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如何克服“贵”和“不必要”?一文了解2024国内燃料电池发电发展情况

氢云链  · 公众号  ·  · 2024-12-17 18:52

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近日,大庆市40MW氢燃料电池发电项目的启动招标的信息再次搅起了沉寂多时的燃料电池发电市场的水花。

2023年,基于车用FC技术同源和副产氢利用的设想,国内燃料电池热电联供发展势头迅猛,多个企业迅速地推出大型燃料电池发电产品,氢发电一度成为热门的发展方向。但在2024年,经过一段时间的市场实践和探索,燃料电池发电“贵”和“不必要”问题凸显,导致燃料电池发电的热度有所下降,在交流过程中发现部分从业者甚至陷入了自我怀疑。

尽管存在诸多问题,2024年国内氢发电仍在“升级”:1)数量提升、规模扩大,超过20个项目新增新建或取得进展,包括多个MW级项目,最大项目规模达40MW;2)SOFC进展亮眼,国内多个SOFC项目进展顺利;3)应用领域持续扩展,从发电应用到储能调峰综合应用;4)扶持政策。多地出台了燃料电池发电补贴。尤其值得注意的是,随着智能电网、绿氢和化石能源清洁化利用的发展,氢发电在综合能源利用和电网调节领域的应用有了明显进展,有效地拓展了氢发电的发展空间和前景。补贴政策的增加和应用领域的拓展让燃料电池发电开始“不贵”和“有必要”。

由于氢发电中“电/煤-氢-电”的两次转化的特殊性和国内对副产氢的广泛利用,氢发电注定在市场发展中需要克服“贵”和“不必要”的核心问题,2024国内氢能企业积极地探索如何让燃料电池发电“不贵”和“有必要”。


燃料电池发电在2024的四大特点

2024年,国内燃料电池发电整体呈四大特点:

项目进展可喜,呈现大型化趋势。尽管热度下降,但氢发电项目数量还在持续增加,且装机规模明显扩大。2024年,超过XX个项目取得进展,其中也不乏十MW级的项目,呈现了大型化的趋势。

国央企带动SOFC项目发展。在PEMFC发电项目之外,国内SOFC项目也陆续取得实质性进展,国央企是主要的项目方。陕西燃气、潍柴、国家能源集团等国央企成为SOFC项目的主要推动力量

补贴政策开始增加。在过去,仅有四川等少数几个地区提出过为燃料电池发电提供运营补贴。2024年来,包括嘉兴、甚至、大连多个地区开始明确提出,对氢发电、热电联供提供购置和运营补贴。如浙江嘉兴对氢能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年按照发电量给予0.1元/千瓦时的财政补贴,单个项目年最高补贴额不超过50万元。

示范从单一用途向综合应用发展。此前供氢问题,氢发电多用于园区或社区;随着绿氢和化石能源清洁化利用的发展应用,氢发电示范项目开始从分布式发电/热电联供向源网荷储一体化发展。在今年有进展的项目中,智能微网/储能调峰/制储运用的项目数量较多,此前“固态储氢+发电”、IGFC、IGFC耦合SOEC等概念开始落地投运。

“贵”和“不必要”成燃料电池发电老大难

在“电-氢-电”的逻辑下,“贵”和“不必要”成为燃料电池发电发展难的主要原因。

核心原因还是在国内的经济性差。一是设备贵,尽管技术同源,但现阶段燃料电池发电设备单kW成本在车用燃料电池的2倍以上;二是运营贵,测算时一般按1kg氢气发15度电,也即是说,15元/kg氢气的情况下,直接发电的成本达1元/度。这基本已经达到工业园区的峰电甚至尖电的价格,更是远远高于居民用电价格。其中运营贵又是主要原因,某上海燃料电池发电设备企业负责告诉氢云链:“即使免费将设备给到厂家,厂家还不一定愿意用,毕竟发电成本太贵了。”

因此可以认为,目前只有廉价氢气的化工厂区可以实现氢发电的经济性,但目前氯碱厂、钢铁厂的氢气基本都有用途,所谓国内有大量副产氢可用于发展氢能实际是个美丽的误会。

次要原因是应用场景少。这实际上也是经济性差原因的延展。国内电网发达、电力价格相对低廉、电力稳定性高,对稳定电源的要求相对国外较低,因此基本通电网的地区燃料电池纯发电的空间就不大。

在此情况下,国内氢发电设备厂商一方面在积极推进国内的示范市场,另一方面也将主要的市场化预期放在了电网稳定性较差、离网/半离网场景多、热水需求量大的国外市场,尤其是欧洲地区。

燃料电池走向未来

其实国内厂商不必自我怀疑。即使在全球范围内,燃料电池发电设备的推广效果也是未达预期,如日本的ENE-FARM截止2023年也仅仅卖出了约50万套,距离2030年530万套的目标差距甚远。

在国内“大电网”基础及电网改革的背景下,氢云链认为,燃料电池发电在国内依旧有着一定的机会,核心还是在于场景的把握,让燃料电池发电变得“不贵”和“有必要”,但这也对企业的市场资源等方面提出了更高的要求。

综合能源应用。“风光氢储”、煤炭/天然气清洁化利用等存在着重要机遇。

离网、孤岛场景。孤岛场景如电网难以覆盖的海岛、偏远山区的科考站等,离网场景如耗电量巨大的数据中心等,均有燃料电池的用武之地。

智能电网。在区域大电网的储能调峰、智能微电网的协同调配等均有一定可行性。


以下为2024年国内燃料电池发电部分实践进展情况。鲲华科技、爱德曼、清能科技、亿华通、厚普股份、清研华科、重塑能源、中船712所等均在努力推进国内燃料电池发电应用的发展。


江西九江中广核九宏6MW副产氢固体氧化物燃料电池发电

9月,中广核6MW副产氢SOFC项目公示。项目采用先进固体氧化物燃料电池技术,利用工业副产氢进行高效发电,打造绿色循环经济和氢能高效利用应用场景。主要建设6MW固体氧化物燃料电池发电机组及配套设施,发电机组由数十套百千瓦级以上发电系统组成,并由能量管理系统灵活调度。项日建成后年发电量可达#千瓦时,每年可减少碳排放4.#吨,也可以用于分布式调峰。

张家口市风氢一体化源网荷储综合示范工程项目(一期)

11月18日,张家口市风氢一体化源网荷储综合示范工程项目(一期)EPC招标中标公示。

3月5日,张家口市风氢一体化源网荷储综合示范工程项目一期环境影响评价第—次公示内容显示,项目80%风电用于绿氢生产,年产绿氢约1万吨,主要建设20万千瓦风力发电系统、1.6万Nm³/h制氢系统、0.8万Nm³/h氢储能系统及40兆瓦氢燃料电池发电系统,配套建设1座220kV升压站。

爱德曼、内蒙古运达电网侧氢储能项目

5月18日,内蒙古能源局发布了关于印发第二批电网侧独立新型储能电站示范项目清单的通知。根据文件,由内蒙古运达能源有限公司、爱德曼氢能装备制造(乌兰察布)有限公司共同建设的化德县电网侧独立储能示范项目在列,项目总投资5.32亿元,其中磷酸铁锂储能90%、氢储能10%,总储能容量为10万千瓦/40万千瓦时,容量补贴0.35元/千瓦时,计划投产时间为2024年12月。

浦江气体2MW燃料电池发电工程项目获批复

7月8日,浦江气体2MW燃料电池发电工程项目获得上海市发改委批复核准。为加快本市清洁低碳能源发展,提高能源利用综合效率,依据《行政许可法》《企业投资项目核准和备案管理条例》,项目已获得市规划资源局核定的规划土地意见书等支持性文件,原则同意建设上海浦江气体2MW燃料电池发电工程。项目单位为上海浦江特种气体有限公司。

全国首个高速公路服务区现场制氢、储氢、热电联供项目

4月,全国首个高速公路服务区现场制氢、储氢、热电联供项目在青银高速高密服务区落地运行。该项目由厚普股份EPC总包,厚普技服公司提供设备安装及调试服务。据悉,该项目利用光伏发电,进行电解水制氢,并将高压气态氢气储存起来,通过建设氢燃料电池热电联供系统,将氢能作为储能介质储存光伏所发多余电力,并在夜间通过氢燃料电池系统将所储氢能转化为电能。

清能股份首个2MW级氢燃料电池热电联供示范项目

6月中旬,由清能股份旗下豫氢动力交付的全国首个2MW级氢燃料电池热电联供示范项目在河南能源集团开元化工公司试运行成功。该项目是开元化工利用烧碱副产品氢气,建设集氢燃料提纯和氢能发电功能为一体的2MW级氢燃料电池热电联供示范项目,项目于2023年6月开始施工,项目建成后,预计将年消耗开元化工氢气1600万标方,年可发电约1513万度,年节省电费约为934万元;节省标煤0.18万吨,减排二氧化碳0.79万吨,节省蒸汽费355万元。

广州南沙电氢智慧能源站

今年7月,国家重点研发项目固态氢能发电并网率先在广州和昆明同时实现,这也是我国首次将光伏发电制成固态氢能应用于电力系统。

重塑能源1.5MW撬装式氢能电站

3月25日,重塑能源与宝石机械子公司宝石电气设备有限责任公司合作开发的1.5MW橇装式氢能电站,首次正式对外发布。该产品最大净输出功率超过1500kW,是目前国内最大的一体撬装式氢燃料热电联供装置。此外,该产品不仅可以替代传统的燃油燃气发电机组,为油气勘探开发、野外路桥工程、重大文体活动、通讯工程等提供离网动力支持,也可以为工厂、社区、医院、商业区等提供热电联供服务,是未来氢能产业应用端的重要装备。

清研华科新能源研究院完成热电联供项目交付

3月,由清研华科新能源研究院和清华大学联合开发的燃料电池热电联供项目,在丰田汽车技术研发(上海)有限公司顺利完成整体设备的安装和调试工作,并成功向业主单位交付。本次交付的项目围绕构建氢能-电能综合利用的能源互联网原型系统,支撑园区低碳能源-智慧楼宇-清洁交通的协同发展,为城市电网提供了灵活性支撑方案。研发团队针对燃料电池电堆与氢-空-水-热系统的匹配性设计,优化系统控制算法,使氢燃料电池热电综合利用效率达到94%以上。

鲲华能源上海彭家110千伏输变电工程

2024年5月19日,随着氢燃料电池备用电源的启动,上海彭家110千伏输变电工程的电缆耐压试验正式开始。这套移动氢能电站由鲲华科技旗下的鲲华能源提供,该设备发电效率最高可达60%,在热电联供场景下效率可高至90%,显著超出传统柴油发电机的30~40%。此外,该移动电站采用了氢电隔离设计,其氢、电、火一体化安全管理系统,最大程度上保障了使用安全。

大庆市40MW氢燃料电池发电项目

项目整体规划40MW发电能力,具备年产发电3.2亿千瓦时调峰能力电站,项目建成后15年年均上网小时数约为8000小时(其中平价上网6000小时,调峰上网2000小时),年上网电量为3.2亿kwh。项目建成后,装机容量将是国内第一、全球第二的氢能调峰电站。

格罗夫木垒200MW/1600MWh氢储能调峰电站

该项目于2024年9月启动规划建设,总投资105.85亿元,内容涵盖建设相应的储氢设施,配套建设约8.8万标方/小时的电解水制氢装置及配套设施;规划建设6座日加氢能力5吨的加氢综合能源站和600台氢能重卡的采购和运营。

鄂尔多斯市伊金霍洛旗圣圆能源风光制氢加氢一体化项目

今年的7月30日,鄂尔多斯市伊金霍洛旗圣圆能源风光制氢加氢一体化项目50MW光伏及14000Nm³/h制氢项目(二期)燃料电池发电系统标段中标结果公告,中标人为内蒙古捷氢科技有限公司,中标价格7750000元。据了解,该项目招标人为内蒙古圣圆氢能源科技有限公司,此前于7月3日发布招标公告。招标范围包括1套100kw固定燃料电池发电系统、1套1000电解槽、1台晶闸管整流柜等。

海电气绿氢制-储-用一体化示范项目

去年,由上海电气集团股份有限公司出资,联合旗下上海氢器时代科技有限公司(以下简称“氢器时代”)负责建设的绿氢制-储-用一体化示范项目完成工程验证。

该项目是国内首个应用于工业园区的“可再生能源发电+PEM电解水制氢系统+储氢+燃料电池发电”示范项目,同时也是目前国内规模最大的PEM电解水制氢系统多功能测试验证平台,旨在打造闵行工业园区“源网荷储氢”综合智慧能源示范,打通从研发到工程应用的瓶颈,实现兆瓦级模块化高效PEM电解水制氢装备及系统开发。

东方电气签约国内目前最大氢能发电商业应用项目

11月28日,东方电气签约国内首个且容量功率最大的绿电制氢储氢发电商业应用项目,将在都江堰建设10兆瓦等级的工业园区氢储能供电站。

据了解,该项目一期将先行建设每小时3000标方绿电电解水制氢系统、24000标方气态储氢系统和4兆瓦氢燃料电池发电系统。其中,氢能发电功率是目前国内最大且是首个超过兆瓦级的工程应用项目。

清研华科新能源研究院顺利完成热电联供项目

3月,由清研华科新能源研究院和清华大学联合开发的燃料电池热电联供项目,在丰田汽车技术研发(上海)有限公司顺利完成整体设备的安装和调试工作,并成功向业主单位交付。本次交付的项目围绕构建氢能-电能综合利用的能源互联网原型系统,支撑园区低碳能源-智慧楼宇-清洁交通的协同发展,为城市电网提供了灵活性支撑方案。研发团队针对燃料电池电堆与氢-空-水-热系统的匹配性设计,优化系统控制算法,使氢燃料电池热电综合利用效率达到94%以上。

“单套兆瓦级质子交换膜燃料电池热电联供系统设计与集成”项目启动

3月30日,由亿华通牵头的国家重点研发计划“单套兆瓦级质子交换膜燃料电池热电联供系统设计与集成”项目启动暨实施方案论证会在北京召开。

本项目是由亿华通作为牵头单位,清华大学、中国科学院宁波材料所、华北电力大学、中国电力科学研究院、北京交通大学、有研工研院、国网新疆电力、伊宁联创城市建设有限公司、上海智能新能源汽车科创功能平台共十家单位组成技术攻关团队,重点推进氢燃料电池在热电联供领域的应用,开发单套兆瓦级质子交换膜燃料电池热电联供系统,并在新疆伊犁开展示范应用。

城镇污水厂“制氢-储氢-热电联供”全链条中试试验

在联合国工业发展组织的指导下,上海复洁环保科技股份有限公司(股票代码:688335.SH)与上海城投水务集团等上海地区多家行业龙头单位共同立项的《城镇污水厂“制氢-储氢-热电联供”全链条中试试验应用研究》项目于 2023 年 5月正式立项启动,于 2024 年3月末进入试运行阶段,于2024年6月末通过安全验收后进入正式运行阶段。

该项目依托上海市政污泥处理及资源化利用技术装备研究与验证基地(上海市污泥处理与资源化技术创新中心),在上海城投污水处理有限公司白龙港污水处理厂利用厂内光伏发电的电能电解水制氢,同时利用污泥厌氧消化产生的沼气制氢。后续衔接上海铂陆洁安新能源科技有限责任公司的安全固态储氢技术装备、氢燃料电池及污水厂用能设备、固态储氢燃料电池作业车等高效用氢场景,在全球范围内首次实现污水厂“绿氢制备-固态储氢-高值利用”的全链条应用与循环经济示范。

首套煤气化高温燃料电池发电系统!耦合逆向电解(SOEC)实现氢储能

5月17日,由国家能源集团牵头、北京低碳清洁能源研究院(以下简称低碳院)承担的“CO2近零排放的煤气化燃料电池发电系统开发”项目成果通过中国煤炭工业协会鉴定,项目研究成果达到了“国际领先水平”,并建议开展更大规模的煤气化燃料电池(IGFC)发电系统工程验证与示范。

该项目创建了CO2近零排放的IGFC发电技术体系,突破了IGFC系统关键技术,建成了首个兆瓦级IGFC试验基地,研制了首套CO2近零排放的百千瓦级IGFC示范系统,验证了IGFC高效发电新方法,形成了CO2近零排放的高效IGFC发电新系统,探索了煤炭清洁高效发电新路径,打造了我国IGFC原创技术策源地,列入了国家“十四五”能源领域科技创新规划。项目成果可以实现煤炭低碳高效灵活发电,与煤化工过程结合可以降低碳排放,还可以进行分布式热电联供或者耦合逆向电解(SOEC)实现氢储能,在集团公司具有丰富的应用场景,为集团公司实现“双碳”目标提供技术选项,助力集团公司培育未来能源产业。

中船712所100kW级氢燃料电池固定式电站项目

日前,由中船712所提供的100kW级氢燃料电池固定式电站在西北甘肃的戈壁滩完成项目验收。

该电站作为中国船舶“风光氢储”示范站的重要部分,采用了风、光发电,电能存储,电解水制氢以及氢燃料电池消纳氢气的综合能源系统。结合风能和太阳能发电能够充分利用可再生能源,同时通过电能存储和氢能利用,提高电网的储能需求和灵活性供应。整个生产过程绿色、纯生态,对推进氢能产业链基础设施建设,拓展氢能产业领域新技术具有重要意义。

捷氢科技2.5兆瓦级氢燃料电池微网热电联供发电系统示范工程

近日,南方电网广东广州供电局正式启动基于国家重点研发计划“氢能技术”重点专项-用户侧燃料电池微网集成与主动支撑电网关键技术的示范工程项目。

该项目依托国家重点研发计划开展2.5兆瓦用户侧燃料电池微网的开发与示范,是目前国内最大功率的兆瓦级氢能发电示范工程,由南方电网广东广州供电局联合清华大学、华中科技大学、捷氢科技等单位共同研发。

按照规划,项目将于2026年在粤港澳大湾区核心区域验证示范,满足不少于250户家庭用户的用能需求。捷氢科技计划一年内完成2.5兆瓦燃料电池微网热电联供发电系统的交付。

陕西燃气西部地区首个固体氧化物燃料电池热电联供示范项目投运

近日,由陕西燃气集团所属新能源公司开发的固体氧化物燃料电池(SOFC)热电联供示范项目在西安港务区顺利建成投运。

该项目位于燃气集团新能源公司所属新港公司园区内,是在公司已有的“地热+光伏+储能+氢能”智慧综合新能源示范工程基础上,引入潍柴全球首款大功率固体氧化物燃料电池,构建集“太阳能、地热能、氢能、储能、燃料电池、热力、制冷”等多能耦合的新业务模式,探索更为高效低碳的天然气综合利用新途径,进一步推动分布式新能源、微电网和大电网的有机融合与协同发展。固体氧化物燃料电池是氢能高效利用的重要技术路径,公司积极尝试多能耦合互补,相较传统天然气发电机组可实现减碳30%以上,对于推进能源结构绿色转型,助力“双碳”目标实现具有重要的意义。

国内首套最大单机功率百千瓦级高温燃料电池发电系统研制成功

12月16日,由中广核研究院和中海石油气电集团有限责任公司联合研发的100kW固体氧化物燃料电池(以下简称SOFC)发电系统完成满功率出厂测试并包装发货,标志着国内首套最大单机功率百千瓦级高温燃料电池发电系统研制成功。



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