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1500余位政府機構、科研院所、行業組織、電力公司、新能源項目單位、系統集成商等代表出席本次大會。

來自德國宇航中心熱動力學研究所的韓峰博士發表了題為"國際高溫燃料電池發展現狀"的精彩演講。

演講內容如下：

韓峰：

大家下午好!我是2006年開始做應用為導向的器件和相關的原型產品的開發，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。結構分四部分：SOFC技術，電池片、電堆，著重講歐洲具體的Idea和實際應用案例

我經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業價值的是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體膜，這樣它只導陽離子，不導電子，電子通過外電路給負載供電。它和其他的燃料電池一樣，將化學能直接一步轉化為電能和熱能的高效能源轉換裝置，不受卡諾效應的限制。它的發電效率可以到60%，工作的高溫效率特別高。這樣導致它在制造領域對各種工藝的要求會非常高，相對滯后的產業化主要原因之一。

能效，這樣的圖是大家經常會見到的，這里比較微燃機、燃機、柴油機、內燃機、蒸汽輪機等等。我們可以看到實現最高的氣電轉化效率是SOC帶給我們的，還外加20%-30%的熱能，有些產品會調響應的比例，有些電效率故意調低到30%，針對家庭把熱值調上去，針對歐洲家庭對大量熱水使用和取暖要求來設計工作條件。徐總講PG2，歐洲非常看重這個發展方向，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，尤其電氣轉化效率還有實例。它的電氣轉化效率明顯高于PEM和低溫通過電轉化為燃氣的效率。隨著電轉燃氣和電轉化工產品的應用過程當中，燃料電池往低溫發展，往低溫發展的時候，我們希望它像PEM一樣，導質子。作為PEMFC，電解質里面所導的載流子是質子，高溫固體燃料電池導氧離子，為了讓它實現更高的燃料利用率，現在很多組也把精力轉到400-600度溫度段的質子導體燃料電池，或者相應的電解電池。它有非常大的優勢，溫度可以降下去，再就是做燃料電池的時候，它跟傳統的高溫固體燃料電池相比，它在燃料極不會對燃料進行稀釋，大大提高燃料利用率，反應的時候也是大大提高產氣率，還可以直接把燃料電池升級為化工的反應器，生產化工產品，可以做合成氨，還可以做質子導體膜做氫氣的分離，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計，這里只講兩種比較典型的設計，管狀和平板狀，德國所有的研發單位和公司都會采用這種平板狀的設計或者是電解質支撐，一般電解質厚度是100微米，為了提高功率密度，有些會地方喜歡用陽極支撐，把電解質的膜降一個數量級，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于移動和航空的應用，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，它一般長時間數千小時承受700度-750度的工作溫度，但是有很好的機械性能和快速啟動的性能。管狀在德國基本不采用的，以前西門子曾經采用，因為成本特別高，基本上現在在歐洲沒有人用這種方式。材料組成方式基本是陶瓷機，燃料極，這是anode，氧化鎳和氧化鋯的混合體，電解質非常經典的易穩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展的產業，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，當電流密度755度達到2W每平方厘米的時候，那時候受到傳統制造工藝的限制，所以我們把薄膜降到1微米，達到了接近4個持續翻倍的功率密度，電磁片層面能做的工作不是特別多，回歸制造業最重要的還是電堆，板狀的電堆設計是兩種，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，好處是設計非常簡單，而且這種板可以循環利用。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，一般重復加工使用20次。可以打幅度降低成本。有些企業特別傾向于沖壓板的設置，1毫米左右的厚度，機械強度非常差，通過多種板堆積，一個重復單元有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。每個可重復單元總共的厚度應該不超過4毫米。

這是市場上更關注的，講電池片、講電堆，對用戶各應用企業沒有太大意義，大家關心的是如何得到直接的應用。電池片到電堆到系統，到系統分兩類，固定式和移動式。固定式根據功率不同，1-3KW就是熱電聯產，歐洲的家庭供熱水，部分的電力提供都是這個規模的。0.5-2KW，是做備用電源或者離網發電。3-5KW，是用天然氣管道上有實際應用案例。再大一點是小區的使用，不間斷電源，MW就是工業級別的應用。它還會跟燃氣轉燃油、化工產品結合。移動應用領域，基本上就是房車開到房屋人煙的地方，沒有電，有電吹風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，這個領域，我認為SOC的小功率的移動應用機會并不是特別大。船用和APU領域，它會有不少的市場，在汽車應用領域也比較好，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用，雖然SOC最早提出來很多人是在航空領域，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勢大家反復講。大家看這個圖，用傳統的發電，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它的發電效率可以輕松達到55%和60%，加上20%-30%的熱效率，90%的燃料轉化率和熱效率是很常見的，非常高效。

幾個典型的應用(見PPT)。這種百千W級別、準MW級別的工業應用，歐洲去年一個論壇上公布微軟和一個公司合作，做這種計算機的電源，下面就是它的計算機，上面是配的SOC不間斷供電系統。再就是沃爾瑪這種超市的應用。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，在意大利南部，是通過污水處理廠的瘀泥進行生物燃氣制造，燃氣經過脫硫，供到燃油電池系統中去，實現非常好的運行。功率輸出的模塊大概是50KW，熱輸出功率30KW，總效率大于80%。，使用生物燃氣。現在一期應用非常成功，所以二期至少要擴展200-250KW。

做一個簡單的比較，和傳統的燃機相比，這是他們的電功率的比較，83.5%、53%。熱效率幾乎相當。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，是干凈環保的高效轉化裝置。

在運輸行業它是很有潛力的，氫因為物流的問題，它受到推廣的限制。SOC并不受這種限制，它特別大的優點是多種燃料的適用性，有氫可以用，有生物燃氣可以用，傳統的柴油，柴油進行重整，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，因為在歐洲星期六、星期天，卡車不準在公路上開，很多跑長途的司機，要把卡車停在休息站度過周末，他可以不用開柴油機，用這個來提供發動機不開的情況下滿足需求。這里是專用的無人機，這個無人機采用管狀的SOC，進行重整，實現長時間的續航。這是鋰電池無人機無法達到的，即使是PEM無人機，它使用的氫能量有限，也沒有辦法達到續航里程。空客，一直考慮在它的大型客機上使用，每個大型飛機的燃氣就像地面的燃氣電站一樣，如果用在空客380這種飛機上，可以實現好的燃料電池循環，飛機上用的熱水、冷氣或者暖氣，包括飛機在到機場著陸之后回到停機坪，可以直接關掉引擎，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，現在飛機上的應用，他們的鋰電是不能用，即便飛機不墜毀，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，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航里程達到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。而且現在濰柴介入這個行業，不只是濰柴，濰柴的標的，后面還是跟著本田和尼桑，他們還是一起搞的。國內最先聽到電轉燃氣，只是聽到Power To X，包括現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，現在裝機容量非常低，需要新建一個。如果我們使用燃氣管道或者沿用傳統的燃氣儲氣設施，不需要重建。以德國為例，當烏克蘭危機的時候，如果德國停用烏克蘭氣，德國自己的儲氣設施大約可以供它一年，不需要進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行儲能。

再就是容量的問題，現在市場上，包括我們在德國采購的MW和十幾MW級的儲能系統，大部分都是用在德國的一次調頻市場上，基本上現在德國的裝機容量大概在200MW上下，可能還會再裝100-200MW的樣子。調頻市場，德國整個電網的調頻市場規模大概是600MW，加上荷蘭，聯網之后，荷蘭、比利時連在一起，大概1200MW的樣子。以德國為例，600MW裝機200MW，還要再裝200，調頻史上還有抽水蓄能和其他的。這個應用領域將來是不是能保證很好的收益率很難講的事。往儲能領域來講，我記得我見過最早的應用是百MW級別英國和三星做的，作為電池儲能規模已經非常大，一個項目100MW，它會非常貴。

還有一個非常現實的問題，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態燃料，你可以夏天光伏多的時候或者風電多的時候，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，或者沒有那么嚴峻。

電解槽，現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結合，同時我們也做很多工作，按不同的比例攙進去高溫的蒸汽和二氧化碳，獲取現在所謂煤炭行業或煤化工行業的一氧化碳和氫氣的混合氣體，它是非常干凈的，實現水蒸氣，會為很多傳統的工業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，在電解過程當中是一個吸熱的過程，熱能還是非常有利的，大大提高轉化效率，尤其在很多工業應用領域，比如奔馳工廠有很多的熱能，這個可以用到里面來。

電氣轉化效率很高。一會兒再舉工業實際產品的例子，電氣轉化效率已經到80%，如果熱能提供足夠優化，完全可以提高到電轉化效率接近100%。如果熱能足夠優化以后，可以完全提高到轉化效率提高到100%，1標準立方米氫氣有3KWH的熱值，我們如果SOEC輸進3000W的電，同時配合適當的熱能，電轉熱氣可以做到100%的轉化，3度電變成1標準立方米氫氣。算綜合熱能，把熱能搭進去，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度生產單標準立方米氫氣的設備，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。

系統壽命，現在AEC非常成熟。堿熱電解槽通常的系統使用壽命在20、30年，8-10年一次大修，成本也是最低的。SOEC如果設備做得好，它的壽命現在我覺得做到1萬小時是可以實現的，像PEMFC面臨暢銷使用的問題，PEMFC有好處，對電網的大幅度波動有很好的優勢，但是它有很致命的劣勢，其中一點是現在壽命達不到，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，大規模使用的時候面臨催化劑的獲取問題。當然科學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，現在沒有很高效的。

這是我們現在運行的項目，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，還可以結合人造太陽的供應，外圍提供相應的熱能，我們進行高溫電氣電解，提供反應氣體，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，把德國人在二戰時期非常擅長的費托合成做成微反應器。它是生產清潔的合成材料，大家看到這個微微發黃，因為含硫和雜質的原因，它是傳統的石油冶煉的柴油，左邊清水一樣的，看上去不含硫和雜質的合成柴油。在德國工業界，2013年已經實現示范裝置，每天產一桶油左右。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，它對環境造成的壓力也會非常小的。化工領域有很多成熟工藝，可以做合成燃氣和業態燃料、DME或者化工產品，塑料、乙烯，都可以通過它做。目前全球化工領域消耗大量氫做合成氨，如果和氮氣做反應，可以做清潔的合成氨反應過程，而且是比較高附加值的產品。

德國會做很多的生物燃氣，它原氣含有大比例的二氧化碳，這時候熱值低，不能加入天然氣管道，甲醇和二氧化碳的混合氣體中，加入適當的水蒸氣和高溫電解過程，EI是電解過程，通過化學和電化學反應，把反應器盡最大比例合成甲烷。當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。我覺得做工業應用，很多時候要講系統集成要提高綜合效率，而德國有這種優勢，系統集成能力和工業基礎。這種情況下，100%的輸入生物燃氣的粗氣，大概有80%的能量都能轉化為合成甲烷，剩下還有熱值，這種熱值通到社區的供暖系統和社區的游泳池，都可以充分利用起來。再就是很有特點的應用，去年在美國市場投放一個設備，100KW的樣子，作為氣體供應商的設備，平時把二氧化碳作為原料存儲，根據客戶的需求，現場進行制取高純一氧化碳，這個模塊可以彈性的生產高純一氧化碳用于工業用途，大概的產量是集裝箱模塊是100-200標準立方米，一氧化碳的產能上。加氫站，SOEC也是可以做加氫站。它通過高溫電解來產生高壓、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。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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(本文根據現場錄音整理，未經本人審核)