从绿电到绿氢,氢能如何成为“桥梁”?记者实探氢器时代

随着全球对清洁能源和可持续发展理念的日益重视,氢能迎来高速发展阶段。中国氢能联盟预测,到2025年,中国氢能产业产值将达1万亿元,2026年至2035年产值将达到5万亿元。

近日,《每日经济新闻》记者实地探访了上海电气子公司上海氢器时代科技有限公司(以下简称氢器时代),了解当前氢能产业的发展状况、成本问题及下游拓展情况等。

技术研发、智能化制造、多功能测试平台、绿氢制储用一体化示范项目,全产业链智能化发展为氢能制造带来高效、绿色、多功能的产研发展路径。

氢器时代总工程师吴亮表示,新质生产力需要以创新为主导,与传统的生产力有着明显差异。今年以来,氢能的发展迎来了大利好。年初,政府工作报告首次明确提及“氢能”,将氢能视作培育新兴产业的重要方向。11月,《中华人民共和国能源法》正式通过,氢能被纳入能源管理体系。

“氢能本身是典型的新质生产力的代表,涉及新材料的研发、新结构、新设计,本身也是一种新的能源方式。”吴亮称。

氢器时代 图片来源:每经记者 程雅 摄

绿氢替代灰氢处于应用示范阶段

步入上海锅炉厂“零碳未来”装备试验及示范中心,“零碳未来”的标语映入眼帘。在氢器时代的现代化车间内,一条条机械臂在明亮的灯光下持续而高效地运作着,每一个动作都精确无误,展现出工业自动化的高效。四周的墙壁上,巨大的显示屏实时更新着生产数据和监控画面,显示着每一条生产线的运行状态。

工人们穿着统一的工作服,戴着安全帽和护目镜,在控制台前监控机械臂的工作,必要时通过触摸屏输入指令,调整生产参数。整个车间几乎不需要人工干预,只有偶尔的维护和检查工作需要工人亲自操作。

据介绍,此前极框、气体扩散层、电极、垫片等材料的组合需要人工手动搬取完成,但目前,通过机械臂就能实现自动抓取和定位。不仅定位更加精准,能够减小误差,效率也得到了很大提升,垂直度、偏移度还支持在线检测。

吴亮介绍,原本工人们主要从事体力劳动,通过机械臂代替人工后,体力劳动就变成了监督化的流程。这种自动化工作过程不仅提高了生产效率,降低了成本,还极大地减少了人为错误,保证了产品质量的一致性和可靠性。

氢能的能量密度高、储存方式简单,是大规模、长周期储能的理想选择,为可再生能源规模化消纳提供了解决方案,随着氢能利用技术逐渐成熟,氢能-热能-电能将实现灵活转化、耦合发展。

“制、储、加、用。”通常氢能产业链被分为这四个环节。吴亮介绍,氢能不属于一次能源,更多的是在风电、光伏等绿电消耗不掉时,作为一种长时、有效的储能。与传统能源相比,氢能具有绿色低碳的特性。目前下游一些重碳的行业,如化工、水泥、交通、钢铁等行业,也都会用到氢,但之前都是使用灰氢,碳排放量非常高。现在,行业使用绿氢替代灰氢,进行深度脱碳。不过,由于成本问题,目前替代率还不高,仍处于应用示范阶段。

正在高效运转的机械臂 图片来源:每经记者 程雅 摄

多环节测试 有效提升产品一致性、安全性

氢器时代的氢能研发中心是氢能各项技术系统研发、测试的主要平台,其中包括电解水技术研发中心、核心零部件研发中心、先进膜材料研发中心、电解槽综合测试及认证中心。

测试实验室内,多台精密机器设备正同步、高效地运作着,对单电池的性能进行细致测试。电解水的核心设备是电解槽,导管的阳极正在输出电解后的氧气,而阴极则在持续不断地产生氢气。这一过程不仅展示了电解水制氢的基本原理,也是对设备性能的一次全面检验。

在这些忙碌的机器边,显示屏上的数据不断刷新,仪器正实时监控并记录着氢气的纯度、电流和电压的稳定性等关键参数。这些数据对于评估电解过程的效率至关重要,通过对这些数据的精确控制和分析,研究人员能够及时调整参数,优化电解效率,提高氢气产量。研发完成后,单电池将经受数千小时的连续运行测试,确保其在长期运行中的性能稳定性和可靠性。

到了中试平台,实验室产品经过放大,将面临更加复杂和多变的工况和检测。最终,产品将在全尺寸平台上接受最后的测试,确保其在实际应用中的可靠性和耐用性。这一多环节检测流程不仅确保了产品的可靠性,而且通过在不同阶段的优化和调整,有效节约了成本,提高了研发到生产的转化效率。

“绿电先变成绿氢,绿氢再给下游进行利用,它(指氢能)是一个很好的桥梁。”吴亮表示。

运行中的单电池测试平台 图片来源:每经记者 程雅 摄

成本高昂问题难以回避

目前制氢也面临一些难题。吴亮表示,从技术角度而言,由于氢气有多种不同的制备路径,在很多环节上,尤其是在大规模技术应用的成熟度上还有待进一步提高。

此外,成本高昂是氢气制备及销售过程中难以回避的问题。吴亮介绍,气态的氢相对稳定性不足,储存和运输成本都高。灰氢与绿氢的价格差异,也往往会导致下游在进行选择时产生犹豫。而在交通领域,氢能的使用受限环节更多,需要建设完备庞大、广阔的运输和储氢网格,因此目前在实际应用上,更多的是在广袤地区点对点的重卡运输。

目前,行业主要从两个方向进一步降低成本。吴亮介绍:一方面,可以从制造环节进一步压缩成本;另一方面,需要国家提供更多政策上的支持,例如碳税。从经济型角度考虑,绿氢能转化成下游高附加值的绿色化工品,例如甲醇、绿氨等。

目前,公司在氢气制备上有哪些具体的创新和实践?吴亮表示,从技术研发和创新上,制氢过程中的核心零部件,如膜、催化剂、电极等决定了产品的性能及成本。因此,氢器时代通过自主研发,掌握了核心技术,提高了生产的性能。同时,膜、催化剂等基本都能实现国产自主研发。不过,部分材料在持久性和稳定性上仍有差距,还需要时间去积累。