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中石油成功开发首套千瓦级SOFC热电联供系统;热电联供会是SOFC商业化探索发力点?

2023-08-08 来源:全球氢能、炼化科技动态 浏览数:215

近日,中国石油石油化工研究院(以下简称“石化院”)成功开发中国石油首套千瓦级固体氧化物燃料电池(SOFC)热电联供系统,实现发电效率≥40%、蒸汽效率≥25%、热电综合效率≥80%,目前该系统开车成功并已稳定运行超过1000小时。这也是国内首套高效发电、联产蒸汽并实现长周期平稳运行的SOFC热电联供系统。

  近日,中国石油石油化工研究院(以下简称“石化院”)成功开发中国石油首套千瓦级固体氧化物燃料电池(SOFC)热电联供系统,实现发电效率≥40%、蒸汽效率≥25%、热电综合效率≥80%,目前该系统开车成功并已稳定运行超过1000小时。这也是国内首套高效发电、联产蒸汽并实现长周期平稳运行的SOFC热电联供系统。
 
 
图源炼化科技动态
 
固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种直接将燃料化学能转换为电能的能量转换装置,不受卡诺循环的限制,能量转化效率高,而且具备燃料适应性广、清洁 无污染、全固态结构、不使用贵金属催化剂等优点。
 
 
图源炼化科技动态
 
SOFC技术在分布式热电联产、特定场景离网供电和炼化减碳等多场景下与中国石油业务均有良好的协同,例如在炼化减碳方面,可利用副产氢、催化干气、加氢干气等炼厂氢烃资源高效发电并联产高温蒸汽,从而提高炼化企业电气化率、降低用能碳排放强度。按照“十四五”规划布局,石化院将其列为氢能领域重要研发应用方向,旨在发挥好它与氢、电、热等异质能源之间的互联互通作用,支撑集团公司绿色低碳发展。
 
此外,SOFC系统是电堆、重整器、燃烧器和换热器等关键部件的高效集成,系统集成水平高低是决定能否发挥其高效率优势的关键。在国外技术封锁,国内产业链尚不完整的情况下,石化院SOFC团队立足中国石油绿色转型重大需求,勇于担当、凝心聚力攻关技术。
 
据报道,近日,石化院在集团公司科技部项目支持下成功开发出质子交换膜(PEM)电解水制氢催化剂制备技术,并完成PEM电解水制氢催化剂批量化生产,实现了核心技术自主可控。[相关阅读:中国石油石化院PEM电解水制氢催化剂实现量产]
 
中国石油石化研究院是中国石油天然气股份有限公司直属研究院,下设9个研究机构,并对兰州、大庆、吉林和辽阳4个化工研究中心实行业务领导集中承担中国石油炼油化工技术研发任务。
 
此番,石化院完成可灵活处理多种燃料的联产蒸汽SOFC热电联供系统高效集成及平稳运行,攻克SOFC系统高温尾气余热利用等技术难题,高质量完成系统设计集成、安装调试、优化运行等各项任务,实现了千瓦级SOFC联产蒸汽热电联供系统的成功试车。
 
热电联供成为当前SOFC商业化探索的重要发力点
 
SOFC是一种先进的燃料电池技术,具有发电效率高、燃料来源广(可使用氢气、天然气、沼气、生物质气、炼厂尾气、工业驰放气等燃料)、不使用贵金属等特有优势,是我国实现“双碳”目标的重要技术路线之一。
 
中国工程院院刊《Engineering》刊文指出,我国要构建“清洁、低碳、安全、高效”的现代能源体系,必须依托新型能源技术的突破,氢能是未来最重要的能源载体,而可以实现氢能和现有化石燃料清洁高效利用的SOFC,与我国现有能源供应系统兼容,必将担负起非常重要的历史使命。大力发展可以采用多种燃料的SOFC将助推我国供给侧能源改革,推动能源技术革命,为实现碳达峰、碳中和目标奠定技术基础。[相关阅读:【干货】我国固体氧化物燃料电池产业发展战略研究]
 
 
BE公司固体氧化物燃料电池发电系统,图源《Engineering》
 
国际市场研究机构Markets and Markets预计全球SOFC市场规模将从2020年的7.72亿美元增长至2025年的28.81亿美元,复合年增长率为30.1%。
 
SOFC有着研发周期长、成本高、风险高等特点,我国关于SOFC的研究最早始于1970年代,在国家科技部、国家发改委、中科院等的资助支持下,多家高校和机构展开了对SOFC关键材料和制备工艺的探索和研究工作。经过多年的攻克,对SOFC技术的研究已有了较大进展。当前,国内企业也开始着眼于SOFC产业,进行相关布局,部分企业已经取得进展。
 
2023年,国内SOFC产品技术研发、示范应用项目处于推进当中,SOFC热电联供商业化探索开启,具体动态如下所示。
 
 
2023年国内SOFC商业化探索,图源全球氢能
 
由于SOFC发电的排气温度很高,具有较高利用价值,不仅可提供天然气体重整所需热量,而且可以用来生产蒸汽,更可以和燃气轮机组成联合循环,因此在大型集中供电、中型分电、小型家用热电联供等民用领域作为固定电站,以及作为船舶动力电源、交通车辆动力电源等移动电源,具有广阔的应用前景。
 
近几年,SOFC发电技术相继进入了国家发改委发布的“能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)”、工信部发布的“中国制造2025—能源装备实施方案”和科技部发布的国家重点研发计划的支持范围。
 
从2023年的发展态势来看,热能、电能双重应用的热电联供成为当前SOFC商业化探索的重要发力点。
 
在国家能源转型的背景下,燃料电池热电联供凭借其能源高效利用、清洁环保的属性,迎来了发展的“曙光”。SOFC相较质子交换膜燃料电池(PEMFC),有着不使用贵金属、燃料选择性多、可以输出高品质的热能等优秀特质,非常适配热电联供的发展需求,因此成为SOFC商业化初期探索的重要突破口。
 
伴随国内外企业逐步推进示范应用与商业化尝试,SOFC技术展现出广阔的市场前景,在分布式能源(数据中心、医院、酒店等)、船舶电源、沼气垃圾填埋气等可再生能源利用以及煤制气发电等多种场景,都将展现出技术优势。
 
未来随着SOFC产品不断推广应用,不仅能够带动相关产业的增长,促进SOFC系统及其部件的成本进一步降低,同时也将为整个SOFC产业带来双重增效的良性循环,形成千亿规模的产业,为实现“能源安全”和“碳达峰碳中和”目标的实现提供新思路。
 

【延伸阅读】

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