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日本氢能与燃料电池产业现状及对我国的启示

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(三)对于我国发展SOFC分布式电站的思考

我国以煤为主的资源禀赋决定了能源消费以煤为主的格局,也决定了以煤电为主的电力生产和消费结构。中国电力企业联合会在2017年发布了《中国煤电清洁发展报告》,指出现阶段常规大气污染物已不是煤电发展的约束性因素,碳减排将成为煤电发展重要制约因素。国务院《“十三五”控制温室气体排放工作方案》提出大型发电集团CO2排放水平应控制在550g/kWh,而目前我国煤电CO2排放平均水平约为890g/kWh,因此发展低碳、清洁、高效的煤炭发电技术已成为一项至关紧要的任务。

基于煤炭资源的煤气化燃料电池(Integrated Gasification Fuel Cell,IGFC)系统结合了先进的SOFC发电技术,可实现煤基发电由单纯热力循环发电向电化学和热力循环复合发电的技术跨越,能大幅提高煤电效率,是煤电技术的根本性变革。IGFC系统受SOFC发电系统规模限制,主要定位于中小型分布式发电站(数十MW),系统发电效率可在60%以上,显著高于现有的整体煤气化联合循环(Integrated Gasification Combined Cycle,IGCC)发电系统。由于SOFC系统对燃料清洁度要求相对较高,使得系统整体污染物排放水平较低。此外,燃料电池能够分离空气中的氧气和氮气,显著降低了尾气中二氧化碳的捕集难度和成本,有望实现近零排放。

技术分析和经济性分析结果也表明,与现有的各种煤炭发电技术相比,先进的IGFC发电技术具有很强的竞争力,发展IGFC技术符合我国现阶段国情。目前《中国战略性新兴产业发展报告》、《能源技术革命创新行动计划(2016~2030年)》和《“十三五”电力发展规划》均将IGFC列为战略性能源新技术,计划进行开发与示范。但是也应当考虑到,IGFC技术实际上是对煤炭催化气化、高温合成气净化、大容量高性能SOFC电堆等一系列高难度技术的整合,并且系统配置方式复杂,需要考虑的因素众多,因此IGFC技术的实现还有赖于众多关键技术的突破。

四 日本氢能与燃料电池发展的启示与借鉴

(一)我国氢能与燃料电池技术发展现状

目前,日本、美国及欧盟等发达国家经过几十年的技术研发和攻关,在政府多年来持续推进的经费支持和补贴政策激励下,发展和建立起多家具有自主核心技术的企业或研发机构,已经基本实现了氢能和燃料电池技术的商业化运行,正在开展更大规模的示范试验和样品研发。其中,日本更是将氢能产业确定为国家未来重要的战略性产业。正因如此,日本在大规模高效制氢、家用燃料电池发电等领域走在了世界前列。

在全球燃料电池发展大跨步的背景下,我国也接连颁布了《中国制造2025》、《能源技术革命创新行动计划(2016~2030)》等一系列指导政策。能源技术革命创新行动计划规划了能源技术革命重点创新行动路线图,部署了15项具体任务,“氢能与燃料电池技术创新”位列其中(第九项),已经纳入我国能源战略。在《中国制造2025—能源装备实施方案》中,也提出要加快氢能基础设施,促进构建制“氢技术及装备—储输氢技术及装备—燃料电池系统—燃料电池车辆及其他氢能利用技术及装备”完整的产业链的要求。

尽管我国已经初步掌握整车集成及部分关键零部件的生产技术,但是我们应当清楚地认识到,和世界发达国家相比,我国在氢能及燃料电池技术领域起步较晚、研究基础薄弱,在核心技术方面与发达国家还存在一定差距。近30年来,美、日、德等发达国家在政府的大力支持下,针对氢能及燃料电池相关技术,成体系地开展了

相当规模的研究工作,已经突破了诸多技术难点,正在推动该技术从工程示范走向更加广泛的商业应用。而我国在该项技术体系方面的工作相对不足,主要集中在研究机构,企业参与较少,关键材料和部件大量依赖进口,与发达国家还存在较大差距。

(二)我国发展氢能和燃料电池技术面临的主要挑战

一是国内起步晚,核心技术积累有限。美、日、德等发达国家一直把氢能及燃料电池技术作为国家级战略高技术,30年来投入巨资持续支持研发和示范应用,核心技术和产品都对我国保密。我国从2000年左右开始进行相关工作。在基础研究方面,缺乏统一组织,致使相关基础研究较为分散,未能形成良好的理论体系和深刻认知。在技术研发方面,投入比较有限,我国没有充分意识到该项技术研发的难度,致使技术研究进展缓慢,目前在核心技术上与发达国家还存在一定差距,没有形成较好的产业化积累。

标签: 氢能 燃料电池

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