編者按：在“雙碳”背景下分布式能源領域貫徹新發(fā)展理念，以“雙碳背景下能源安全新思維——新型分布式綜合能源保障”為主題的“第十八屆中國分布式能源國際論壇”于2022年12月8日在北京采用線上的形式召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網聯(lián)合主辦。會上，北京市燃氣熱力工程設計院有限公司，道石研究院總工程師王洪建做了主題為《氫能技術發(fā)展探究摻氫天然氣利用與燃料電池供能》的報告。

以下內容根據論壇演講實錄進行整理。

王洪建：感謝主持人的介紹。大家好，我是北京市煤氣熱力設計院的王洪建，非常感謝主辦方中國能源研究會分布式專委會的邀請和大家分享一下我們在氫能技術研究方面的一些思考和工作。我今天分享的題目是氫能技術發(fā)展探究，摻氫天然氣利用和燃料電池供能。

我們是全國最早從事城市燃氣和熱力的專業(yè)設計院，我們一直參加國家和行業(yè)的相關標準規(guī)范，包括城市燃氣，燃氣冷熱電三聯(lián)供國家的標準都是我們院制定的，面向未來新的發(fā)展，面向未來綜合能源領域，我們是綜合能源技術創(chuàng)新的推動者和引領者。在新能源的技術發(fā)展方向，我們逐步瞄向氫能，分布式能源和生物質能源開展了一些新的研究工作。我們的氫能是燃氣的一種，我們把氫能列為重點的發(fā)展方向，今天說一說我們對于發(fā)展氫能的思考，包括國內外氫能的發(fā)展現(xiàn)狀，以及在摻氫天然氣和燃料電池供能方面的一些工作。

首先大的背景。氫能本身是清潔靈活，零碳的二次能源，它可以打規(guī)模的存儲和運輸，之前朱總把氫能在新的碳中和能源體系中的重要作用進行了解釋和闡述，我特別強調在制氫端可以作為大規(guī)模可再生能源的消納，在終端來說對終端難減排領域助力碳中和。深層的邏輯氫能可以助力我們國家早日實現(xiàn)能源獨立，我們國家像天然氣40%多都是進口，石油將近80%是進口，對外的依存度還是很過的，如果氫能對天然氣資源和石油資源進行有效的補充，可以助力我們國家能夠早日端穩(wěn)能源的飯碗。

現(xiàn)在氫能被納入國家碳中和的能源體系的重要組成部分，國家制定了氫能的頂層戰(zhàn)略。另外剛剛過去不久的北京冬奧會中大家可以看到氫能在這里面的應用，一方面包括主火炬氫燃料的火炬，純氫燃料的火炬，還有綠色清潔交通的應用，冬奧會的氫能讓大家意識到氫能可以很好的應用到城市能源中，甚至我們的生活中。為此大家也越來越意識到氫能是我們能源體系的重要組成部分，能夠將氣電熱網絡有機的組合起來，構建清潔低碳，安全高效的能源體系。

氫能源聯(lián)盟預測一直到2050年全球終端能源18%由氫能承擔，我們國家達到20%，可以說這個數(shù)并不高，但是氫能在終端應用的比例非常低，整個市場的增長空間還是非常到的。國內外許多國家把氫能發(fā)展成自己國家戰(zhàn)略性的選擇，截止到2021年底，20多個主要的經濟體，現(xiàn)在超過30多個國家把氫能作為能源發(fā)展的重要組成部分。

全球氫能大概7000萬噸，國際上的氫能來源是天然氣制氫，主要的應用領域是化工領域，逐步從化工原料向能源逐步的拓展，包括交通，分布式供能，家用熱電聯(lián)產，天然氣摻氫，氫冶金的領域，不同的國家根據自己的特色發(fā)展不同自己的重點領域。以美國為例，美國主要發(fā)展天然氣的制氫，通過燃料電池進行發(fā)電的分布式供能，可以使它的整個綜合效率變得比較高，可以把天然氣的發(fā)展效率達到60%以上，而且整個排放可以達到1毫克之下，在效率方面具有非常突出的優(yōu)勢。實現(xiàn)模塊化的組裝，從千瓦級到百千瓦可以實現(xiàn)商業(yè)化的應用。

德國為了實現(xiàn)可再生高比例的消納，把氫氣直接摻混天然氣的管道中，德國的燃氣公司進行10%，甚至20%的摻氫應用，摻氫之后不僅利用好綠氫，可以降低一氧化碳有害物質的排放。日本重點在氫交通方面，包括燃料電池汽車，加氫站，家用熱電聯(lián)產方面主推氫氣的計劃。截止到2021年末日本采用燃料電池1000瓦級的熱電聯(lián)產系統(tǒng)超過42萬臺，目標2030年實現(xiàn)530萬臺的銷售規(guī)模。

我們國家高度重視氫能產業(yè)政策的發(fā)展，特別是近幾年氫能寫入了政府的工作報告，2020年寫入能源法，今年初國家制定了氫能頂層的發(fā)展規(guī)劃。在發(fā)展規(guī)劃中充分明確了氫能在未來國家能源體系的重要組成部分，是用能終端轉型的載體，是未來的發(fā)展方向。

從我們國家目前氫能利用現(xiàn)狀說，大數(shù)產能4000萬噸，產量3000萬噸，我們國家主要以煤制氫為主，大概30%，主要的應用領域包括甲醇，合成氨，石油煉化，少量作為工業(yè)的燃料在使用。氫能在新型的領域，交通，發(fā)電的消費量比較小，但是也在逐步的增加。面向未來的發(fā)展，氫能在未來的城市碳中和能源體系還是重要的組成部分。走進城市，國家力推氫進萬家的目標，除了氫交通之外，還包括摻氫天然氣的利用和燃料電池分布式供能的應用。

摻氫天然氣的重要意義朱總也進行了特別的闡述和強調，我們也是想再次強調一下，在能源消費中天然氣和氫能的融合對我們城市深入脫碳具有非常好的作用，摻氫比10%-20%，碳減排3.5%-7.6%，真正實現(xiàn)氫進萬家可以實現(xiàn)終端深度的脫碳。剛才于總特別強調氫氣和天然氣還是有很大性質上的差異，因為在能量密度，燃燒特性的影響，對于城市燃氣管網的完整性，終端燃燒器的安全性產生很大的影響，為此國內外開展了相應的應有示范。從2000年開始進行一些應用，目前2020年大概全球40多個示范項目，每年有3000噸的氫能摻入天然氣管網，最高的比例達到20%。

從我們國家來說，摻氫技術目前列入我國氫能規(guī)劃，特別是氫能規(guī)劃中明確了開展摻氫管道試點示范。國家住建部開展了天然氣摻氫管道和終端利用的研究課題，聯(lián)合產業(yè)上下游的企業(yè)開展相應的論證示范和相應的一些研究工作。應該說在這塊首先從產業(yè)鏈上解決的是如何進行天然氣和氫能均勻的摻混，目前主流采用的是流量隨動式，我們編制了天然氣摻氫混氣站的技術規(guī)程，這是目前首個相關的標準。在北京市科委的支持下，我們針對北京市天然氣管網開展了混氣站的設計，從工藝和安全方面給出了一些設計的方案。

從管材方面針對城市常用的一些管材，包括X20進行了一些管材的評估，目前認為10%之內是完全沒有問題的，達到20%甚至更高比例只要對管道的密封，管件的要求進行檢測，也是可以達到更高的比例。大家知道人工煤氣氫氣比例達到了20%-60%，從管材方面的適應性還是很高的。另外在終端應用方面，這是在國電投，我們也參與了示范項目，在民用燃氣灶具進行了10%的長期利用，達到20%也是具有可行性的。

另外在工業(yè)領域的應用，我們面向城市供熱領域的采暖鍋爐，在集團的支持下和清華大學開展燃氣鍋爐摻氫燃燒的工作，從目前的工作看，小型鍋爐和供暖鍋爐摻氫比例如果達到20%是完全可行的，只要對我們燃燒器的運行參數(shù)進行一定的調整，保持原先的燃燒效率的情況下，降低排放。

同時我們也正在開展大型應用的示范，我們也在內蒙古科技廳的支持下，我們在內蒙古烏海市開展了純氫摻氫的應用示范，我們會涉及到整個多級減壓密封性，摻氫工藝的相關規(guī)范，對于混器設備，調壓設備安全評估，我們也會把摻氫天然氣應用到民用灶具和工業(yè)園區(qū)上，這個項目明年會建成示范，會支撐天然氣摻氫相關的應用。

介紹一下燃燒電池供能。主要是因為燃燒電池是一種將燃料的化學能直接轉化成電能，和傳統(tǒng)燃燒的方式是完全不同的，是未來分布式供能領域發(fā)展的方向之一。它的主要優(yōu)勢包括4個方面，一個是發(fā)展效率高，污染物排放低，振動和噪音比較低，靈活可靠，可以模塊化的組裝。從效率上目前天然氣發(fā)電效率最高的技術是由燃料電池保持的，可以達到65%的發(fā)電效率，一方天然氣發(fā)6.5度的電，對于高效利用天然氣資源非常的關鍵。

第二方面，物產物排放比較低，不需要直接燃燒，排放達到1毫克之下的排放。在前期脫硫可以直接在燃燒前把硫化物進行脫除。一方面是因為高效，二氧化碳的排放降低了，產物里面只有二氧化碳和水，二氧化碳可以進行低成本的捕及。振動和噪聲方面達到45分貝一下，大家可以看到右邊的圖把燃燒電池放在陽臺，不會對用戶的應用產生影響，在靈活可靠方面燃燒電池可以實現(xiàn)模塊化的結構組裝，通過串并聯(lián)滿足用戶普通的需要，而且是電化學的反應，響應速度是比較快的。

全球大力發(fā)展燃料電池在固定式發(fā)電這個市場的應用，2021年累計出貨量達到350兆瓦，目前采用的是質子交換膜等出貨的類型。我們國家是高度重視燃燒電池在分布式能源領域的應用，在氫能的中長期規(guī)劃，以及能源技術創(chuàng)新“十四五”規(guī)劃中明確開展質子交換膜不同燃料電池在備用電源，分布式能源，熱電聯(lián)產領域的應用和示范。我們國家已經開展發(fā)電系統(tǒng)相關的標準，包括系統(tǒng)工程，性能，安裝準則，特別是我們在燃氣三聯(lián)供有相關的標準規(guī)范作為重要的指導，我們也參與了標準規(guī)范制定的工作。

從未來的發(fā)展趨勢看，國際上燃料以天然氣為主，我們國內以應用示范為主。未來發(fā)展方向還是利用天然氣管網的基礎設施，實現(xiàn)燃料的供應。在未來的發(fā)展空間里面我們從利用好已有的復產氫和天然氣，也可以是摻氫天然氣的應用，最后到未來多元化燃料的供應，燃燒電池都可以發(fā)揮它重要的作用。根據我們國家對于應用的特點來看，在我們國家里面在燃料電池熱電聯(lián)產是未來發(fā)展的重要方向，區(qū)別日本在小型家用的特色，我們國家在數(shù)據中心，社區(qū)，醫(yī)院熱電聯(lián)供的系統(tǒng)，是燃燒電池會有所突破的市場。

另外基于燃燒電池綜合能源的系統(tǒng)，因為燃燒電池本身有清潔、高效、靈活的特色，可以和我們目前可再生能源，包括光伏，熱泵以及未來碳捕集技術的聯(lián)用使得整個能源供給更加的清潔，我們也可以實現(xiàn)電熱冷不同形式的梯級利用，更好滿足客戶對于能量的需求。靈活方面，和我們一些內燃機，燃氣輪機進行聯(lián)合應用，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，把我們終端分布式能源的綜合利用效率進一步的提升。

最后做一個總結。總體來看，氫能是未來能源體系重要的組成部分，目前屬于商業(yè)化的快速增長階段，將近30多個國家把氫能作為國家的戰(zhàn)略，我們國家今年發(fā)布了氫能的中長期規(guī)劃，納入了我們國家能源戰(zhàn)略。國內氫能產業(yè)鏈也是初步的形成了，開始進入了商業(yè)化的導入階段，在分布式發(fā)電，天然氣摻氫領域已經開展了一些自己的應用示范。

未來摻氫天然氣是我們實現(xiàn)氫進萬家的重要途徑，在終端和管道方面摻氫10%-20%比例完全是可行的，從燃燒電池來說，作為更高效，更清潔的動力機來看，也是未來分布式供能技術發(fā)展的必然趨勢，特別是面向我們國家的應用，在社區(qū)、醫(yī)院、數(shù)據中心這樣的百千瓦-兆瓦級的應用，燃燒電池會逐步發(fā)揮自己的經濟優(yōu)勢。

我們國家氫能產業(yè)的發(fā)展需要結合我們國家的實際青年，因地制宜的發(fā)展氫能，推動氫能安全、經濟、可持續(xù)的發(fā)展。氫能就像冬奧會火炬一樣，薪火相傳，生生不息，星星之火可以燎原，氫進萬家未來可期。

謝謝大家，特別感謝國家能源局等對我們工作大力的支持，感謝主辦方中國能源研究會的邀請，謝謝。