5月19日至21日，“第八屆中國國際儲能大會”在深圳隆重召開， 來自中國、美國、德國、英國、加拿大、西班牙、日本、韓國、澳大利亞等國和地區(qū)1500余位政府機(jī)構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會。

來自德國宇航中心熱動力學(xué)研究所的韓峰博士發(fā)表了題為"國際高溫燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀"的精彩演講。

演講內(nèi)容如下：

韓峰：

大家下午好!我是2006年開始做應(yīng)用為導(dǎo)向的器件和相關(guān)的原型產(chǎn)品的開發(fā)，差不多12年了。我希望在我的報告中凡是有彩圖的頁不要拍照。結(jié)構(gòu)分四部分：SOFC技術(shù)，電池片、電堆，著重講歐洲具體的Idea和實際應(yīng)用案例

我經(jīng)常用的幾個名詞解釋注解一下(見PPT)SOFC、SOEC、rSOC、SOC。

燃料電池，我們常見的分類有六種，目前來講比較具有產(chǎn)業(yè)價值的是3種，一種是主要針對固定市場的SOC，再有針對汽車市場的PEMFC，再就是韓國的MCFC。這里主要講高溫固體氧化染料電池。它主要的材料是陶瓷組成，最大的特點是中間有一層陽離子導(dǎo)體膜，這樣它只導(dǎo)陽離子，不導(dǎo)電子，電子通過外電路給負(fù)載供電。它和其他的燃料電池一樣，將化學(xué)能直接一步轉(zhuǎn)化為電能和熱能的高效能源轉(zhuǎn)換裝置，不受卡諾效應(yīng)的限制。它的發(fā)電效率可以到60%，工作的高溫效率特別高。這樣導(dǎo)致它在制造領(lǐng)域?qū)Ω鞣N工藝的要求會非常高，相對滯后的產(chǎn)業(yè)化主要原因之一。

能效，這樣的圖是大家經(jīng)常會見到的，這里比較微燃機(jī)、燃機(jī)、柴油機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、蒸汽輪機(jī)等等。我們可以看到實現(xiàn)最高的氣電轉(zhuǎn)化效率是SOC帶給我們的，還外加20%-30%的熱能，有些產(chǎn)品會調(diào)響應(yīng)的比例，有些電效率故意調(diào)低到30%，針對家庭把熱值調(diào)上去，針對歐洲家庭對大量熱水使用和取暖要求來設(shè)計工作條件。徐總講PG2，歐洲非常看重這個發(fā)展方向，后面的講解中我會著重講這點。

這里列出三種常見燃料電池，它的反應(yīng)都可以用來制氣、制氫，SOEC還可以制二氧化碳，它效率高，消納很多新能源的多余電力，尤其電氣轉(zhuǎn)化效率還有實例。它的電氣轉(zhuǎn)化效率明顯高于PEM和低溫通過電轉(zhuǎn)化為燃?xì)獾男省ｋS著電轉(zhuǎn)燃?xì)夂碗娹D(zhuǎn)化工產(chǎn)品的應(yīng)用過程當(dāng)中，燃料電池往低溫發(fā)展，往低溫發(fā)展的時候，我們希望它像PEM一樣，導(dǎo)質(zhì)子。作為PEMFC，電解質(zhì)里面所導(dǎo)的載流子是質(zhì)子，高溫固體燃料電池導(dǎo)氧離子，為了讓它實現(xiàn)更高的燃料利用率，現(xiàn)在很多組也把精力轉(zhuǎn)到400-600度溫度段的質(zhì)子導(dǎo)體燃料電池，或者相應(yīng)的電解電池。它有非常大的優(yōu)勢，溫度可以降下去，再就是做燃料電池的時候，它跟傳統(tǒng)的高溫固體燃料電池相比，它在燃料極不會對燃料進(jìn)行稀釋，大大提高燃料利用率，反應(yīng)的時候也是大大提高產(chǎn)氣率，還可以直接把燃料電池升級為化工的反應(yīng)器，生產(chǎn)化工產(chǎn)品，可以做合成氨，還可以做質(zhì)子導(dǎo)體膜做氫氣的分離，這是非常熱的科研方向。

剛才官老師講了他們很有特點的設(shè)計，這里只講兩種比較典型的設(shè)計，管狀和平板狀，德國所有的研發(fā)單位和公司都會采用這種平板狀的設(shè)計或者是電解質(zhì)支撐，一般電解質(zhì)厚度是100微米，為了提高功率密度，有些會地方喜歡用陽極支撐，把電解質(zhì)的膜降一個數(shù)量級，到10微米，甚至降到1微米，大幅度提高功率輸出。宇航中心會做很多關(guān)于移動和航空的應(yīng)用，我們非常希望造出的燃料電池有很好的耐沖擊性能、熱循環(huán)性能，我們花很大的精力做金屬支撐，采用高溫的合金，它一般長時間數(shù)千小時承受700度-750度的工作溫度，但是有很好的機(jī)械性能和快速啟動的性能。管狀在德國基本不采用的，以前西門子曾經(jīng)采用，因為成本特別高，基本上現(xiàn)在在歐洲沒有人用這種方式。材料組成方式基本是陶瓷機(jī)，燃料極，這是anode，氧化鎳和氧化鋯的混合體，電解質(zhì)非常經(jīng)典的易穩(wěn)定氧化鋯和攙雜的氧化鈰，它只用少量的稀土元素，對于中國是特別適合發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，從材料角度、從制造角度。它不需要任何貴金屬氧化劑，用氧化鎳就OK。

例子，1995年我們開始做，基本上2006年我們遇到了瓶頸，當(dāng)電流密度755度達(dá)到2W每平方厘米的時候，那時候受到傳統(tǒng)制造工藝的限制，所以我們把薄膜降到1微米，達(dá)到了接近4個持續(xù)翻倍的功率密度，電磁片層面能做的工作不是特別多，回歸制造業(yè)最重要的還是電堆，板狀的電堆設(shè)計是兩種，一種是厚板，它的板可以用銑床來做，單板至少要有4毫米厚，它的雙極板，好處是設(shè)計非常簡單，而且這種板可以循環(huán)利用。如果一個堆用5000小時或者1萬小時，電堆衰減特別厲害，我們可以再制造，把堆打開之后進(jìn)行噴烷處理。采用特種合金的雙極板，一般只要鉻沒有消耗殆盡，處理之后，一般重復(fù)加工使用20次。可以打幅度降低成本。有些企業(yè)特別傾向于沖壓板的設(shè)置，1毫米左右的厚度，機(jī)械強度非常差，通過多種板堆積，一個重復(fù)單元有4-6個零部件，可以把電堆做得非常薄，體積功率密度大幅度提高，缺點是堆一旦廢掉，所有的金屬材料就要重新再融、再提純、再利用，這是它的劣勢。每個可重復(fù)單元總共的厚度應(yīng)該不超過4毫米。

這是市場上更關(guān)注的，講電池片、講電堆，對用戶各應(yīng)用企業(yè)沒有太大意義，大家關(guān)心的是如何得到直接的應(yīng)用。電池片到電堆到系統(tǒng)，到系統(tǒng)分兩類，固定式和移動式。固定式根據(jù)功率不同，1-3KW就是熱電聯(lián)產(chǎn)，歐洲的家庭供熱水，部分的電力提供都是這個規(guī)模的。0.5-2KW，是做備用電源或者離網(wǎng)發(fā)電。3-5KW，是用天然氣管道上有實際應(yīng)用案例。再大一點是小區(qū)的使用，不間斷電源，MW就是工業(yè)級別的應(yīng)用。它還會跟燃?xì)廪D(zhuǎn)燃油、化工產(chǎn)品結(jié)合。移動應(yīng)用領(lǐng)域，基本上就是房車開到房屋人煙的地方，沒有電，有電吹風(fēng)之類的東西就會攜帶這樣的小型電源。歐洲非常成熟，比如家門口的房車租賃就可以用甲醇的，這個領(lǐng)域，我認(rèn)為SOC的小功率的移動應(yīng)用機(jī)會并不是特別大。船用和APU領(lǐng)域，它會有不少的市場，在汽車應(yīng)用領(lǐng)域也比較好，尤其是重型裝備，比如輪船、卡車等是SOC非常適合使用的地方。

SOC一開始就不能避開談它的分布式應(yīng)用，雖然SOC最早提出來很多人是在航空領(lǐng)域，比如美國NSA或者德國宇航中心，會想是太空中用的制氧、制燃料。真正走向民用，它的分布式利用的優(yōu)勢大家反復(fù)講。大家看這個圖，用傳統(tǒng)的發(fā)電，電站輸入100%的功率輸出，電站損失掉55%，傳輸過程再損失5%，最后到用戶的只有40%利用。我們通過分布式傳輸方式，在辦公室樓的地下室或者自己家的地下室直接裝上小型的SOC裝置，它的總共損失、能量損失只有10%左右，尤其SOC它的發(fā)電效率可以輕松達(dá)到55%和60%，加上20%-30%的熱效率，90%的燃料轉(zhuǎn)化率和熱效率是很常見的，非常高效。

幾個典型的應(yīng)用(見PPT)。這種百千W級別、準(zhǔn)MW級別的工業(yè)應(yīng)用，歐洲去年一個論壇上公布微軟和一個公司合作，做這種計算機(jī)的電源，下面就是它的計算機(jī)，上面是配的SOC不間斷供電系統(tǒng)。再就是沃爾瑪這種超市的應(yīng)用。這是歐盟的一個項目，采用的是50KW模塊級的燃油電池分布式系統(tǒng)，在意大利南部，是通過污水處理廠的瘀泥進(jìn)行生物燃?xì)庵圃欤細(xì)饨?jīng)過脫硫，供到燃油電池系統(tǒng)中去，實現(xiàn)非常好的運行。功率輸出的模塊大概是50KW，熱輸出功率30KW，總效率大于80%。，使用生物燃?xì)狻，F(xiàn)在一期應(yīng)用非常成功，所以二期至少要擴(kuò)展200-250KW。

做一個簡單的比較，和傳統(tǒng)的燃機(jī)相比，這是他們的電功率的比較，83.5%、53%。熱效率幾乎相當(dāng)。不可忽略的是SOFC的污染物排放特別低，尤其氮化物特別低，因為它使用脫硫的燃料，沒有硫化物排放，是干凈環(huán)保的高效轉(zhuǎn)化裝置。

在運輸行業(yè)它是很有潛力的，氫因為物流的問題，它受到推廣的限制。SOC并不受這種限制，它特別大的優(yōu)點是多種燃料的適用性，有氫可以用，有生物燃?xì)饪梢杂茫瑐鹘y(tǒng)的柴油，柴油進(jìn)行重整，只要脫硫脫得好，用起來就沒有問題，或者使用合成柴油，完全可以使用。幾個典型的例子，這是卡車的輔助電源系統(tǒng)，因為在歐洲星期六、星期天，卡車不準(zhǔn)在公路上開，很多跑長途的司機(jī)，要把卡車停在休息站度過周末，他可以不用開柴油機(jī)，用這個來提供發(fā)動機(jī)不開的情況下滿足需求。這里是專用的無人機(jī)，這個無人機(jī)采用管狀的SOC，進(jìn)行重整，實現(xiàn)長時間的續(xù)航。這是鋰電池?zé)o人機(jī)無法達(dá)到的，即使是PEM無人機(jī)，它使用的氫能量有限，也沒有辦法達(dá)到續(xù)航里程。空客，一直考慮在它的大型客機(jī)上使用，每個大型飛機(jī)的燃?xì)饩拖竦孛娴娜細(xì)怆娬疽粯樱绻迷诳湛?80這種飛機(jī)上，可以實現(xiàn)好的燃料電池循環(huán)，飛機(jī)上用的熱水、冷氣或者暖氣，包括飛機(jī)在到機(jī)場著陸之后回到停機(jī)坪，可以直接關(guān)掉引擎，通過電力完成這些需求。空客一直想做這個。我們今年和空客開會的時候還講，現(xiàn)在飛機(jī)上的應(yīng)用，他們的鋰電是不能用，即便飛機(jī)不墜毀，根本不能過安全評估。即便過充也容易引起事故。如果鋰電池一天不上飛機(jī)，我就不想買電動汽車，尤其三元鋰電的。因為我很怕死。

典型的例子，2016年尼桑推出的這款，雖然這是日本車，用的是歐洲的電堆，它還會裝相對較小的電池，用3L左右的生物乙醇罐，輕松將電動汽車的續(xù)航里程達(dá)到600公里以上。做粗略的換算，加60L的生物乙醇就可以過一千公里，這是一般的氫燃料電池和鋰電池沒辦法比擬的。而且現(xiàn)在濰柴介入這個行業(yè)，不只是濰柴，濰柴的標(biāo)的，后面還是跟著本田和尼桑，他們還是一起搞的。國內(nèi)最先聽到電轉(zhuǎn)燃?xì)猓皇锹牭絇ower To X，包括現(xiàn)在維基百科上的注解也是一個德國公司的中國雇員寫的詞條，大概在兩三年前這個概念才慢慢熱起來。Power TO X儲能的應(yīng)用，我想先比較電池和電解槽，跟電池相比，所有電池的儲能能力需要新建電池，現(xiàn)在裝機(jī)容量非常低，需要新建一個。如果我們使用燃?xì)夤艿阑蛘哐赜脗鹘y(tǒng)的燃?xì)鈨庠O(shè)施，不需要重建。以德國為例，當(dāng)烏克蘭危機(jī)的時候，如果德國停用烏克蘭氣，德國自己的儲氣設(shè)施大約可以供它一年，不需要進(jìn)口烏克蘭天然氣沒有問題。至于德國，如果我們把電解槽很好的整合到里面，可以用管道和巖洞進(jìn)行儲能。

再就是容量的問題，現(xiàn)在市場上，包括我們在德國采購的MW和十幾MW級的儲能系統(tǒng)，大部分都是用在德國的一次調(diào)頻市場上，基本上現(xiàn)在德國的裝機(jī)容量大概在200MW上下，可能還會再裝100-200MW的樣子。調(diào)頻市場，德國整個電網(wǎng)的調(diào)頻市場規(guī)模大概是600MW，加上荷蘭，聯(lián)網(wǎng)之后，荷蘭、比利時連在一起，大概1200MW的樣子。以德國為例，600MW裝機(jī)200MW，還要再裝200，調(diào)頻史上還有抽水蓄能和其他的。這個應(yīng)用領(lǐng)域?qū)硎遣皇悄鼙ＷC很好的收益率很難講的事。往儲能領(lǐng)域來講，我記得我見過最早的應(yīng)用是百MW級別英國和三星做的，作為電池儲能規(guī)模已經(jīng)非常大，一個項目100MW，它會非常貴。

還有一個非常現(xiàn)實的問題，電池充電之后要用，不然電池滿載的狀況下沒有辦法充電，像碗裝滿水之后，不能再裝水。電解槽像水龍頭或者像轉(zhuǎn)換器或者閥門，這邊通電，那邊可以一直不斷的處理。這個氣體或者是化工原料或者是業(yè)態(tài)燃料，你可以夏天光伏多的時候或者風(fēng)電多的時候，儲存下來，過幾個月用。這是所有儲能電池沒有辦法滿足的問題。

退役回收問題，電解槽沒有退役回收的問題，或者沒有那么嚴(yán)峻。

電解槽，現(xiàn)在市面上我們能買到的電解槽有三類，一個是SOEC高溫電解。再就是低溫電解槽的兩種，他們主要的區(qū)別是SOEC除了電解高溫蒸汽，值取純氫，還可以電解純二氧化碳，制取一氧化碳和氫氣的混合氣體，還可以跟CCS結(jié)合，同時我們也做很多工作，按不同的比例攙進(jìn)去高溫的蒸汽和二氧化碳，獲取現(xiàn)在所謂煤炭行業(yè)或煤化工行業(yè)的一氧化碳和氫氣的混合氣體，它是非常干凈的，實現(xiàn)水蒸氣，會為很多傳統(tǒng)的工業(yè)過程提供清潔的原材料。高溫電解之所以高效，是因為可以很好的利用熱能，在電解過程當(dāng)中是一個吸熱的過程，熱能還是非常有利的，大大提高轉(zhuǎn)化效率，尤其在很多工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，比如奔馳工廠有很多的熱能，這個可以用到里面來。

電氣轉(zhuǎn)化效率很高。一會兒再舉工業(yè)實際產(chǎn)品的例子，電氣轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)到80%，如果熱能提供足夠優(yōu)化，完全可以提高到電轉(zhuǎn)化效率接近100%。如果熱能足夠優(yōu)化以后，可以完全提高到轉(zhuǎn)化效率提高到100%，1標(biāo)準(zhǔn)立方米氫氣有3KWH的熱值，我們?nèi)绻鸖OEC輸進(jìn)3000W的電，同時配合適當(dāng)?shù)臒崮埽娹D(zhuǎn)熱氣可以做到100%的轉(zhuǎn)化，3度電變成1標(biāo)準(zhǔn)立方米氫氣。算綜合熱能，把熱能搭進(jìn)去，很多熱能利用不是很好。所以我們有很大的部門做儲熱，我們也做這方面的工作。再就是低電耗，現(xiàn)在沒有真正主流的低溫電解槽廠商，能夠提供成熟的耗電低于4.5度生產(chǎn)單標(biāo)準(zhǔn)立方米氫氣的設(shè)備，至少需要4.5度電。SOEC電解槽后面也有例子，實際耗電到3.7度可以制取一立方米氫氣。

系統(tǒng)壽命，現(xiàn)在AEC非常成熟。堿熱電解槽通常的系統(tǒng)使用壽命在20、30年，8-10年一次大修，成本也是最低的。SOEC如果設(shè)備做得好，它的壽命現(xiàn)在我覺得做到1萬小時是可以實現(xiàn)的，像PEMFC面臨暢銷使用的問題，PEMFC有好處，對電網(wǎng)的大幅度波動有很好的優(yōu)勢，但是它有很致命的劣勢，其中一點是現(xiàn)在壽命達(dá)不到，而且做電解槽的時候，只用鉑金不行，必須用另外一種催化劑。這種催化劑的含量比鉑金還少很多，大規(guī)模使用的時候面臨催化劑的獲取問題。當(dāng)然科學(xué)家會說我們以后會找到不適用特種催化劑，但是找到的時候再說，現(xiàn)在沒有很高效的。

這是我們現(xiàn)在運行的項目，包括拓展項目。一方面提供CCS，碳補集獲取的高純二氧化碳，通到體系中，那邊通入電力和水，還可以結(jié)合人造太陽的供應(yīng)，外圍提供相應(yīng)的熱能，我們進(jìn)行高溫電氣電解，提供反應(yīng)氣體，會得到剛才說的一氧化碳和氫氣的混合氣體。我們的合作伙伴，把德國人在二戰(zhàn)時期非常擅長的費托合成做成微反應(yīng)器。它是生產(chǎn)清潔的合成材料，大家看到這個微微發(fā)黃，因為含硫和雜質(zhì)的原因，它是傳統(tǒng)的石油冶煉的柴油，左邊清水一樣的，看上去不含硫和雜質(zhì)的合成柴油。在德國工業(yè)界，2013年已經(jīng)實現(xiàn)示范裝置，每天產(chǎn)一桶油左右。德國能源部長拿這個油去給奧迪A8加油。我們采用這種油的話，它對環(huán)境造成的壓力也會非常小的。化工領(lǐng)域有很多成熟工藝，可以做合成燃?xì)夂蜆I(yè)態(tài)燃料、DME或者化工產(chǎn)品，塑料、乙烯，都可以通過它做。目前全球化工領(lǐng)域消耗大量氫做合成氨，如果和氮氣做反應(yīng)，可以做清潔的合成氨反應(yīng)過程，而且是比較高附加值的產(chǎn)品。

德國會做很多的生物燃?xì)猓瓪夂写蟊壤亩趸迹@時候熱值低，不能加入天然氣管道，甲醇和二氧化碳的混合氣體中，加入適當(dāng)?shù)乃魵夂透邷仉娊膺^程，EI是電解過程，通過化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)，把反應(yīng)器盡最大比例合成甲烷。當(dāng)然還可以生成其他的例子，水和氧氣，他們是兩邊分離的，氧很好分離，水冷凝也分離了，效率可以很高。我覺得做工業(yè)應(yīng)用，很多時候要講系統(tǒng)集成要提高綜合效率，而德國有這種優(yōu)勢，系統(tǒng)集成能力和工業(yè)基礎(chǔ)。這種情況下，100%的輸入生物燃?xì)獾拇謿猓蟾庞?0%的能量都能轉(zhuǎn)化為合成甲烷，剩下還有熱值，這種熱值通到社區(qū)的供暖系統(tǒng)和社區(qū)的游泳池，都可以充分利用起來。再就是很有特點的應(yīng)用，去年在美國市場投放一個設(shè)備，100KW的樣子，作為氣體供應(yīng)商的設(shè)備，平時把二氧化碳作為原料存儲，根據(jù)客戶的需求，現(xiàn)場進(jìn)行制取高純一氧化碳，這個模塊可以彈性的生產(chǎn)高純一氧化碳用于工業(yè)用途，大概的產(chǎn)量是集裝箱模塊是100-200標(biāo)準(zhǔn)立方米，一氧化碳的產(chǎn)能上。加氫站，SOEC也是可以做加氫站。它通過高溫電解來產(chǎn)生高壓、高純的氫氣，給燃油電池車提供氫氣，這是今年奔馳馬上推出的一款車GLC，是非常值得購買的。然后它的可逆系統(tǒng)。這張圖建議大家好好研究，大家回去研究一下，這個圖很簡單，很容易理解。

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(本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核)