的设备成本,随着水电解的成本这一块还有很大的发展空间,这是康明斯在国内主要的方向。
这是PEM制氢设备的展示,有不同的尺寸适用于各种的应用,有室外的也有集装箱式一体化设备。
时间有限感谢邀请,感谢各位同行一起实现绿氢梦,谢谢大家!
 
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