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《HySA测试设施评估地下采矿中氢燃料电池的潜力》

  • 来源专题：可再生能源
  • 编译者： pengh
  • 发布时间：2019-08-28

  • Dmitri Bessarabov博士是南非西北大学（NWU）氢能南非（HySA）能力基础设施中心和科学与工业研究理事会（CSIR）的主任。他从加拿大被招募为HySA职位，并为南非带来了许多相关的氢工业经验，特别是在燃料电池和电解方面。在加拿大，他与Kvaerner Chemetics，Ballard Power Systems和AFCC（戴姆勒和福特合资公司）有联系。 IM向他讲述了在地下采矿中使用氢燃料的可能性以及相关的挑战。

    Bessarabov表示：“采矿业普遍依赖重型柴油动力车辆和排放CO2，CO，NOX和DPM（柴油颗粒物）的机器。世界卫生组织（WHO）将柴油发动机废气归类为“人类致癌物”。地下采矿需要管理柴油发动机和通风所产生的热量，这两者都会增加成本，这就是采矿业面临诸多挑战的原因。与通风成本，柴油设备维护以及缺乏自动化和远程操作相关的运营成本。用于地下操作的柴油设备的防火成本也很高。虽然柴油发动机变得越来越清洁，但这会增加成本并降低效率，这会增加燃料成本;这些因素可以降低采用燃料电池等替代技术的成本障碍。“

    地下深井代表了氢燃料电池（FC）的部署和运行的选择。优点包括降低排放，改善健康，舒适性和安全性，以及降低运营成本。 “地下采矿卡车，装载机和其他机器的额定功率高达750千瓦，证明电池和系留电能很难。氢气FC具有克服这些功率和能量存储限制的能力。首先需要调查并证明与地下输送，储存和使用氢气相关的风险和技术是安全的。“

    在通风的地下环境中使用氢燃料电池驱动的机器也引入了许多需要评估的担忧和不确定性。 “需要制定指导方针，并最终实施可用于氢动力燃料电池汽车安全运行的标准。与密闭空间中的氢动力车辆和机械相关的主要问题是氢气泄漏和偶尔从燃料电池系统排出氢气。这些方案要么需要避免，要么以安全的方式进行管理。氢气泄漏和排放对地下矿井构成风险，因为有限的空间和口袋，氢气可以积聚在高于可燃性下限的地方。“

    所提到的限制和众多好处促使需要开发一个研究基础设施平台，专门用于氢气安全装置测试和验证，并在通风和不通风的密闭地下采矿空间中使用氢基燃料对地下风险进行鉴定，并且由于其性质问题，隧道活动也将受益。

    在南非西北大学的HySA工厂设计并建造了一个地下采矿通风测试设施（VTF）。 目的是评估在狭窄环境中与不同储氢技术相关的风险。 由HySA在NWU运营，该设施包括一个50米长的通风设施，空气压缩机，由PV驱动的现场氢电解生成，氢储存选项（以LOHC和压缩气体的形式），以及分配系统和 一套氢传感器。 该项目由南非科学与创新部资助。

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  • 《氢燃料电池汽车亟待碳中和助推发力》
    • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2021-03-19
    • 在新能源汽车多种技术路线图中，氢燃料电池汽车的发展是滞后的。目前，全球销售的新能源汽车中，仅1%左右为氢燃料电池汽车。业界预计，随着各国对碳中和目标的推进，以及多国支持氢能源发展政策的实施，氢燃料电池汽车的发展环境有望得到改善，发展速度将加快。 市场依然狭小 中国汽车工业协会提供的香橙会研究院报告显示，2020年，全球共销售氢燃料电池汽车9006辆，同比下滑9.1%。韩国成为当年全球最大的氢燃料电池汽车销售市场，销量达5823辆，同比增长39%，占当年全球销量的65%。中国的氢燃料电池汽车销售同比减少57%，但仍以1177辆的销量位居第二。 截至2020年底，全球氢燃料电池汽车保有量突破30000辆，达到32535辆，较上一年度增加38%，氢燃料电池汽车市场主要分布在欧洲、美国、日本、韩国和中国。其中，韩国氢燃料电池汽车保有量从2019年的5083辆跃升至10906辆，位居世界第一，成为全球唯一氢燃料电池汽车保有量超过10000辆的国家。美国和中国的氢燃料电池汽车保有量分列第二和第三位。 日韩在氢燃料电池汽车领域暂时领先。丰田Mirai和现代NEXO占据市场绝对主导地位。日本丰田的氢燃料电池汽车研发起步较早；韩国现代NEXO为后起之秀，2018年开始上市销售，2019年的销量超过Mirai。 现代NEXO的崛起使韩国近年的氢燃料电池汽车销量大增，NEXO近三年全球销量复合增长率高达92.61%，2020年全球销量为6781辆，90%在韩国本土销售。 日本是以往氢燃料电池汽车的主要产销国。日本氢燃料电池汽车本地市场保有量主要由丰田Mirai和本田Clarity，以及小部分进口车组成，其中丰田Mirai占比达94%。2015年，丰田Mirai一代车型正式量产，2017年销量达到峰值，2018年至2020年销量呈现逐年平稳下滑趋势。其中，海外市场销量下滑速度超过本土市场。2020年，本田Clarity的本土销量大幅萎缩，从2019年的110辆直接缩减到8辆。2020年，丰田Mirai的销量主要分布在日本本土、欧洲和美国。 目前，欧美市场的氢燃料电池汽车主要依靠进口。氢云链数据库显示，截至2020年末，美国市场累计销售氢燃料电池汽车8931辆。其中，2018年销售2368辆，达到近年高点；2020年销售937辆，较2019年下滑55%。截至2020年底，欧洲地区累计销售氢燃料电池汽车1556辆，其中2020年销量为667辆。 美国加州燃料电池合作伙伴组织（CaFCP）公布的数据显示，美国的燃料电池汽车市场陷于停滞状态，自2017年以后，美国燃料电池汽车的销量再未出现过大幅增长，2019年甚至出现了12%的下滑。 瓶颈亟须破解 业界普遍看好氢能产业发展前景，但是囿于开发成本高、技术复杂、资金短缺等因素，相关产业的大规模商业化仍有很长的路要走。 氢能源制备的技术水平高、制作工艺繁琐复杂、对材料要求高，所以生产成本非常高昂，加上许多国家尚未出台补贴措施，导致氢燃料电池汽车价格过高。但是，氢燃料电池汽车的利润并不高，甚至还有可能亏本。 能源署报告显示，“绿氢”（电解氢）价格为3.5至5欧元/公斤，远高于通过化石燃料制成的高碳“灰氢”（1.5欧元/公斤）的价格。未来一段时间，“绿氢”市场仍将处于竞争力较弱的阶段，需要长期扶持。据保守估算，全球氢能行业实现有效扩张，即到2050年实现氢能供给全球24%的能源需求，则需要约11万亿美元的相关投资。 目前，水电解制造氢能的效率非常低，会消耗很多电能。相关研究显示，水电解出氢能的过程、剩余氢能在注入加氢站的过程中会损失近半电能。 《世界报》经济专栏作家菲利普·埃斯康德表示，目前，氢燃料电池汽车的生产成本远高于纯电动新能源汽车。因此，氢能源技术至少需要10年时间才能成熟起来，这对参与企业来说还是存在风险的。另外，法德等欧盟国家仍未制定统一标准，也将进一步放缓相关项目的推进。 《中央日报》认为，氢燃料电池汽车产业发展面临加氢站不足等诸多制约因素，仍需要大量建设生产、储存设备等基础设施。韩国氢及新能源学会名誉会长安国荣表示，政府在大力普及氢燃料电池汽车的同时，还应对其安全性进行普及，从而提升民众对氢燃料能源的接受程度。 业界十分看好氢能源的发展潜力，但无论是大幅度降低成本还是核心技术的突破，都需要更大力度的政策支持及国家间合作。 发展有望加速 氢燃料电池汽车发展过程中存在的诸多问题，使得这一市场发展缓慢。但是，近年来不少国家的政府及企业开始更为关注氢能利用和氢燃料电池汽车的发展。 2月2日，液化空气集团、英美资源集团、康明斯公司、现代、林德、壳牌和丰田等11家公司宣布组建Hydrogen Forward联盟，成员企业分布在从源头到服务的氢能价值链环节。该联盟将在美国进行大量投资，并积极推动特定氢能项目建设，致力于氢能技术解决方案的采用和相关基础设施建设。 但是，目前美国仍然缺乏国家级氢能战略的统筹部署，美国东西部对氢燃料电池汽车的发展也持不同态度。 德国和法国在推进氢燃料电池汽车发展方面则较为积极。德国在欧洲氢燃料电池领域拥有的专利最多。法国拥有160个氢能源项目，波城、欧塞尔等城市已开通氢能源公交线路，巴黎的氢燃料电池出租车今年年底将超过600辆。 欧洲的汽车企业也在积极拥抱氢能源，包括雷诺、佛吉亚和米其林在内的整车厂商和零部件供应商，均在布局氢能和燃料电池技术领域。 受益于2019年公布的《氢能经济发展路线图》，韩国氢燃料电池汽车产业2020年异军突起。根据规划，到2025年，韩国将打造氢燃料电池汽车年产量10万辆的生产体系；到2040年，氢燃料电池汽车累计产量将增至620万辆，氢燃料电池公交车力争达到4万辆，氢燃料电池汽车充电站增至1200个。 日本着眼于燃料电池、氢供应链和电解技术领域，确定了车载用燃料电池、定置用燃料电池、大规模制氢、水制氢等十个项目作为优先领域，并通过互相合作促进技术研究与开发。日本政府计划2025年前后，将氢燃料电池汽车与混合动力车的价格差距缩小到70万日元。日本政府还将东京奥运会作为推动实现氢能社会的重要契机，将氢气作为火炬台和火炬燃料，还在奥运村周围设立加氢站，奥运会期间24小时为相关车辆提供加氢服务。东京奥运会赞助商丰田汽车公司计划提供约500辆氢燃料电池汽车作为官方用车。 在亚洲的企业层面，日韩汽车企业形成竞争态势。2020年末丰田Mirai二代正式上市，希望借此夺回全球乘用车市场销量第一的宝座。丰田表示，在优化燃料电池系统性能和氢气储存容量的情况下，新一代Mirai续航里程增加30%，达到650公里。韩国现代汽车则表示，计划在十年内出售多达70万辆的NEXO车型。 在欧洲，宝马公司正在开发X5的氢燃料版本。宝马氢燃料电池SUV-iHydrogen NEXT将于2022年进行小规模生产，正式量产时间为2025年，其燃料加注时间和续航里程与传统燃油车接近。去年，戴姆勒宣布停止研发氢燃料电池版梅赛德斯-奔驰GLC车型，未来将把重点放在与沃尔沃联合打造的氢燃料电池卡车和厢式货车上。不过，大众汽车一直对氢燃料电池汽车持怀疑态度，并且不打算进入氢燃料电池汽车细分市场。2020年，英国的捷豹路虎公布了宙斯计划，开发以燃料电池为动力的大型车辆，并将首先推出可驾驶的氢燃料电池概念车。 能源与资源研究所（TERI）的报告显示，到2030年，绿氢的成本将降低50%以上，氢燃料电池汽车发展将迎来利好。此外，加氢站的建设也在推进中。据报道，2020年，全球新增加氢站107座，创下历史最高纪录。其中，欧洲29座，亚洲72座，北美洲6座。2021年，全球加氢站增加了7座，另外还有225座加氢站正在计划投建。
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  • 《氢能超12万亿元市场中燃料电池将率先发力》
    • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2020-10-29
    • 多煤少油缺气”是我国能源结构的现状，一直以来，如何摆脱对煤、油的过分依赖是我国能源应用中的一大痛点。诸如光伏、风能等皆是为解决该问题而做出的尝试。10月22日，同济大学国家智能型新能源汽车协同创新中心主任余卓平教授在2020浦江创新论坛成果发布会上介绍了一种新可能：氢能。 “我国是世界最大的产氢国，如果未来能好好发展氢气，对我们国家的发展会非常有利。”余卓平指出。2019年，中国氢能联盟发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》曾预计，到2050年氢能在中国能源体系中的占比约为10%，年经济产值超过12万亿元。 上述会议现场发布的《氢能源未来发展趋势及研发应用》显示，现阶段氢能价值链还相对较小，未来会率先在商用燃料汽车领域取得商用突破。“上汽、潍柴动力、东风、长城等自主品牌均已布局燃料电池，上汽的燃料电池堆已达国际先进水平、自主车型正走向市场。”余卓平对《科创板日报》记者称。 为什么是氢? 到2050年氢能在中国能源体系中的占比约为10%，这一数字意味着什么?余卓平指出，目前，石油在能源体系中所占的份额在10%+，换言之，到了2050年，氢能或能部分取代石油。 “其实，从国际上来看，国际氢能委员会预计这一比例会达到18%。”余卓平称。之所以看好氢能，乃是因为一经跨过技术使用门槛后，氢能的使用效率会远高于风能、光伏等新能源。 “我们国家发展风、光等可再生能源的速度非常快，但可再生能源大规模的应用一直受到制约。”余卓平指出，他曾到西部光伏电站做过调研，看到光伏电站的上网率在某些时段内会被控制在20%。 “也就是说可以发100%的电，但是只允许20%的电上网。可再生能源的电无法储存，受到电网不匹配、不稳定性等限制，这限制了能源的使用。”余卓平表示。但如果把可再生能源和氢能结合，就能解决这些问题。 此外，氢具有自身独特的优势，比如，它的使用是清洁无碳的;使用效力也远高于柴油、汽油等能源;应用场景也可覆盖汽车、轨道交通、船舶、无人机等。 现阶段利用有限 目前，全球各国的氢能使用仍然有限。“在国内，现阶段的氢能价值链还不能称之为‘氢能’，更多是被定义为一种危险的化工品，主要来自炼钢副产品、化工副产品。”余卓平称，在使用时，这些氢还需要经过特殊的技术处理，此外还存有安全性等挑战。 他进一步指出，直接由石化能源分解而来的氢气被称之为“灰氢”，而后还需使用碳捕捉处理技术，将多余的碳捕捉，进而实现废碳的再应用，经过这样一轮循环的氢，称为“蓝氢”。 “现在碳捕捉处理技术技术逐渐在成熟，但是捕捉下来以后的废料如何处理仍是一个难题。”余卓平表示。此外，欧盟还提出了绿氢的新概念。 持续看好燃料电池 余卓平指出，化工原料、航空航天、钢铁冶金、储能、加氢站、燃料电池发电供热、燃料电池汽车均是氢能的下游应用。其中，他最为看好燃料电池汽车。 一是基于市场规模。余卓平称，从纯电动、混合动力汽车的情况来看，其50%的产量、50%的市场均在中国，因此，燃料电池汽车的市场潜力亦颇被看好。同时，全国各地方政府投入积极，纷纷出台了地方发展氢能战略，从具体措施来看，全国各地加氢站已超过90座。 二是技术壁垒逐渐形成。“上汽、潍柴动力、东风、长城等自主品牌均已布局燃料电池，而上汽走在了最前列，其燃料电池堆PROME M3H的整个系统完全自主研发，59个一级零件全部国产化，余卓平称。 三是区域的产业集群正在形成。“我们国家东部主要的经济发达地区在氢能的发展上的规划是最积极的。”余卓平表示，他已向上海市政府推荐，把国产燃料电池汽车作为网约车推广应用。
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