我国氢燃料电池热电联供发展现状与展望

2022-12-15

目前世界上对氢燃料电池应用最多的不是汽车，而是燃料电池分布式热电联供系统。

燃料电池热电联供，是利用燃料电池发电技术同时向用户供给电能和热能的生产方式。用燃料电池运行过程中产生的余热供热，可提高能源的利用效率，而且减少二氧化碳和其他有害气体的排放。燃料电池热电联供系统主要使用质子交换膜燃料电池（ PEMFC ）和固体氧化物燃料电池（ SOFC ）作为发电系统，发电效率可达 40% ，废热利用达 40% ，能源综合利用率超过 80% 。

我国在氢能热电联供环节发展缓慢，正处于起步阶段。从政策层面来看，分布式能源正在被越来越多的地区纳入氢能规划项目，目前全国 24 个省市累计支持氢能产业政策超过 100 个，其中提到氢能分布式能源的有 37 个。尽管热电联供相关的政策众多，但基本仅提及“鼓励发展”，相关补贴政策少之又少，涉及补贴的政策情况具体如下。

国内燃料电池热电联供补贴政策表

时间	地区	政策	具体内容
2021.12	潍坊	《关于支持氢能产业发展的若干政策》	对参与建设的企业、居民社区每个项目按照热电联供设备装机量基于 500 元 /kW 最高不超过 200 万元的一次性奖励补贴。
2022.3	嘉兴	《关于加快推进氢燃料电池汽车省级示范点的若干政策意见（征求意见稿）》	支持燃料电池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 年按发电量给予 0.1 元 /kWh 的财政补贴，单个项目年最高补贴额不超过 50 万元。
2021.6	嘉兴	《嘉兴市人民政府办公室关于加快推动氢能产业发展的实施意见》	支持燃料电池分布式发电示范项目建设，从项目建成并投入运行开始，连续 3 年按发电量给予 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。
2022.2	成都	《成都市支持绿色低碳重点产业高质量发展若干政策措施（征求意见稿）》	对于组织开展的分布式能源、热电联供系统等示范项目 , 按实际投资给予最高 500 万元的一次性补贴。

我国热电联供项目情况

与国外已经实施量产的进度比较，我国分布式燃料电池系统目前尚处于研发和工程验证阶段。亚化咨询《中国氢能综合应用技术与项目报告》中统计，我国燃料电池热电联供项目情况如下表。

国内热电联供典型项目表

地点	项目名称	燃料电池种类	项目规模 (kW)	综合效率（ % ）	装置来源
江苏张家港	张家港华夏科技园区示范项目	PEMFC	10		江苏铧德氢能源科技有限公司
北京大兴	北京大兴燃料电池热电联产示范项目	PEMFC	5	89	江苏铧德氢能源科技有限公司
浙江台州	台州大陈岛氢利用示范工程	PEMFC	150	95	河南豫氢动力有限公司
四川德阳	东方锅炉德阳基地氢能源示范园区	PEMFC	100	90	东方电气（成都）氢燃料电池科技有限公司
浙江嘉兴	嘉兴红船基地 “零碳”智慧园区	PEMFC	20	90	浙江高成绿能科技有限公司
上海	上海汽车城离网氢能应用展示馆	PEMFC	5	80-90	上海清能燃料电池技术有限公司
青海大学	凯豪达光伏制氢与燃料电池热电联供系统				深圳市凯豪达氢能源有限公司
江苏苏州	江苏科技大学	PEMFC	5	89	江苏铧德氢能源科技有限公司
广东佛山	中科润谷氢进万家智慧能源示范社区项目	PAFC&PEMFC	2062	97 & 85	日本爱信和松下
上海	宝武运管楼氢能热电联供示范系统集成及楼宇	PEMFC	1.4	97	松下
贵州贵阳	贵阳市经开区新能源产业示范基地	PEMFC	100	98	贵州氢能效率能源科技有限公司
山东	山东省 “氢进万家”示范项目	SOFC	30		潍柴动力 SOFC
广东	高温燃料电池发电系统研发与应用示范	SOFC	100	91.2	广东能源集团科学技术研究院

从规模上讲，我国燃料电池热电联供电力输出功率范围为 5-150kW ，其中以 100kW 规格居多，对应耗氢速率在 6.2-7.5 kg/h 范围内。

从技术路线来看，我国以 PEMFC 为主，并逐渐向 SOFC 靠拢，与我国目前燃料电池技术水平相符。

从应用场景来看，目前国内燃料电池热电联供应用场景主要包括，以 “氢进万家”为代表的大规模集中式家用示范场景，以“台州大陈岛氢利用示范工程”为代表的离网应用场景，还有以“张家港华夏科技园区示范项目”为代表的产业园区内技术开发应用场景。

从项目规模来看，目前广东省中科润谷氢进万家智慧能源示范社区项目超过 2MW ，为国内最大规模。

燃料电池热电联供系统面临的挑战

1 ） 技术问题 ：

由于国内燃料电池应用以车用为主，但热电联供电堆设计不能照搬车用的经验，原因包括：

（ 1 ）工况差异。车用工况复杂，因此对响应性能要求较高，而热电联供的功率变化相对缓慢。

（ 2 ）寿命差异。热电联供设备年使用时长可达 8000 个小时，按十年折旧周期就是 8 万小时，目前车用电堆的寿命大概 1 万小时。

（ 3 ）热管理差异。车用电堆主要要求散热，而热电联供要求充分利用热能。

（ 4 ）控制逻辑差异。热电联供需考虑热电输出平衡，车用考虑电控制。

因此热电联供电堆设计，包括极板流道、耐腐蚀、催化剂抗中毒、质子膜选型，乃至结构设计等对比车用都有所变化。设计的差异又导致工艺的差异，进而造成人才的缺失。因此，与国外合作或是有热电厂背景的企业会占据一定的优势。

此外，家庭用燃料电池热电联供产品还需要进一步提高智能化水平，更贴近用户的日常使用习惯。

2 ） 成本问题 ：

与日本热电联供产品已经平价不同，国内燃料电池热电联供的运营成本远高于传统方式，再考虑偏高的购置成本，热电联供产品市场竞争力不足。在碳税进一步推广实施下，企业客户，尤其是水泥、化工等高能耗企业，使用燃料电池热电联供设备的意愿将大大提高。若在 2025 年国内燃料电池热电联供能够达到 200MW 以上，成本有望下降一半，再配合碳税等措施，热电联供的市场前景将会逐渐开阔。