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燃料電池產業化:加氫基礎設施尚不足,氫瓶制約氫氣儲運

作者:中國儲能網新聞中心 來源:澎湃新聞 發布時間:2019-06-29 瀏覽:
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中國儲能網訊:2019年,我國第一次將氫能納入《政府工作報告》,提出“推進充電、加氫等設施建設”。地方政府和企業探索氫能產業發展,形成以北上廣為中心的京津冀、長三角、珠三角等主要氫能產業集群。

盡管我國氫源豐富、新能源汽車產業發展基礎良好,但在制氫、運氫、儲氫和加氫方面,氫燃料電池產業仍面臨基礎設施不足、技術瓶頸、政策法規不完善等問題。

中國氫能聯盟專家委員會主任、同濟大學校長助理余卓平日前在廣州舉辦的“2019全球新能源汽車領袖峰會——新能源汽車動力變革論壇”上表示,上游氫能供應鏈與下游氫能應用產業配套規劃不同步,缺乏明確規范的加氫站建設審批流程,加氫成為燃料電池汽車發展的最大瓶頸。另一方面,在制氫上,目前法規要求制氫廠需位于化工區,導致運輸成本限制了制氫加氫合建站的發展。

中科院院士、清華大學學術委員會副主任歐陽明高曾認為,氫能現在遇到的挑戰是氫的儲運,包括車載儲存和車下的儲運,需要找到一個經濟、高效、可行的儲運模式。

目前車載儲運主流技術是國外從燃料電池轎車發展中優選出來的高壓氣氫,也就是70兆帕四型高壓儲氫瓶。但中國尚無這方面的成熟產品和相關標準法規。“從標準來看,我國只允許使用三型瓶,大部分燃料電池車用的是35兆帕儲氫瓶,續航里程大打折扣。”余卓平表示。

運氫上,北京低碳清潔能源研究院新能源中心助理主任何廣利在論壇上介紹,國外的長罐車允許使用三型瓶、四型瓶運氫,壓力可達55兆帕,但國內只可用20兆帕的一型瓶。壓力越低,氫的運輸量越小,運輸往返次數就越多,運輸成本增加。

氫能:可供熱、發電、用作交通燃料的“零碳排放”燃料

氫具有擴散速度快、易燃等特點,單位質量的氫完全燃燒時所放出的熱量高居各種燃料之首,為液化石油天然氣的2.5倍,汽油的3倍。氫能可供熱、發電,用作交通燃料。

相比于碳排放壓力大,電力不靈活,可再生能源存在棄風、棄光現象,氫是真正的“零碳排放”燃料,氫氣和氧氣反應最終只生成水。它是電、熱、氣之間轉換的媒介,用可再生能源電解水制氫還可實現能源消納與存儲。

中國氫能聯盟專家委員會主任、同濟大學校長助理余卓平介紹,中國是第一產氫大國,目前有2500萬噸氫氣,工業副產制氫、化石燃料制氫、棄風棄光棄水電解水制氫等多種制氫方式在我國都存在。其中,煤制氫的成本目前最低,未來棄風棄光電解水制氫達到一定規模后,可實現一公斤氫氣40元,這與目前油車用油價格相當。

去年10月發布的《中國氫能源及燃料電池產業發展研究報告》顯示,到2050年,氫能在中國終端能源體系中將至少達到10%。在交通領域里,保守估計到2050年,氫燃料電池汽車將覆蓋15%的乘用車和50%的商用車。

余卓平認為,煤炭帶動了蒸汽機的發展,石油帶動了內燃機的發展,氫能一定會帶動燃料電池產業的發展。

氫燃料電池是氫與氧發生化學反應而非燃燒,將化學能轉換成電能的裝置,最終產物只有水。中科院大連化學物理研究所研究員、中國工程院院士衣寶廉曾提到,氫燃料電池車和普通燃油車的結構非常相似,只是把燃油車的油箱換為儲氫罐,把燃油車的內燃機換為燃料電池的電動機。

可以把氫燃料電池車看作是自帶氫燃料發電機的電動車,但與電動車充電不同,氫燃料電池車的加氫過程與燃油車的加油過程相似,加一次氫一般需3-5分鐘。

加氫基礎設施不足,缺乏明確規范的加氫站建設審批流程

從全球來看,日本氫燃料電池產業發展走在前列。1993年,日本啟動了以氫能為核心的世界能源網項目,是最早系統指定氫能發展規劃的國家。21世紀初,日本政府將氫能與燃料電池產業作為國家戰略重點規劃,在應用領域、基礎設施、技術研發、應用終端財政補貼、民眾教育、標準法規等領域布局。

歐美國家也跟上步伐,歐盟加氫站基礎設施建設目前進入高潮期,美國燃料電池分布式能源、燃料電池叉車等領域的商業化應用處于全球領先。

在中國,2014年,國務院辦公廳印發《能源發展戰略行動計劃(2014-2020年)》,將氫能與燃料電池列入“20個重點創新方向之一”。2018年5月,國務院參觀了位于日本北海道的豐田汽車工廠,并考察了氫燃料電池車Mirai。今年我國第一次將氫能納入《政府工作報告》,提出“推進充電、加氫等設施建設”。

盡管我國氫源豐富、新能源汽車產業發展基礎良好,但由于起步晚,在制氫、運氫、儲氫和加氫方面,氫燃料電池產業仍面臨基礎設施不足、技術瓶頸、政策法規不完善等問題。

“第一大難題就是基礎設施不完整,很少有加氫站,現在建站標準法規不健全,沒有批準部門,不知道哪一個部門管,因為我國對氫不是作為能源管理的。”余卓平表示,上游氫能供應鏈與下游氫能應用產業配套規劃不同步,缺乏明確規范的加氫站建設審批流程,加氫成為燃料電池汽車發展的最大瓶頸。另一方面,在制氫上,目前法規要求制氫廠需位于化工區,導致運輸成本限制了制氫加氫合建站的發展。

公開資料顯示,截至2018年底,全球加氫站數量達369座,其中日本96座,德國60座,美國42座。中國23座,占比為6%,同歐美和日本發達國家相比仍然存在差距。

截至目前,上海、佛山、武漢、如皋等地明確了加氫站建設的主管部門及審批流程,但國家對此卻仍無明文規定。北京低碳清潔能源研究院新能源中心助理主任何廣利表示,也正因此,加氫站建設審批特別難,為規范健康發展,這需要一個明確的對口單位。

除明確氫能歸口主管部門、讓加氫站建設審批有組織可找,由于氫能在政策法規上仍屬危化品,目前尚未作為我國能源體系的組成部分,余卓平呼吁,應將氫定位為能源,氫能與燃料電池的發展應氫能先行。

氫瓶制約氫氣儲運,需找到經濟、高效、可行的儲運模式

“燃料電池問題不大,技術將會成熟。氫源問題也不大,目前經濟可行的氫源可以來自1000億度的棄風棄光棄水,還有800萬噸的副產氫,氫源沒有問題。”中科院院士、清華大學學術委員會副主任歐陽明高曾表示,氫能現在遇到的挑戰是氫的儲運,包括車載儲存和車下的儲運,需要找到一個經濟、高效、可行的儲運模式。

從儲氫上看,車載儲氫技術是氫燃料電池車發展的關鍵,直接影響燃料電池車的續航里程和成本。“中國燃料電池汽車續航里程怎么只有三四百公里,而國外可以做到六七百公里?實際上這里面很大的制約就在于我國氫瓶使用的標準法規上。”余卓平表示。

燃料電池車載儲氫技術主要包括高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫、固體儲氫和有機液體儲氫。其中,高壓氣態儲氫由于技術成熟、成本低,成為當前主要儲氫方式。車載儲氫瓶的種類包括純鋼制金屬(一型瓶)、鋼制內膽纖維纏繞(二型瓶)、鋁內膽纖維纏繞(三型瓶)和塑料內膽纖維纏繞(四型瓶)等,不同類型的儲氫瓶,工作壓力、儲氫密度、成本等均不同。

一型瓶、二型瓶過重、儲氫少,若用作車載供氫,燃料電池車跑不遠。目前車載儲運主流技術是國外從燃料電池轎車發展中優選出來的高壓氣氫,也就是70兆帕四型高壓儲氫瓶。但中國尚無這方面的成熟產品和相關標準法規。“從標準來看,我國只允許使用三型瓶,大部分燃料電池車用的是35兆帕儲氫瓶,續航里程大打折扣。”余卓平表示。

從運氫上看,目前國內也無專門的氫氣長輸管道和配送管道標準,因此主要依靠氫氣長托管拖車運氫。何廣利介紹,國外的長罐車允許使用三型瓶、四型瓶運氫,壓力可達55兆帕,但國內只可用20兆帕的一型瓶。由于壓力越低,氫的運輸量越小,運輸往返次數就越多,運輸成本增加。

車下的儲運,除氣氫以外,還有固態和液態氫氣。不過,目前沒有找到主流的固態儲運技術。而液氫儲運技術是未來的發展方向,液態氫的密度是氣態氫的845倍,同樣體積的容器,能運輸液氫的重量比氣氫更多。

液氫技術早在上世紀70年代就已有研發,用于長征三號火箭第三級推進劑。不過,液氫的軍用和民用仍有區別,國內目前尚缺乏液氫運輸標準;氫氣液化的費用昂貴、耗能較高、易沸騰汽化等問題也需要解決。(記者 張靜)

關鍵字:氫能

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