近年來,隨著氫能產業的發展,氫能下游應用備受關注,氫能熱電聯供作為應用之一,對實現建筑節能、低碳轉型具有重要作用。
按系統形式分類,氫能供熱系統有集中供熱方式、熱電聯供供熱、分布式供熱方式。其中集中式供熱包括熱電廠、鍋爐房等,熱電聯供是應用固體氧化物燃料電池、質子交換膜燃料電池來進行供暖,分布式供熱是通過家用純氫鍋爐、摻氫燃氣供暖熱水爐、摻氫燃氣熱水器進行供暖。
熱電聯供是是未來建筑領域內不可或缺的應用系統之一。
總結國內外氫能供熱發展現狀,日本、美國、韓國和歐洲在燃料電池熱電聯供領域從技術和應用方面均處于世界領先地位。
2020年11月,美國開展了HyBlend項目,該項目將石油加工制得的氫氣注入天然氣管道中,與天然氣摻混形成摻氫天然氣,用于滿足終端用戶的供暖和發電需求,2022年5月,卡特彼勒公司宣布了將在明尼蘇達州啟動氫燃料的熱電聯供(CHP)系統示范項目。
在歐洲,燃料電池熱電聯供已進入商業應用階段,如ene.field、callux項目等項目已實現燃料電池熱電聯供系統(簡稱FC-CHP)產品的示范試驗和市場化初步探索。
在日本,在燃料電池熱電聯供領域已經實現了大規模的商業化推廣應用,ENE-FARM系列已經累計銷售超過40萬套。韓國斗山集團投資建設的大山燃料電池發電廠,約可為附近16萬戶家庭提供24小時不間斷電力使用。
國內氫能供熱仍處于探索階段,在技術層面上與其他國家仍有差距,但在政策和相關企業的積極推動下,我國以燃料電池熱電聯供為代表的分布式氫能供熱示范項目已有序展開。
如去年11月8日,北京市發展改革委、市規劃自然資源委等十部門發布《關于全面推進新能源供熱高質量發展的實施意見》,其中提到:鼓勵氫能熱電聯供、新型儲熱等技術在產業園區供熱基礎設施的先行先試。
而就在1月16日,北京北京首個氫能供熱示范項目在石景山區投用,項目采用氫能供熱系統設備后,實現等效供熱5000平米,每年可減少燃氣消耗4萬標方,二氧化碳減排量80噸。
另外還有不少企業在熱電聯供項目上有新的成果。
如中石油成功開發首套千瓦級SPFC熱電聯供系統,實現發電效率≥40%、蒸汽效率≥25%、熱電綜合效率≥80%,這也是國內首套高效發電、聯產蒸汽并實現長周期平穩運行的SOEC熱電聯供系統。
去年2月濰柴動力發布濰柴發布全球首款大功率金屬支撐固體氧化物燃料電池S0FC商業化產品。該產品系統功率達120千瓦,支持模塊化安裝,可將功率擴展至兆瓦級,應用熱電聯產效率高達92.55%,創下了大功率SOEC熱電聯產系統效率最高全球記錄。
盡管近年來氫能供熱項目發展勢頭正好,但能否進行大規模推廣還要依靠經濟性和技術的提升。
與歐美日韓相比,目前我國氫燃料電池熱電聯供技術經濟性待提升,如日本戶用氫燃料電池熱電聯供設備,以天然氣作為原料,重整制氫后為家庭發電和供熱。而中國所用氫燃料電池雖然綜合轉化效率可達90%,但氫轉化為電時效率僅有50%左右,轉化效率較低。
有專家計算,按1公斤氫氣20元來算,1公斤氫氣大概能發15度電,平均一度電是1塊多錢,不比直接用電和熱便宜,因此目前大規模戶用推廣氫燃料電池熱電聯供不太具備可行性。目前國內熱電聯供在家用場景不太具備大規模推廣,但在一些商用場景是可行的,特別是必須24小時保證供電的數據中心、醫院,可以配上氫的熱電聯供系統,作為應急備用電源。
發展氫能供熱符合我國能源系統深度脫碳的要求,我國氫能供熱產業發展離不開政策支持。
雖然《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》在頂層設計上指明了氫能供熱的方向,但尚缺乏氫能供熱的專項規劃。要制定符合我國國情的氫能供熱產業發展思路,建立氫能供熱的補貼政策,打通覆蓋制氫-儲運-利用-運營的氫能供熱全產業。
同時還要構建符合我國國情的氫能供熱安全監管、技術與運營管理標準體系。此外加強氫能供熱安全檢測能力和保障技術,建立氫能供熱產業的安全監管體系。加大對氫能供熱的補貼政策及金融支持,用價格優勢為氫能供熱拓展市場。