大同日报 -A3 能源革命 造福人类-
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A3能源革命 造福人类
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能源革命对外开放百家论坛之八十一

氢能全产业链概述(下)

氢气鱼雷车

  

主讲嘉宾
  李维,材料科学与工程专业硕士,美国PMI项目管理专业人士,从事氢能储氢材料及燃料电池研发工作三年,氢能产业调查与项目管理工作两年。在燃料电池关键材料研发方面具有一定的技术积累,对氢能行业及其应用方面具有较深刻的认识。她曾参与多项国家自然科学基金项目和国家重点专项,发表SCI学术论文累计十余篇,拥有国家专利一项,获2016年中国材料研究学会科学进步一等奖。
4 核心提示 行业痛点二:氢气储运
  目前车载储氢罐技术主要掌握在日本和美国企业手中,目前我国在70Mpa车用高压缠绕氢气瓶方面也取得了突破。储氢方式主要有高压气态储氢和低温液态储氢,此外金属合金储氢、碳材料吸附储氢、化学氢化物储氢和金属有机骨架材料储氢等方式多处于研究阶段。高压气态储氢使用方便,但其缺点是需要厚重的耐压容器,运输成本太高,并要消耗较大的氢气压缩功,存在氢气易泄漏和容器爆破等不安全因素一个充气压力20MPa的标准高压钢瓶储氢重量仅约为1%,储氢密度低。低温液态储氢具有较高的体积能量密度,但由于氢的临界温度低,氢气液化成本高昂,储存中还不可避免地存在蒸发损失,不能长期保存。液体有机氢化物储氢技术借助某些烯烃、炔烃或芳香烃等储氢剂和氢气的一对可逆反应来实现加氢和脱氢,具备储氢量大,液体储氢中间体储运安全方便等优点,可用于长周期的季节性储氢,还可用于远距离输氢,有望在未来氢能储运中发挥重要作用。
5 核心提示 物理储氢
  氢气储运主要有两种方式,分别为物理储氢和化学储氢。物理储氢主要是高压储氢和深冷液化氢,化学储氢主要是固态储氢和有机液体储氢。高压储氢具备一定的市场成熟度,Toyota的燃料电池车Mirai用高压氢气罐代表了目前世界商业化的最高水平,同时丰田公司同时也在研发90Mpa的高压氢气瓶。目前国内车载高压氢气罐都是35Mpa,只有国际的一半,对储氢量和汽车行驶里程都有一定影响。当然,国内也有70Mpa的技术,但是没有达到广泛应用的技术标准,北京科泰克、富瑞特装和北京天海工业都有70Mpa的产品。高压储氢涉及到三个关键技术点,分别是各种强化纤维的缠绕方式、过渡区强度设计和一级直接减压。高压储氢模式应用在加氢站和燃料电池汽车上。高压储氢技术有三个优点:一是充放氢速度快且便于控制,二是宽频工作温度,三是充放气能耗低。但是该技术也存在三个缺点:一是体积密度低,二是对加氢站等基建设施依赖性强,加氢站建设及配套成本很高,三是特定场合不适用,安全性尚待验证。
  深冷液氢技术主要在日本、欧洲等国外应用比较多,该技术是对设备要求很高,也很复杂。它的原理很简单,就是把氢气通过一定方式冷缩到零下253℃,变成液态。该技术需要的设备体量很大,需要把大量的氢气变成液态氢。液氢目前主要用于运载火箭推进剂,未来有向飞机、汽车甚至家用燃料推进的趋势。囿于液氢利用技术及下游产业的发展限制,目前各国市场都是以自产自销的方式生产运作。深冷液氢技术涉及到两个关键技术,分别是真空双层不锈钢绝热箱和热交换器,将纯氢冷却到零下253℃。深冷液氢技术的优点在于:一、储氢量高,储氢体积密度大;二、放氢过程简单易于控制;三、适合长距离运输和大规模储氢。该技术的缺点在于:一、液化压缩能耗高;二、对储氢设备要求高,成本高;三、安全技术问题复杂,尚不清楚。
6 核心提示 化学储氢
  化学储氢目前也非常热门。固态储氢实质上就是一个化学反应,储氢合金在一定的压强和温度下可以可逆的吸放氢气,这就达到了储氢的目的。不同温度对应不同的平台压,在此压力下,储氢材料可快速可逆吸放氢,以达到平衡状态,形成饱和氢化物。化学储氢技术对储氢材料有严格的要求,特别是应用到汽车上。相比高压储氢,固态储氢有不可比拟的优势,它非常安全。大家知道,在深海、矿井下面、地下是不可以使用高压设备的,而使用固态储氢就比较合适,它是在常温常压下进行氢气储存的。
  有机液体储氢技术主要是指氢油技术储氢。比如说,我们一般的公交车加油,采用这种方式生产出来的公交车也加油,但是油并没有烧掉,而是要循环利用。因为这种油里面对氢气有一种很强的亲和性,当需要用氢的时候,就加热加催化剂,氢气吐出来,燃料电池汽车利用掉,最后再把油导出来。该技术由加氢和脱氢两个步骤促成。该技术不需要在基础建设上投入,不需要建加氢站,不需要建设大型设备,节省成本。
  概括起来,氢气制备和氢气储运有很多方式,如何使用取决于实际需要。当前,我国处在氢能发展的初期,各种模式都需要深入研究探讨,同时要结合我国的实际国情。刚开始投入时,我们最先采用的是高压储氢技术,以氢气瓶的方式储氢。随着氢能产业慢慢走向规模化,氢气的需求量越来越多,氢燃料电池汽车也越来越多,高压瓶储氢的方式不符合经济效益,我们就改用更符合经济型的液态储氢方式。据专家预测,到2023年,当电力供应达到供需平衡,可再生电力出现快速增长,液氢将在电力平衡中起到作用。我们还可以畅想未来,在更久之后,高压储氢、氢油、液态氢这三种技术途径将在很长一段时间内共存,不存在谁取代谁,三种技术各有各的优势,互相配合使用。