編者按：在“雙碳”背景下分布式能源領(lǐng)域貫徹新發(fā)展理念，以“雙碳背景下能源安全新思維——新型分布式綜合能源保障”為主題的“第十八屆中國分布式能源國際論壇”于2022年12月8日在北京采用線上的形式召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會上，北京市燃?xì)鉄崃こ淘O(shè)計院有限公司，道石研究院總工程師王洪建做了主題為《氫能技術(shù)發(fā)展探究摻氫天然氣利用與燃料電池供能》的報告。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

王洪建：感謝主持人的介紹。大家好，我是北京市煤氣熱力設(shè)計院的王洪建，非常感謝主辦方中國能源研究會分布式專委會的邀請和大家分享一下我們在氫能技術(shù)研究方面的一些思考和工作。我今天分享的題目是氫能技術(shù)發(fā)展探究，摻氫天然氣利用和燃料電池供能。

我們是全國最早從事城市燃?xì)夂蜔崃Φ膶I(yè)設(shè)計院，我們一直參加國家和行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，包括城市燃?xì)猓細(xì)饫錈犭娙?lián)供國家的標(biāo)準(zhǔn)都是我們院制定的，面向未來新的發(fā)展，面向未來綜合能源領(lǐng)域，我們是綜合能源技術(shù)創(chuàng)新的推動者和引領(lǐng)者。在新能源的技術(shù)發(fā)展方向，我們逐步瞄向氫能，分布式能源和生物質(zhì)能源開展了一些新的研究工作。我們的氫能是燃?xì)獾囊环N，我們把氫能列為重點(diǎn)的發(fā)展方向，今天說一說我們對于發(fā)展氫能的思考，包括國內(nèi)外氫能的發(fā)展現(xiàn)狀，以及在摻氫天然氣和燃料電池供能方面的一些工作。

首先大的背景。氫能本身是清潔靈活，零碳的二次能源，它可以打規(guī)模的存儲和運(yùn)輸，之前朱總把氫能在新的碳中和能源體系中的重要作用進(jìn)行了解釋和闡述，我特別強(qiáng)調(diào)在制氫端可以作為大規(guī)模可再生能源的消納，在終端來說對終端難減排領(lǐng)域助力碳中和。深層的邏輯氫能可以助力我們國家早日實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立，我們國家像天然氣40%多都是進(jìn)口，石油將近80%是進(jìn)口，對外的依存度還是很過的，如果氫能對天然氣資源和石油資源進(jìn)行有效的補(bǔ)充，可以助力我們國家能夠早日端穩(wěn)能源的飯碗。

現(xiàn)在氫能被納入國家碳中和的能源體系的重要組成部分，國家制定了氫能的頂層戰(zhàn)略。另外剛剛過去不久的北京冬奧會中大家可以看到氫能在這里面的應(yīng)用，一方面包括主火炬氫燃料的火炬，純氫燃料的火炬，還有綠色清潔交通的應(yīng)用，冬奧會的氫能讓大家意識到氫能可以很好的應(yīng)用到城市能源中，甚至我們的生活中。為此大家也越來越意識到氫能是我們能源體系的重要組成部分，能夠?qū)怆姛峋W(wǎng)絡(luò)有機(jī)的組合起來，構(gòu)建清潔低碳，安全高效的能源體系。

氫能源聯(lián)盟預(yù)測一直到2050年全球終端能源18%由氫能承擔(dān)，我們國家達(dá)到20%，可以說這個數(shù)并不高，但是氫能在終端應(yīng)用的比例非常低，整個市場的增長空間還是非常到的。國內(nèi)外許多國家把氫能發(fā)展成自己國家戰(zhàn)略性的選擇，截止到2021年底，20多個主要的經(jīng)濟(jì)體，現(xiàn)在超過30多個國家把氫能作為能源發(fā)展的重要組成部分。

全球氫能大概7000萬噸，國際上的氫能來源是天然氣制氫，主要的應(yīng)用領(lǐng)域是化工領(lǐng)域，逐步從化工原料向能源逐步的拓展，包括交通，分布式供能，家用熱電聯(lián)產(chǎn)，天然氣摻氫，氫冶金的領(lǐng)域，不同的國家根據(jù)自己的特色發(fā)展不同自己的重點(diǎn)領(lǐng)域。以美國為例，美國主要發(fā)展天然氣的制氫，通過燃料電池進(jìn)行發(fā)電的分布式供能，可以使它的整個綜合效率變得比較高，可以把天然氣的發(fā)展效率達(dá)到60%以上，而且整個排放可以達(dá)到1毫克之下，在效率方面具有非常突出的優(yōu)勢。實(shí)現(xiàn)模塊化的組裝，從千瓦級到百千瓦可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的應(yīng)用。

德國為了實(shí)現(xiàn)可再生高比例的消納，把氫氣直接摻混天然氣的管道中，德國的燃?xì)夤具M(jìn)行10%，甚至20%的摻氫應(yīng)用，摻氫之后不僅利用好綠氫，可以降低一氧化碳有害物質(zhì)的排放。日本重點(diǎn)在氫交通方面，包括燃料電池汽車，加氫站，家用熱電聯(lián)產(chǎn)方面主推氫氣的計劃。截止到2021年末日本采用燃料電池1000瓦級的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)超過42萬臺，目標(biāo)2030年實(shí)現(xiàn)530萬臺的銷售規(guī)模。

我們國家高度重視氫能產(chǎn)業(yè)政策的發(fā)展，特別是近幾年氫能寫入了政府的工作報告，2020年寫入能源法，今年初國家制定了氫能頂層的發(fā)展規(guī)劃。在發(fā)展規(guī)劃中充分明確了氫能在未來國家能源體系的重要組成部分，是用能終端轉(zhuǎn)型的載體，是未來的發(fā)展方向。

從我們國家目前氫能利用現(xiàn)狀說，大數(shù)產(chǎn)能4000萬噸，產(chǎn)量3000萬噸，我們國家主要以煤制氫為主，大概30%，主要的應(yīng)用領(lǐng)域包括甲醇，合成氨，石油煉化，少量作為工業(yè)的燃料在使用。氫能在新型的領(lǐng)域，交通，發(fā)電的消費(fèi)量比較小，但是也在逐步的增加。面向未來的發(fā)展，氫能在未來的城市碳中和能源體系還是重要的組成部分。走進(jìn)城市，國家力推氫進(jìn)萬家的目標(biāo)，除了氫交通之外，還包括摻氫天然氣的利用和燃料電池分布式供能的應(yīng)用。

摻氫天然氣的重要意義朱總也進(jìn)行了特別的闡述和強(qiáng)調(diào)，我們也是想再次強(qiáng)調(diào)一下，在能源消費(fèi)中天然氣和氫能的融合對我們城市深入脫碳具有非常好的作用，摻氫比10%-20%，碳減排3.5%-7.6%，真正實(shí)現(xiàn)氫進(jìn)萬家可以實(shí)現(xiàn)終端深度的脫碳。剛才于總特別強(qiáng)調(diào)氫氣和天然氣還是有很大性質(zhì)上的差異，因?yàn)樵谀芰棵芏龋紵匦缘挠绊懀瑢τ诔鞘腥細(xì)夤芫W(wǎng)的完整性，終端燃燒器的安全性產(chǎn)生很大的影響，為此國內(nèi)外開展了相應(yīng)的應(yīng)有示范。從2000年開始進(jìn)行一些應(yīng)用，目前2020年大概全球40多個示范項(xiàng)目，每年有3000噸的氫能摻入天然氣管網(wǎng)，最高的比例達(dá)到20%。

從我們國家來說，摻氫技術(shù)目前列入我國氫能規(guī)劃，特別是氫能規(guī)劃中明確了開展摻氫管道試點(diǎn)示范。國家住建部開展了天然氣摻氫管道和終端利用的研究課題，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)上下游的企業(yè)開展相應(yīng)的論證示范和相應(yīng)的一些研究工作。應(yīng)該說在這塊首先從產(chǎn)業(yè)鏈上解決的是如何進(jìn)行天然氣和氫能均勻的摻混，目前主流采用的是流量隨動式，我們編制了天然氣摻氫混氣站的技術(shù)規(guī)程，這是目前首個相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。在北京市科委的支持下，我們針對北京市天然氣管網(wǎng)開展了混氣站的設(shè)計，從工藝和安全方面給出了一些設(shè)計的方案。

從管材方面針對城市常用的一些管材，包括X20進(jìn)行了一些管材的評估，目前認(rèn)為10%之內(nèi)是完全沒有問題的，達(dá)到20%甚至更高比例只要對管道的密封，管件的要求進(jìn)行檢測，也是可以達(dá)到更高的比例。大家知道人工煤氣氫氣比例達(dá)到了20%-60%，從管材方面的適應(yīng)性還是很高的。另外在終端應(yīng)用方面，這是在國電投，我們也參與了示范項(xiàng)目，在民用燃?xì)庠罹哌M(jìn)行了10%的長期利用，達(dá)到20%也是具有可行性的。

另外在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，我們面向城市供熱領(lǐng)域的采暖鍋爐，在集團(tuán)的支持下和清華大學(xué)開展燃?xì)忮仩t摻氫燃燒的工作，從目前的工作看，小型鍋爐和供暖鍋爐摻氫比例如果達(dá)到20%是完全可行的，只要對我們?nèi)紵鞯倪\(yùn)行參數(shù)進(jìn)行一定的調(diào)整，保持原先的燃燒效率的情況下，降低排放。

同時我們也正在開展大型應(yīng)用的示范，我們也在內(nèi)蒙古科技廳的支持下，我們在內(nèi)蒙古烏海市開展了純氫摻氫的應(yīng)用示范，我們會涉及到整個多級減壓密封性，摻氫工藝的相關(guān)規(guī)范，對于混器設(shè)備，調(diào)壓設(shè)備安全評估，我們也會把摻氫天然氣應(yīng)用到民用灶具和工業(yè)園區(qū)上，這個項(xiàng)目明年會建成示范，會支撐天然氣摻氫相關(guān)的應(yīng)用。

介紹一下燃燒電池供能。主要是因?yàn)槿紵姵厥且环N將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能，和傳統(tǒng)燃燒的方式是完全不同的，是未來分布式供能領(lǐng)域發(fā)展的方向之一。它的主要優(yōu)勢包括4個方面，一個是發(fā)展效率高，污染物排放低，振動和噪音比較低，靈活可靠，可以模塊化的組裝。從效率上目前天然氣發(fā)電效率最高的技術(shù)是由燃料電池保持的，可以達(dá)到65%的發(fā)電效率，一方天然氣發(fā)6.5度的電，對于高效利用天然氣資源非常的關(guān)鍵。

第二方面，物產(chǎn)物排放比較低，不需要直接燃燒，排放達(dá)到1毫克之下的排放。在前期脫硫可以直接在燃燒前把硫化物進(jìn)行脫除。一方面是因?yàn)楦咝В趸嫉呐欧沤档土耍a(chǎn)物里面只有二氧化碳和水，二氧化碳可以進(jìn)行低成本的捕及。振動和噪聲方面達(dá)到45分貝一下，大家可以看到右邊的圖把燃燒電池放在陽臺，不會對用戶的應(yīng)用產(chǎn)生影響，在靈活可靠方面燃燒電池可以實(shí)現(xiàn)模塊化的結(jié)構(gòu)組裝，通過串并聯(lián)滿足用戶普通的需要，而且是電化學(xué)的反應(yīng)，響應(yīng)速度是比較快的。

全球大力發(fā)展燃料電池在固定式發(fā)電這個市場的應(yīng)用，2021年累計出貨量達(dá)到350兆瓦，目前采用的是質(zhì)子交換膜等出貨的類型。我們國家是高度重視燃燒電池在分布式能源領(lǐng)域的應(yīng)用，在氫能的中長期規(guī)劃，以及能源技術(shù)創(chuàng)新“十四五”規(guī)劃中明確開展質(zhì)子交換膜不同燃料電池在備用電源，分布式能源，熱電聯(lián)產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用和示范。我們國家已經(jīng)開展發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，包括系統(tǒng)工程，性能，安裝準(zhǔn)則，特別是我們在燃?xì)馊?lián)供有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范作為重要的指導(dǎo)，我們也參與了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定的工作。

從未來的發(fā)展趨勢看，國際上燃料以天然氣為主，我們國內(nèi)以應(yīng)用示范為主。未來發(fā)展方向還是利用天然氣管網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)燃料的供應(yīng)。在未來的發(fā)展空間里面我們從利用好已有的復(fù)產(chǎn)氫和天然氣，也可以是摻氫天然氣的應(yīng)用，最后到未來多元化燃料的供應(yīng)，燃燒電池都可以發(fā)揮它重要的作用。根據(jù)我們國家對于應(yīng)用的特點(diǎn)來看，在我們國家里面在燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)是未來發(fā)展的重要方向，區(qū)別日本在小型家用的特色，我們國家在數(shù)據(jù)中心，社區(qū)，醫(yī)院熱電聯(lián)供的系統(tǒng)，是燃燒電池會有所突破的市場。

另外基于燃燒電池綜合能源的系統(tǒng)，因?yàn)槿紵姵乇旧碛星鍧崱⒏咝А㈧`活的特色，可以和我們目前可再生能源，包括光伏，熱泵以及未來碳捕集技術(shù)的聯(lián)用使得整個能源供給更加的清潔，我們也可以實(shí)現(xiàn)電熱冷不同形式的梯級利用，更好滿足客戶對于能量的需求。靈活方面，和我們一些內(nèi)燃機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，把我們終端分布式能源的綜合利用效率進(jìn)一步的提升。

最后做一個總結(jié)。總體來看，氫能是未來能源體系重要的組成部分，目前屬于商業(yè)化的快速增長階段，將近30多個國家把氫能作為國家的戰(zhàn)略，我們國家今年發(fā)布了氫能的中長期規(guī)劃，納入了我們國家能源戰(zhàn)略。國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)鏈也是初步的形成了，開始進(jìn)入了商業(yè)化的導(dǎo)入階段，在分布式發(fā)電，天然氣摻氫領(lǐng)域已經(jīng)開展了一些自己的應(yīng)用示范。

未來摻氫天然氣是我們實(shí)現(xiàn)氫進(jìn)萬家的重要途徑，在終端和管道方面摻氫10%-20%比例完全是可行的，從燃燒電池來說，作為更高效，更清潔的動力機(jī)來看，也是未來分布式供能技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，特別是面向我們國家的應(yīng)用，在社區(qū)、醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心這樣的百千瓦-兆瓦級的應(yīng)用，燃燒電池會逐步發(fā)揮自己的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

我們國家氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要結(jié)合我們國家的實(shí)際青年，因地制宜的發(fā)展氫能，推動氫能安全、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)的發(fā)展。氫能就像冬奧會火炬一樣，薪火相傳，生生不息，星星之火可以燎原，氫進(jìn)萬家未來可期。

謝謝大家，特別感謝國家能源局等對我們工作大力的支持，感謝主辦方中國能源研究會的邀請，謝謝。