氢内燃机在电力系统演化中发挥重要的角色

咸宁新闻网讯，氢内燃机发电机组的应用在嵌入电力系统转型的“动态多维协同演化”框架:其作为“多能枢纽”的功能定位,依托复杂系统模型优化决策逻辑,最终通过“技术-制度-市场”协同实现从“边缘创新”到“主流范式”的跃迁;是破解当前能源转型僵局的有效实践方案。

国内内燃机市场中潍柴、玉柴、一汽、东风分别陆续推出基于内燃机燃烧技术的氢内燃机,同时也注意到在资本市场上氢内燃机投资逐步开始活跃, 顺为资本投资的氢成绿动致力于氢内燃机发电机组应用,以及沧州产业母基金投资的氢燃科技致力于氢内燃机商用车应用。

氢成绿动的创始人张希认为:氢内燃机在电力系统演化中的角色。

张希评述说:氢内燃机作为“多能互补、动态平衡的复杂网络”下的可逆能源节点,在“电-氢-电”、“电-氢-化工“场景下,建立复杂适应系统(CAS)模型,通过政策工具(碳交易、副产氢配额)激活多主体(园区、电网、设备商)协同,推动氢内燃机从“边缘创新”向“主流范式”跃迁。

• 模块化氢内燃机群控系统(单机功率100-500kW),适配园区级微电网的异构负载需求。

• 建立副产氢配额交易机制:允许化工企业将富余氢气以碳配额形式出售给发电企业,激活 “资源-资本转换通道”。

• 制定差异化补贴政策:对氢内燃机参与调频辅助服务给予0.15元/kWh溢价,加速 “市场-政策协同反馈环”形成。

  
  

氢内燃机发电机组无论在分布式发电应用中、还是在集中制备输供上,具有较大优势,可以满足电力系统对灵活调节资源的需求:

根据“系统熵增最小化”原则,氢内燃机的布局应优先选择:

• 根据“系统熵增最小化”原则,氢内燃机的布局在高熵场景:风光渗透率>30%的离网型化工园区(需稳定备用电源),替代柴油机组可降低系统无序度(熵值)约40%。

• 灵活调节性:通过快速启停(响应时间<5秒)填补风光发电的波动性缺口,符合 “系统弹性阈值”模型对灵活性资源的要求。

• 多能耦合性:余热回收(综合效率>85%)与冷热电联供能力,是“能量梯级利用网络”架构的良好选择。

  
  

技术经济边界,氢内燃机的经济性满足:

• 燃料成本阈值:副产氢价格<15元/kg时(当前氯碱厂副产氢成本约8-12元/kg),其度电成本可降至0.6-0.8元/kWh,低于柴油发电(1.2-1.5元/kWh)。

• 政策兼容性:需匹配《氢能产业发展规划》中“工业副产氢优先利用”条款,避免与燃料电池的高纯度氢需求形成资源竞争。

  
  

光伏、风电、氢能等低碳技术的成本下降遵循“学习率法则”(装机量翻倍成本降20%)。2030年前聚焦技术研发与示范(如绿氢成本从30元/kg降至15元/kg),为后期规模化推广奠定基础。

“氢内燃机的成本下降遵循“‘学习率-规模效应’双轮驱动规律。当装机规模突破1 GW时,单位成本可下降30%;若叠加绿氢价格降至20元/kg,其度电成本将具备与天然气发电的全面竞争力。”

据悉,氢成绿动新能源公司氢内燃机发电机组将于2025年5月投入运营,其小批量供应也将于2025年-2026年投入市场运营；这意味着在氢能利用的赛道上，氢内燃机与氢燃气轮机共同补足了0-100MW的自主品牌用氢功率全覆盖。

可以看到,2024年我国内燃机行业迎来关键的发展节点,不仅夯实了传统内燃机的优势根基,还在新能源融合、绿色减排诸多赛道全力冲刺,彰显出向高端化、智能化、清洁化转型的蓬勃动力。

2024年临近收官,国内氢能产业热度不减,反而提速快跑,车端氢气发动机频频“点火”,为这条备受瞩目的赛道注入强劲新动力,氢内燃机更是掀起一波发展热潮,逐渐站稳继纯电动、氢燃料电池后的“第三条技术路线”之位。

张希还表示,从不同国家/地区的碳达峰至中和年限看,欧盟60年(1990-2050)、美国43年(2007-2050)、中国30年(2030-2060); 中国“3060”双碳目标(2030年碳达峰、2060年碳中和)的“先慢后快”战略思路,随着2030年的临近,以技术-制度-市场的结合加深,我们相信以“边缘创新”到“主流范式”的发展,氢内燃机的已有成熟产业链、成本及性能优势,能迅速迎来较大的商业爆发。

在对比燃料电池发电领域中,氢成绿动很有信心的表示:氢内燃机用于发电领域的综合能源利用率更高;

氢内燃机通过余热回收(供热/制冷),将系统综合效率提升至80%-90%,而氢燃料电池仅利用电能(效率50%-60%)。

- 氢内燃机发电效率40%,余热回收供热效率45%,综合EROI达12.5(总能源产出/总投入)。 氢内燃机可适配**工业副产氢(灰氢/蓝氢)**,制氢能耗低(无需高纯度电解),边际EROI提升显著。

- 氢燃料电池发电效率55%,无余热利用,综合EROI仅8.2。氢燃料电池依赖高纯度绿氢(电解能耗4.5-5.5 kWh/Nm³),制氢环节占全生命周期能源投入的60%以上,显著拉低EROI。

在设备耐久性与维护成本方面,氢内燃机优势明显:

- 氢内燃机技术成熟(源自传统内燃机改进),寿命达8万小时,维护成本为燃料电池的50%-70%。

- 燃料电池催化剂(铂)衰减快,每2-3年需更换,且贵金属回收能耗高。

技术迭代潜力,氢内燃机依然有大幅上升空间:

- 氢内燃机通过预燃室分层燃烧、耐氢脆材料(如陶瓷涂层活塞)等改进,未来热效率可突破50%,综合EROI有望达15-18。

- 燃料电池依赖质子交换膜(PEM)技术突破,短期内效率提升空间有限(目标65%-70%)

氢内燃机热电联供系统因综合能效高、氢气适配性强、设备寿命长等优势,当前全生命周期EROI显著高于氢燃料电池发电系统;所以氢成绿动在商业行为中,首先推出氢内燃机发电热电联供系统。

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