中船重工718所李俊华：氢能供应装备核心技术的突破与国产化
2019年9月22日，由中国电动汽车百人会、国际氢能委员会和山东省工业和信息化厅共同主办“2019氢能产业发展创新峰会·济南”在山东大厦召开。峰会聚集国际专家及业内精英智慧，为产业界搭建国际化的交流平台，共同交流探讨产业在政策、技术、模式等方面的成功经验及创新探索。
中国船舶重工集团第七一八研究所所长李俊华出席大会并发表了题为《氢能供应装备核心技术的突破与国产化（水电解制氢技术）》的主旨演讲。以下为发言内容：
李俊华：很高兴这一次参加2019年氢能创新发展峰会，上午聆听了各位专家领导，特别是李毅中部长讲的主题演讲，如何选择合适的氢能源的来源，我深受启发。特别部长强调的由灰氢，蓝氢到绿氢，综合考虑经济性，安全性，环保和能效，确确实实这都是为了要整个氢能产业发展的一个根本的综合的考量和甄选。
我今天围绕的题目就是给大家介绍一下在氢能源来源里面，怎么去从绿氢的角度来获得氢气的途径，主要是氢能源供应装备，特别是围绕着水电解制氢目前国内外的技术状态，和下一步我们所要做的工作。我是中国船舶重工集团718研究所，大家可能会感觉到很意外，为什么电动汽车的百人会有船舶行业的人参加，其实这一点也不意外，因为船舶本身就是一个多种能源形式利用的综合体。比如说在船上有核能，有蒸汽动力，有燃气动力，有柴油机动力，有电动力，有化学动力，等等吧，多种形式，依照大型的传播，比如说像航空母舰，就是一个海上的移动城市，综合的能量广泛也是非常的复杂，所以传播行业本身涉及到了各种各样的能源形式，而且对于电传动，这样一种能源的转化和利用方式，应用的也非常广泛。
第二个，从船舶未来下一步的发展来看，无论是民用船舶还是军用船舶，都有广泛应用的需求，特别是围绕着新建能源的高效利用，在民用领域里面，整个国家大的环保，对于水陆要求也是越来越高，特别是一些港口的聚集区。第二，对国际的标准的组织，对于船舶排放的要求也有一些新的标准。军用上的话，也有一些潜在的需求。第三，船舶行业本身是涉及到很多供应能力，所以它的技术包括装备和很多的能源装备里面，也是相通相容的，所以从传播人来讲的话，去开展新能源研究，应该说也就顺理成章，也是顺其自然。
我们七一八所在这里面，主要做水电解制氢，可再生能源转化的装备，从整个的氢能来看，这张图大家都很熟悉了，从一次能源到二次能源有很多方式，下游的二次能源主要是水电解制氢这样一种方式，工艺路线主要包括化石燃料制氢，化工过程，和其他的制氢方式，目前来看的话，绝大部分还是来源于煤制氢，天然制氢大概在20%左右，水电解制氢大概只有1%左右。这个表做了各种各样的制氢方式，一些技术上的对比，从水电解制氢来看，消耗的电量比较大，所以导致了它的运行成本比较高，我后面会做一个介绍，从目前的技术进步和政策扶持来看，未来这条技术路线是完全具有经济上的可操作性的，化石燃料制氢，主要以煤、甲醇或天然气等化石燃料作为原料来制取氢气的来源。
从可再生能源主要是利用风电，光伏，水电，核电，通过可再生水电解制氢把它转化成了氢气，然后再下面去运用到各种各样的领域了。它的特点，目前来讲，从主要技术原理来看，氢气的产量相对较小，不像那种大的规模化的，都是以万吨来计，我们像这样的水电解制氢装备，到目前为止全球最大的，我们了解的大概是一千方左右。第二，它的气体纯度比较高，杂质比较少，大家都认为它的能耗比较高，从目前的技术指标来看的话，产气量基本上集中在每小时0.01到1000方工业水平，能耗在每立方4.3到5.5度电，这样一个能耗水平。还有其他的一些可再生的像能源制氢，包括太阳能的制氢，现在有很多新的一些方向的研究，比如说热化学法的制氢，分解法的制氢，当然还有一个重要的方向，可再生能源，就是生物质制氢，生物质通过汽化炉获取氢气。
水电解制氢的技术主要有两条路线，一个是碱性的水电解制氢，大概在0.5到1000这样一个技术水平，主要利用在电力，电子，冶金等等。还有一条纯水电解制氢技术路线，目前还是有点差距。从这两个技术方向的对比来看，这两个应该说反映到两者目前的一个技术关系水平，纯度的话，会更高一点，电解能耗来看的话，目前大概在4.3到5左右，目前也有一些媒体有些新的报道，有些研究机构也好，给我发布的一些资料，可能还有待于实践真正的观察。这里面跟运行的电流密度是紧密相关的，但是这两个技术路线，从特点来看的话，两者还是有比较鲜明的特点的，像碱性这块技术是比较成熟的，存水这块它的优势就是体积小，重量轻，但是它的成本是比较高的。
从碱性水电解制氢技术，隔膜，电片这个方向。我们研究所产的一些碱性的装置，在各个领域的一些应用的照片。从当前来看的话，主要这块的几个问题，一个，目前来看电流密度比较低。第二，制氢的装置制造成本比较高，单位的产氢量的能耗比较高，从下一步技术的方向来看，主要是从这几个方向着力去开展研发。第一个是高效电机的研制，目前我们正在开展的一些相关工作，应该说达到了这个数，基本上就是我们目前在实验室完成的一个数，可能在年底到明年春节之前，应该能够实现工程化的水平，可以达到电流密度稳定4000的时候，单位的能耗会低于4.1这样一个技术水平。第二个是隔膜的研制，目前我们对隔膜，应该说也做了很多的一些研发工作，目前看采用新型的负荷材料的隔膜也有比较好的效果，三点曲线表明的就是我们目前在隔膜上研制进展所带来的一些技术上的效应。第三，AEM的技术，这里面是碱性阴离子交换膜的技术，采用非贵金属催化剂，再一个是大幅度缩小电解槽的体积。第四个方面是改性的密封材料。第五个方向是新型的研制。通过这几个方向的努力，未来这可能也是行业的一些特点，也是我们目前正在开展工作所要做的一些方向，以及预期所取得的一些成效。是进一步降低氢气生产能耗，减少设备重量一个重要途径。最后面那一项，如果这几项工作在今年年底全部能完成的话，我们在现有的基础上能耗可以再降低15%以上，单台装置的体积，重量，包括运维成本都会得到大幅度的降低。
第二个方向是纯水电解方向，里面涉及到一些关键的步骤，包括极板，密封垫等等。在整个的里面，应该说核心的主要是电解槽和MEA组件，在大的里面基本上占到95%。存在的问题主要是制氢装置还是一个成本高的问题，再一个膜材料没有实现国产化。主要有这几个方向的研发工作，第一个是低贵金属纯水膜电极组件的研制，增大了控制技术和研究，但是目前整个的国内的膜组件单载量比较高，所以导致整个的成本还是比较高。
第二个是质子交换膜的国产化，目前我们也和国内的相关企业开展的一些合作工作，从目前测试的情况看，还是比较理想的，预计应该不要太长的时间。
第三个是大产气量纯水制氢设备的研制，重点就是要研究电解槽的结构，以及大面积的膜电极、集电器等，设备的设计和制造工作。从未来发展来看主要有这么几个方向，一个是降低催化剂负载量，降低其他贵金属的使用量。第二个是减少膜的厚度。第三个是双极板的厚度减少。第四个是电解槽组装的规模化自主生产。
其实讲了这两个，碱性的水电解从中间来看，还是说要实现可再生能源大规模水电解的应用也还是有很多关键技术需要去研究的，这里面我们理解大概有这六大关键领域。一个是电解水制氢设备的主要形式。第二个是电力耦合和能量管理系统，第三个是宽功率的调整范围，第四个是控制系统，第五个是新型电解槽的研发，第六是高效低成本的设备研发。再一个，目前我们参与的两个863的项目，在大规模规模的可再生能源转化上面，第一个是基于纯水电解槽的系统，第二个是纯水的制氢系统，这个是863的相关项目情况。从大家关心的成本来看的话，早上部长已经讲了关于成本的分析了，目前看从电解水，煤制氢也好，综合考虑到运行成本，实际上肯定是煤制氢相对是比较便宜的。碱性的水电解制氢，一个是跟它的规模有关系，第二个取决于给予的供应电，我们也做过一个测算，在电价3毛钱的时候成本大概在1.3元，电价在6毛钱的时候是2.3元左右。未来随着可再生能源的平价上网，当电价低于3毛前的时候，零碳排放的可再生能源水电解制氢成本与煤制氢是相当的。而且现在像广东，包括河北，其实已经出台了关于氢能的电价政策了，当然了这个电是不是用的另外煤电过来的，伦理道德上是不是灰电，还只是有模糊的界定。
所以说未来来看的话，整个水电解制氢工艺简单，品质的杂质单一，经简单纯化即可满足燃料电池使用要求。第二，随着可再生能源发电成本逐步降低，大规模水电解制氢，技术上是完备，经济上是可行，是零碳排放，绿色经济可持续的重要方向，大有可为。再一个，还进一步需要进行关键材料，关键技术的研发和国产化，进一步要降低成本，仍然有空间，再一个随着力度加大，水电解制氢技术在可再生能源里面，也会进一步降低这个运营成本，所以来讲应该具有非常广阔的运用前景。
借此机会我也把七一八所氢能源简单做一个介绍，我们是从1966年开始，到今天50多年，一直是初心不忘，最初的来源是国家赋予的职责和使命，到目前为止，应该说两条技术路线，包括我们所有的技术水平，可以和国际同行取于同一个交流的技术水平吧。目前所里面从最制氢的最新路子来看，我们有碱性，天然煤制氢等各种制氢路线，包括移动式固定式加氢站的建设，这样的技术领域和能力，目前整个来看，在水电解领域里面，至少在去年之前，我们七一八所在国内市场占有率还算是比较高，特别是随着氢能的兴起，目前我们利用风电，水电，火电，核电这四个领域以及与大型企业开展的合作进展比较顺利，比如说在张家口和海珀尔，签署成立的风电的加氢站，为了保证冬奥会之间新能源汽车的运行的。包括我们现在做的移动式的撬装式的加氢装置，还有每天两百公斤这样一个加氢量，总体来看，应该说七一八所在氢能领域，特别在制氢活加氢站建设领域属于起步比较早的，我们也愿意在这个过程里面和各位同行都交流，和各位产业链上多合作，也希望在这个过程里面，恳请得到地方政府，包括我们济南市政府的大力帮助与支持，也欢迎各位领导和朋友，到我们七一八所去考察，交流和指导，谢谢大家。
（标题为编者所加，文字未经发言嘉宾本人审阅）
