欢迎来到中国化工信息杂志
风口正起 氢能发展未来已来——2019全国氢能产业与技术发展大会现场报道
2019年23期 发行日期:2019-11-26
作者:■ 魏坤

        2019年,李克强总理在第十三届全国人民代表大会的《政府工作报告》中指出:“推动充电、加氢等设施建设”,明确要求把氢能纳入我国的战略能源,使其成为我国优化能源消费结构和保障国家能源供应安全的战略选择。多个省市先后出台规划和政策,推动氢能的研发、制备、储运、应用等完整链条不断完善,初步形成珠三角、长三角和京津冀等先行区域,氢能产业园区也如雨后春笋般涌现。11月14—15日,由中国化工信息中心和铜陵市人民政府共同主办的2019全国氢能产业与技术发展大会在铜陵市隆重举行。

布局氢能 各地在行动
 
    中国化工信息中心副主任揭玉斌指出,各地积极谋划的同时,不少大型央企和民营企业陆续布局氢能全产业链,有力推动产业快速发展。此外,氢源的制备、储存、运输、应用也备受业界关注。传统的大规模煤制氢、天然气制氢和小规模甲醇裂解制氢成本差距逐渐缩小,太阳能、电制氢,丙烷脱氢等技术也层出不穷。氢气的安全储运也是当前氢能利用的一大难点。
    揭玉斌建议,在氢能发展热火朝天的同时,我们更应该保持清醒的头脑,认清当前我国氢能发展的现状,明确氢能发展的定位,并针对当前氢能产业发展仍存在的自主创新能力不强、国产化率低、成本高、无序竞争等短板和问题,探索一条健康、可持续的氢能发展之路。

明珠“氢城” “氢动长江”
   
    中共铜陵市委副书记、市长胡启生表示,氢能作为一种清洁高效可持续的二次能源,被誉为21世纪的“终极能源”。铜陵是长江经济带重要节点城市、长三角城市群重要成员,居长江中下游氢能产业城市之弧的核心位置,发展氢能产业具有得天独厚的优势。拥有中信泰富、六国化工、圣奥化学、铜陵有色等一批涉氢中大型企业,工业副产氢资源丰富,氢气提纯技艺成熟,制氢催化剂原料提取技术先进,这些为铜陵抢占氢能产业发展高地打下了坚实基础。
    会议期间,铜陵市政府副秘书长皇甫越介绍了铜陵市产业发展的现状及未来展望,氢能产业将作为铜陵市与铜基新材料并驾齐驱的主导产业来培育,坚定实施“211工程”(铜陵市氢产业发展规划和应用示范规划月底形成初稿,氢能产业发展联盟已组建,氢产业发展基金框架已搭建),以加氢站建设、氢燃料动力公交示范为切口,大力培育“氢制造”,推动“氢触角”延伸至经济社会各领域,建设氢能应用示范市,打造具有重要影响力和产业带动力的沿江“氢城”。


构建良性氢能产业圈 氢能瓶颈如何破?
   
    国家发改委能源研究所、国家可再生能源中心副研究员刘坚博士强调,我国氢能未来发展仍存在许多障碍:
    1.成本问题:竞争对象是电能,从硬件角度来讲,燃料电池的成本下降空间较大,未来可以通过大规模化市场来降低平均成本。
    2.电化学储能:竞争对手是锂电池,储氢系统成本为5000~6000元/公斤氢气,短期内很难达到锂电池的成本标准。
    3.当前我国氢能储氢技术路线存在不确定性。
    4.关键部件性能与核心技术创新能力的不足,需要选择具有中国特色的方向发展。这也是未来政策制定时需要考虑的问题。
    5.安全性的问题,今年5月23—6月10日,韩国、美国 、欧洲相继发生氢能设施爆炸事故。
    刘坚认为,由于发电技术的不断进步,可再生能源装机规模也在不断增长。“十四五”期间,新能源发电技术发展空间更大,经济性、成本方面有更多优势。中重型车辆未来氢燃料电池相较于锂电有更多优势。此外,氢还可以作为媒介,实现跨界耦合,例如将能源和化工行业结合起来,可再生能源跨领域应用能力高于电能。
    加拿大皇家科学院院士、国家工程院院士、工程研究院院士、上海大学可持续能源研究院院长张久俊指出,当前氢的主要应用领域为化工原料(60%的氢气用于合成氨)、氢燃料电池汽车和小型氢燃料电池分布式发电系统。
    张久俊总结道,以化石燃料为能源的世界是不可持续的,发展清洁可持续能源势在必行。以氢气/液氢为主要能源载体的氢能经济是可持续发展的必然。尽管氢能利用存在很多挑战,但作为未来能源的必然趋势,必须大力发展。目前氢能可以助推可再生能源的发展,解决氢的经济性制备储存及大规模输运是关键。氢能的安全使用不仅要从技术上保障,还要提高大众对氢能安全性的认识。利用水、太阳和风能产生的电为原料的电化学电解水制氢是可行的,也是未来制氢的主要方法。发展高效电解水催化剂是提高电解水制氢能量效率、降低成本的主要方向。氢能利用主要是靠燃料电池技术将氢转变成电。氢能燃料电池是电动车的终极主动力电源。目前降低燃料电池的成本及发展加氢站是氢能利用的主要努力方向。
    北京清洁燃料行业协会会长、北京邮电大学教授张永泽提出,确立最终消费者是构建氢能产业生态的关键。脱离市场自愿交易,单纯依赖政府干预无法形成有效、可持续的产业生态。加氢站该建多少、谁去投资、政府补贴多少、价格是多少等这些都是需要思考的问题。
    张永泽认为,要在不同应用场景下,形成不同的产业生态圈。构建具有自我循环功能、自我发展、自我调节机制的产业生态圈,氢能源产业才能最终成功。可以在价格不太敏感的应用场景着力。
    日本NPO法人、日中氢能合作协会会长李扩建对日本氢能社会发展做了详尽分析。报告指出,日本氢能社会有三大支柱,即氢电、氢车和氢家。


制氢能力五花八门 谁更胜一筹?
    
    中国石油大学(北京)新能源与材料学院余长春教授综合分析了多种制氢方式及其经济性的对比。余长春表示,现阶段天然气蒸汽重整制氢是低成本制氢工艺技术,能效可达80%以上;电解制氢成本高,难以与化石燃料制氢竞争;工业上还广泛采用炼厂气、轻烃、焦炉煤气等气体制氢。这些过程在技术上与天然气制氢关系密切。
    中国氯碱工业协会信息部主任郑杰斌介绍了我国氯碱行业氢气利用的发展现状。氯碱行业的氢气既有最基础的利用途径,又存在未来向新能源方面开发的空间。在我国氯碱行业的生产中,多种技术或多产品开发氢能将长期共存,各具特点。在不同时期的水电等原料价格、不同地域条件下,氢气开发利用所体现的价值会有所不同,其竞争力水平也不同。而任何一种竞争力的关键都在于资源获取能力、价格掌控能力及相应的技术经济性。
    厦门大学能源学院氢能研究中心主任刘运权教授表示,现场制氢加氢站的特点如下:氢气在加氢站即时产生,克服了氢气的储运(比如需要氢管拖车)等问题;能满足小型分布式制氢客户对氢的需求;适合于边远地区或远离氢气集中生产区域的用户;氢气成本较电解水低得多,甚至比来源于工业副产氢的价格也低;氢气的单位成本与加氢站规模(产氢量)有关。
    刘运权认为,现场重整制氢具有比电解水更低的建设成本和供氢成本优势,因此值得在国内一试,特别是在缺乏氢集中生产城市或缺氢的地区,应更有前景。与普通加氢站相比,天然气现场重整制氢加氢站的供氢成本也可以与之媲美。所以,在一些地区,比如四川、LNG码头区,可以推广这种加氢站。
    对于太阳能制氢催化剂的相关进展,中国科学技术大学微尺度物质科学国家研究中心教授江俊总结道,材料的理性设计诱导电荷极化,提升光电转换、催化、光催化、制氢与储氢等性能。量子力学、科学大数据、人工智能的融合不可避免。光催化剂新材料的突破,可能会由大数据驱动的开发新范式带来......

固态储氢优势多多,高容量储氢材料仍需加快研发
   
    有研科技集团高级工程师、中国可再生能源学会氢能专委会办公室主任郭秀梅指出,解决氢的安全问题是发展氢能的关键。目前,比较成熟的储氢技术是高压储氢,我国主要生产的是35MPa的高压储氢瓶,已实现在燃料电池汽车上的成功应用。采用可以对氢气化学静压缩的固态储氢技术替代高压氢气压缩机,实现对氢气的化学增压,是降低压缩机使用频率的一个比较好的选择。
    与高压加氢站相比,采用固态储氢技术可以明显降低加氢站的建站成本。并且,与锂离子电池比较,固态储氢技术的比能量也要高出30%以上。郭秀梅总结道:固态储氢技术具有高密度、高安全特性,提升了储氢系统的安全性;固态储氢低压吸氢特性简化了加氢环节,无需高压压缩,降低了建站成本;实车运行表明,固态储氢系统可以快速充氢,能够满足燃料电池动力系统的快速功率响应要求;由于重量偏大增加的耗氢量尚在可接受范围,但仍需加快开发高容量储氢材料,降低系统重量,使其更具竞争力。

液氢储运用在哪里?
    
    氢气从制氢厂到加氢站需要经历运输环节,我国主要以气氢拖车运输(tubetrailer)、气氢管道运输(pipeline)和液氢罐车运输(liquidtruck)3种运氢方式为主。
    长管拖车是最普遍的运氢方式。由动力车头、整车拖盘和管状储存容器3部分组成,其中储存容器是将多只(通常6~10只左右)大容积无缝高压钢瓶通过瓶身两端的支撑板固定在框架中构成,用于存放高压氢气。这种方法在技术上已经相当成熟,但由于氢气密度很小,而储氢容器自重大,所运输氢气的重量只占总运输重量的1%~2%,运输效率不高,只适用于运输距离较近(运输半径小于200公里)和输送量较低的场景。氢气管道造价高、投资大,天然气管道掺混运氢可降低成本。但氢气的输送成本高于天然气,在用氢站点较为分散的情况下,管道运氢的成本优势并不明显。
    寰球技术研究院院长助理王建国表示,电解水制氢和氢气液化技术目前已经发展成熟,整个技术路线的主要难度在于大规模液氢的低温常压储存技术和长距离液氢运输技术。目前液氢储存的容器都属于带压储存,形式有卧式容器、立式容器和球罐。最大的容积为美国NASA 建造的3800m3液氢球罐。目前的液氢运输槽车以燃油为燃料,需要去加油站补充燃料,而且存在液氢蒸发气体泄放问题,安全性差,续航里程短。
    中国地质大学(武汉)副教授杨明表示,有机液体储氢主要用于大型氢储能应用,大量使用Pt做催化剂。其优势如下:与现有基础设施相匹配,成本低廉,安全性能好,适合长期储存和运输。当前该技术的应用已逐步形成多种产业链,包括储能领域、氢能汽车、军民融合应用。

有气味的氨气或将代替氢气?
   
    厦门大学能源学院特聘教授王兆林作了“以氨载氢代氢的商业化之路”的报告。他指出,西方燃料界将氨称为“另一种氢”,我国的合成氨厂遍布全国,运输体系和分布网络现成可用,在世界上最完善。在严格限产条件下的氨产量仍占全世界的1/3,是美国的5倍,总能量相当于至少六成的石油进口量。
    王兆林表示,氨可低压液化,存储运输比氢气(H2)和天然气(CH4)容易得多;同样空气进量下,可提供更大的功率,是电网调峰 、超高速发动机的上佳燃料;对燃气轮机的燃烧室壁的冷却格外有利。他指出,当前美、加、日、韩在积极推广民用氨燃料汽车、民用氨燃料动力和发电系统等。

加氢站和加氢设备如何布局?
   
    林德大中华区氢能源总监王海为参会代表详尽介绍了现阶段加氢站的商业模式。当前,全球共有586座加氢站,其中303座在运行当中,84座计划建设,199座暂停使用。王海表示,在使用鱼雷车运输过程中,当鱼雷车运氢到站时,能否把氢气卸干净,直接影响了鱼雷车的运输成本。结合我国现有的加氢站标准以及土地使用成本,为了达到一定加氢能力一味扩建加氢站面积并不现实,应考虑车、站、氢联动的模式全盘布局。
    上海舜华新能源系统有限公司加氢站装备事业部总经理宫振华表示,在全球现有加氢站中,约80%加注最高压力为70MPa,20%加注最高压力为35MPa。加注压力从35MPa提升到70MPa,但并非终点,新的技术将持续研发、示范和应用;氢的来源越来越绿色,与可再生能源深度结合;建站方式由单一加氢站向油氢合建、气氢合建、氢电合建,以及制氢加氢一体站发展;氢能高速-氢走廊,逐步向网络化发展。当前我国尚无明确的建站审批流程,各地均在探索。首先是需要明确主管部门。建站过程中还需考虑以下几点:氢气来源(外供氢、站制氢);加注压力(35MPa、70MPa);是否可移动(固定站、移动站、撬装站);储氢方式(气氢、液氢、固态储氢、其他)。
    宫振华指出,连续加氢能力与压缩机选型、储罐选型密切相关。如何选择压缩机成为关键。隔膜式、液驱式、离子式压缩机是目前加氢站应用的主要类型。其中,隔膜式的应用最为普遍,目前国内国产隔膜式压缩机已做到了很高水平与进口水平相差无几,震动国产压缩机甚至超过了国外水平;排气温度进口设备在200℃,现在国产的140℃;能耗水平:国外压缩能耗为1.8℃/kg左右,国内压缩能耗可达1.1~1.2℃/kg。
    北京化工大学材料学院教授/有机无机复合材料国家重点实验室副主任杨小平认为,储氢气瓶是氢能源汽车的核心部件,直接决定汽车的里程,为国际研究的热点与重点。高压储氢气瓶及其新材料的研发是氢能源研发和使用产业链的重要环节。
    IV型气瓶的优点是质轻高强、储氢密度大、结构效率高、耐疲劳性能好。今后要研发:塑料内衬碳纤维复合材料高压储氢气瓶(70MPa)。杨小平指出,当前IV型储氢气瓶发展的主要技术难点如下:
    第一,高储氢密度。通过结构设计与有限元分析计算,满足功能要求的同时进一步的降低储氢复合材料气瓶的重量。
    第二,成型树脂。研制与纤维力学性能匹配、界面相容以及耐热较优的树脂基体,制备具有优异整体力学性能及界面结合的缠绕碳纤维复合材料结构体,解决复合材料气瓶的树脂配方和成型工艺问题。
    第三,低成本化。通过工艺优化,适应大丝束48K碳纤维的工艺特点,实现快速成型复合材料气瓶的研制是难点。
    第四,塑料内衬。通过结构设计,通过金属接头与塑料本体一体化成型技术,制备出满足70MPa高压高密封可靠性要求的第Ⅳ代塑料内衬。

燃料电池车何去何从?
    
    发展多元化燃油车替代技术,是降低对传统能源的依赖度的重要措施。为了推动燃料电池汽车的发展,近年来政府出台了一系列燃料电池汽车补贴政策,我国燃料电池产业也得了比较迅速的发展。尤其在交通运输领域,开发出了燃料电池大巴车、轿车、物流车、叉车等一系列车型。
    当然,在氢能和燃料电池快速发展的过程中,也确实存在一些亟待解决的问题,如燃料电池和加氢站核心技术和关键零部件仍然依赖进口,氢能基础设施发展跟燃料电池汽车发展比相对滞后。并且,氢的安全风险是不可回避的重要问题。
    同济大学汽车学院博士生导师、副教授陈凤祥介绍到,燃料电池汽车的核心技术是燃料电池,通过电化学反应将氢能直接转化为电能,具备清洁、高效、燃料来源广泛等优点。燃料电池、空气供应、氢气供应、冷却以及电控等子系统共同组成了燃料电池发动机系统,通过与外部储能电池、驱动电机结合,便构成了燃料电池汽车动力系统。燃料电池汽车是未来能源结构转型的突破口,其技术发展意义重大。预计,中国燃料电池汽车在2025年完全可以实现产业化,2030年可实现燃料电池发动机成本和传统内燃机相当。
    铜陵泰新汽车公司董事长马建指出,氢燃料电池物流车竞争优势在于长途、重载方面取代燃油汽车,弥补电动汽车的不足。同时,氢能源在物流车中普及应用也就意味着氢能源汽车正逐步深入到社会的各个层面。
    东华工程科技有限公司副总经理吴越峰介绍了煤制氢过程中煤气化技术解决方案。
    11月15日下午,大会主办方组织参观了当地涉氢企业:安徽中飞长江氢能科技有限公司、安徽泰新汽车工业有限公司、铜陵泰富特种材料有限公司和安徽灵通集团。


当前评论