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闻香安亭探氢能系列报道4
“水乳交融”做电池
上海市嘉定氢能港调查报告之三
关祥荣

上海傲盈能源科技有限公司厂房外立面效果图。


氢燃料电池系统核心组件电堆示意图。


氢气作为自然界最轻的气体,素来爱“钻空子”,氢气球正是充分利用这一点,满足了人们空中观光的需求,可除了在天空驰骋,氢气还在石油、化工、新能源等领域有诸多应用。

储量多、可再生、无污染……对于氢气的利用,自然如韩信点兵——多多益善。于是,人类不禁设想:能否将这种“看不见、抓不着却感受得到”的东西变成“握在手、装在身随时能用”的东西?

目前,还真有这种法子——把氢气做成能源载体,用于燃料电池。

如何将氢气的“花”,采成能源的“蜜”,这便是上海傲盈能源科技有限公司(以下简称“傲盈科技”)久久为功的事。

为了“吃饱”,索性另做一块“蛋糕”

傲盈科技何以横空出世?

一说起这个,该公司项目总监周锋瞬时就打开了话匣子:“傲盈科技成立于2018年,当时我和创业的小伙伴看到国家正大力倡导降碳减排,觉得绿色能源在未来必然大有可为。”

绿色能源后宫“佳丽”三千,缘何大家独宠氢能一“人”?

“我们仔细研究了整个新能源发展路径后认为,太阳能、风能等清洁能源虽有万般好,但唯有一点不好——得看老天爷脸色吃饭,电力输出在不同时间上存在巨大的差异,新能源电力越来越高的渗透率给电网的稳定性带来了越来越大的挑战,不过这也给储能带来了极大的发展机遇。”周锋说。

周锋接着补充道,在储能领域存在着多种新储能技术方案,目前绝大多数项目还是使用电化学类锂电储能,随着各地新能源项目的开发,锂电储能方案在展现其优势的同时,也暴露出低温损耗大、无法满足北方冬天热电联供、不适用于长时间尺度调峰、电池后期处理环境危害大等缺点,特别是近年来屡次报道锂电配储项目电池爆炸事件,更加重了业主对其运行安全性的忧虑。针对储能项目中锂电储能方案存在的这些痛点,氢能储能调峰电站作为火电调峰的最佳替代,正好可以完美解决以上难题。

傲盈科技基于对新能源发展的深入剖析和在氢能产业的潜心研发,认为氢能调峰电站一定会在不久的未来成为新能源发展储能技术方案的最佳解决方案之一,而且这个未来正朝我们快步走来,这也正是傲盈科技选择氢燃料电池产业作为公司未来发展方向的原因所在。

基于公司核心团队在汽车燃料电池研发和制造方面的技术积累,公司成立之初就倾力攻关汽车领域氢燃料电池中的最核心部件——膜电极。

但此眼界并非傲盈科技一家企业独有,当时在上海发展氢能的公司如过江之鲫,大家都觉得氢能发展前景广阔,纷纷加大科研投入。

可等工厂、生产线真正建起来时,一个避不开的行业困境浮出水面——即便是2022年一整年,全国氢燃料电池汽车也不到5000辆。

蛋糕只有这么大,大家都想吃,那注定多数人会吃不饱,甚至很多人就压根没得吃。

万事俱备,没有订单,傲盈科技当时就处在这样一个“求不应供”的挨饿期。

人员闲置、企业亏损、财政困境……

“公司到底要如何发展?”一系列现实摆在面前,让傲盈科技领导层不得不重新审视公司的发展方向。这期间,傲盈科技跟嘉定氢能港各同行针对氢能在能源端储能调峰的应用发展进行了积极探讨交流,大家踏遍大江南北,来到各个地区的新能源项目现场寻找新的发展机遇。

通过深入的项目调研和行业分析,该公司认为,氢能发电将成为“源网荷储”一体化项目中最佳的技术路线之一。结合傲盈科技既有的技术储备优势,公司管理层在2021年正式决定转型往能源侧氢储能发电方向发展。

两年来,该公司已在氢能储能发电装置核心部件膜电极、电堆及发电系统整体集成等方面均有了新一代解决方案。

2023年初,傲盈科技再次前往克拉玛依、包头等三北地区实地走访,周锋欣喜地发现,这些地方随着“源网荷储”一体化项目的快速推进,兆瓦级到十兆瓦级氢燃料发电站系统级别的开发成为整个项目中的核心环节,这些项目的落地实施,将成为氢能发电在新能源领域大规模储能应用的最佳示范,也将成为氢能产业链整体协同降本增效的最佳实践,将为氢能发展开辟出广阔的空间。

“打造兆瓦级的发电单元供发电站使用,其市场无疑更具开拓性和潜力,这对实现‘双碳’目标,构建零碳产业链闭环同样至关重要。”该公司技术顾问莫景科说。

为了“吃饱饭”,傲盈科技选择悬崖勒马,另做一块“蛋糕”:将氢能的发展方向转到能源端的应用上来。

何以服众?关键是要掌握核心技术

5月25日,克拉玛依市在加快氢能产业方面迈出了关键性的一步——与上海市嘉定区安亭镇的9家企业签订了10个项目合作协议。其中,就包括与傲盈科技签订的“氢燃料电池发电系统电堆的组装生产和测试”项目。

走这条路的企业虽少,但也不是没有。那傲盈科技是靠什么征服克拉玛依,从众多氢能企业中抢下订单的呢?

“脱颖而出的关键是要掌握核心技术。”莫景科这样回答。

氢燃料电池是发展氢能的关键一环,它能将氢气和氧气的化学能直接转换成电能。一说到氢燃料,很多人会误以为是用氢气直接代替汽油或天然气,在内燃机中燃烧产生能量,其实不然。虽名为氢燃料电池,但氢气在装置内并不会燃烧,其原理就是我们高中学的氧化还原反应,这种反应的最典型代表就是燃烧,也正是此原因,将氢气的化学能直接转换成电能的装置才会被称作氢燃料电池。

氢燃料电池是如何“温柔发电”的?

在氢燃料电池中,氢气供应到燃料电池的负极,并且负极内含有贵金属催化剂(通常为铂,也就是人们常说的白金)。在铂催化剂的作用下,氢气变得很活跃,吸收能量后,氢原子核和电子分离,失去了电子的氢原子核其实就是质子并带一个正电荷,这个质子经过质子交换膜“跑”了,跑去哪儿了呢?跑去了电池的正极,只留下带负电的电子,这就导致正负极两边电荷不平衡,一边正电荷多,一边负电荷多,换句话说,就是产生了电压。这时,如果用一根导线连接正负极,在电压的作用下,电子就会顺着导线也跑到正极,导线内有电子流动,电子的定向移动就产生了我们需要的电流,一个燃料电池也就此诞生。待电子也到达正极后,会和到达正极催化剂层的质子及氧气在催化剂的作用下发生化学反应,这时若往催化剂上方放一片常温的普通玻璃,玻璃上就会产生水雾,说明生成了无污染的水。

由于供应给阴极的氧可以从空气中获得,因此只要不断地给阳极供应氢气,给阴极供应空气,并及时把水(蒸气)带走,便可持续供电。

由此可知,燃料电池和氢气燃烧的生成物一样都是水,非常环保。但二者反应温度差别很大,氢燃料电池的反应温度只有50℃至100℃,这意味着什么呢?效率高。传统内燃机效率低的一大原因,就是它工作起来温度太高,很多能量都变成热能损失掉了,氢燃料电池反应温度低,也就不容易向周围环境散热,能量损失也就少,能量转换效率高是其“受宠”的另一大原因。

而氢燃料电池是由电堆和系统等其它部件组成的,其中电堆是氢燃料电池的“心脏”,成本约占燃料电池系统成本的65%,而膜电极又是电堆的“心头肉”,约占电堆成本的60%以上。也就是说燃料电池系统的核心是电堆,电堆的核心是膜电极,因此,提升膜电极的技术水平、制造能力和成本控制能力是实现燃料电池技术创新和市场化推广的关键所在。

而傲盈科技的看家本领就是膜电极技术。

膜电极作为燃料电池电化学反应的基本单元,像一个夹心汉堡,由质子交换膜、催化剂层、气体扩散层以及密封层边框等层层堆叠而成。

傲盈科技目前已开发出多款适用于氢储能项目的膜电极, 尤其是其为氢储能发电单元专门设计的M370膜电极,具有功率密度大、催化剂铂载量少、使用寿命长等特点,这些都意味着其具有更好的性能、更高的转化效率和更低廉的成本,完全符合氢储能发电的场景应用。

“M370膜电极是我们公司的最新产品,可满足当前氢储能电站产品的所有要求。”该公司技术总监乾秀喜说。

但傲盈科技的“野心”远不止于此——

“将来,我们希望在氢能应用领域成为一个能打造全产业链的科技公司,从膜电极到电堆,到燃料电池系统,再到发电单元,全部有所‘染指’。”周锋说。

目前,该公司针对氢储能发电站开发出了具有自主知识产权的燃料电池系统 AY0150,完成了单套系统150千瓦级电堆的研发和试制,并且其采用模块化设计的成熟技术也可实现兆瓦级氢燃料发电站的组建,具备长寿命、高可靠和良好经济性等特点,可为氢储能发电提供全站式的解决方案。

这些技术是傲盈科技傲视群雄的资本,也是克拉玛依放心将“氢燃料电池发电系统电堆的组装生产和测试”项目交给傲盈科技的原因。

双向奔赴,能为克拉玛依带来什么?

傲盈科技急需通过重要项目的证明自己的硬实力,克拉玛依则急需快速发展“一主多元”现代化产业体系中的“多元”产业,加快城市升级转型进程,此次合作可谓是双向奔赴。

有国家政策支持,此天时也;克拉玛依占据石化工业和风光新能源产业的基础优势,此地利也;双向需求,互相成就,此人和也,这次联手,可以说是天时地利人和俱备。

毫不夸张地讲,于克拉玛依而言,这次合作是城市转型升级发展的一次重大机遇。发展氢能产业,对加快克拉玛依从传统能源产业转型升级、培育发展新动能、实现高质量发展具有重大意义。

这场双向奔赴,到底能为克拉玛依带来什么质的飞跃?

“氢燃料电池发电系统电堆的组装生产和测试”项目作为“氢储能调峰电站一体化”项目中的重要一环,将为氢储能和燃料电池技术在克拉玛依率先规模化落地打下坚实基础。

氢能供应能力显著提升、氢能产业规模快速增长、氢能应用示范西部领先……

届时,克拉玛依将有效消纳弃光弃风,满足长时段、大容量储能需求,立足城市“绿氢”“绿电”“绿热”应用需求,围绕“风光制氢、石化用氢、氢电供能”产业链,实现稳定绿电输出,解决当前新能源发电并网难题,让“绿氢”成为“新石油”,让氢燃料电池系统成为“新电站”,让氢储能发电成为新能源电力配储系统中性能更佳、成本更优、环境更友好的技术解决方案,满足我们既要“吃得饱”,又要“吃得好”,还要“吃得健康”的愿景。

“到2025年,基本形成氢能‘制、储、运、加、用’的产业生态,实现产业链延伸和配套企业聚集,初步建成功能配套齐全、引领带动作用强的‘新疆氢能港’,打造全疆氢能产业示范区,形成以‘中国西部氢都’为名片的国家级氢能产业示范城市格局。”《克拉玛依市氢能产业发展行动计划(2023-2025年)》如是规划。

假以时日,属于克拉玛依的高光时刻必将如期而至。


时间:2023-08-04    来源:克拉玛依日报
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