《燃料电池电堆技术迎黄金发展期》

  • 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:2020-08-18
  • 专家认为,通过燃料电池技术引进,并消化吸收发展为自主技术,建设电堆、系统集成和整车生产线,形成氢能产业化开发平台,有利于企业占领氢能技术制高点。

      “今年出台的相关补贴政策有利于促进燃料电池电堆发展,带动电堆技术探索和多元应用,并推动氢能产业的进步。”在近日举办的燃料电池电堆技术发展网络研讨会上,与会专家表示。

      据了解,近年来,我国燃料电池电堆技术发展迅速,电堆性能大幅提升,已接近国际水平,但电堆可靠性、寿命、成本与国外先进水平相比还存在较大差距。

      政策利好电堆发展

      今年4月,财政部等四部委发布的《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》提出,调整补贴方式,开展燃料电池汽车示范应用,明确“以奖代补”建立氢能和燃料电池汽车产业链;随后,《关于开展燃料电池汽车示范推广通知》征求意见稿发布,明确“以奖代补”奖励细则,其中还强化了加氢站建设补贴。

      “2018年以来我国氢能产业发展速度显著加快,氢能产业遍地开花,全国各地掀起氢能发展新浪潮。得益于顶层氢能扶持政策,已形成上海、广东佛山-云浮、山东济南和河北张家口等氢能产业聚集区,并逐步向全国各地延伸。”国鸿氢能科技有限公司副总经理燕希强认为,这有利于推动关键零部件的技术攻关、产业化规模发展和商业化示范推广,进一步掀起氢燃料电池汽车发展的新高潮。

      上海氢晨新能源科技有限公司总经理易培云表示,今年的新一轮补贴将改变燃料电池格局,尤其是对大功率氢燃料电池电堆而言,将获得难得的发展机遇。

      燕希强表示:“氢燃料动力系统在整车成本的占比超过70%,主要部件包括燃料电池电堆、高压储氢罐、电机、动力控制装置等,其中最核心的部分是燃料电池电堆,在燃料电池系统中占比约65%,随着政策加持下生产规模扩大以及电堆国产化的逐步实现,电堆成本预计可下降60%。”

      双极板技术适用不同场景

      双极板作为燃料电池电堆的核心部件,分别有石墨、金属和复合双极板。与会专家表示,由于应用场景、功率等有差异,各类双极板在不同的应用领域各有优势,因此,在未来很长时间不同材料的双极板将共存、互补发展。

      对于燃料电池电堆而言,可靠性高、寿命长、成本低是确保电堆更具竞争力的必要条件。燕希强指出:“目前柔性石墨双极板处于领先位置,其原材料成本低,还能保留石墨双极板高电导性和高耐腐蚀性,同时又解决了硬石墨板加工周期长、脆性问题,实现了双极板的批量化制备,降低了双极板制备成本。”

      而金属双极板也同样有其适用场景。易培云表示,金属双极板电堆具有功率密度高、冷启动快、抗震性能好等优势,适用于100kW以上的大功率电堆的大批量制造。

      易培云坦言:“大功率电堆同时面临不可避免的技术挑战,与小功率电堆相比,功率大并非简单的数量加减,其设计理念和技术难度完全不一样,需要更好的设计、密封、装配和解决降本问题。”

      “应用场景及整车对电堆的需求不同,乘用车更注重动力性能,而商用车需要经济性上的保证,不存在一个电堆适用所有场景,因此要遵循场景差异设计满足不同需求的电堆。”易培云表示。

      建立全产业链生态

      燕希强表示,氢能全产业链布局能够推动燃料电池电堆进一步研发迭代以及氢能产业快速发展。以国鸿氢能对燃料电池电堆的研发推广为例,国鸿氢能进行燃料电池电堆研发生产,氢源来自美锦能源工业副产氢,膜电极研发属于鸿基创能,舜华新能源进行加氢设备研发及加氢站建设运营,整车研发由飞驰客车负责,以此形成氢能全产业链生态。

      因此,建立规模化电堆生产线,形成产业化开发平台尤为重要。“通过燃料电池技术引进,并消化吸收发展为自主技术,建设电堆、系统集成和整车生产线,形成氢能产业化开发平台,有利于企业占领氢能技术制高点。”燕希强表示。

      易培云强调,电堆核心竞争力取决于性能、寿命及成本,性能与部件匹配及环境适应性有关,高寿命需要高温耐久的材料、一致性设计和高精度制造,而想要进一步降低成本,则需要提高性能、零部件一体化设计等。“因此,开发电堆智能制造技术,实现部件和电堆的自动识别、匹配、装配及监控也尤为关键。

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    • 编译者:guokm
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    • “2022年是全球氢能产业规模化发展的‘元年’,世界各国热情高涨,全球氢能领域的直接投资达到了2500亿美元。”记者从2023全球能源转型高层论坛氢能绿色高质量发展论坛上了解到,在实现碳达峰、碳中和目标,以及保障能源安全的使命的引领下,氢能正渐渐站上能源转型“C位”。 氢能将“大显身手” 随着碳中和、能源转型逐渐成为全球共识,氢能产业正在成为世界各主要经济体竞相发展的新兴产业。“当前,世界能源技术创新进入活跃期,带来生产生活方式的深刻变革。”北京市经济和信息化局副局长彭雪海指出,氢能作为21世纪最具发展潜力的二次清洁能源,是实现多领域深度清洁脱碳的重要路径,也是全球能源技术革命和转型发展的重大战略方向。 中国工程院院士、中国工程院原副院长干勇表示,保守估计,2050年氢在我国终端能源体系占比约10%,2060年占比将达约15%,成为我国能源战略的重要组成部分,氢能将纳入我国终端能源体系,与电力协同互补,共同成为我国终端能源体系的消费主体,带动形成十万亿级的新兴产业。 氢能产业的巨大机遇,得益于其在应对气候变化和推动能源系统转型中的优势。“当前,气候变化是全球面临的重大挑战,碳达峰、碳中和已成为我国坚定的发展方向,氢能将在未来能源生产和消费中扮演重要角色。”中国科学院院士、中国产业发展促进会氢能分会专家委员会主任徐春明表示,氢能有助于推动传统能源向低碳清洁能源转型,推动能源动力转型和保障能源供应安全,同时还是实现各种能源之间高效转化的理想媒介,以及实现传统化石能源清洁化的有效途径。 在中国科学院院士、中国科学院化学研究所研究员韩布兴看来,科学技术的重大进步是实现碳中和的重要保障。“碳中和涉及多学科领域,最核心的科学问题是物质转化和能量转换。”他强调,氢为物质与能量转换提供了有效的解决方案,用可再生能源制氢及其有效应用是利用可再生能源的重要途径。 从全球来看,随着近年来各国支持政策的加速出台,氢能逐渐成为全球竞争与合作的“新赛道”。“根据国际能源署(IEA)2050年净零排放目标,为了2050年实现净零排放,氢能将被广泛应用在多个能源部门,并且需要提高到目前应用水平的六倍以上。”北汽福田汽车(3.490, -0.01, -0.29%)股份有限公司业务副总裁、智蓝新能源总裁秦志东对此表示认同,“截至2021年底,全球已有136个国家提出了‘碳中和’承诺,覆盖了全球88%的二氧化碳排放、90%的GDP和85%的人口。”他表示,“双碳”背景下,新能源和氢能迎来快速发展机遇。 随着全球应对气候变化和减排措施提上日程,氢能正迎来巨大的发展机遇。氢能已成为全球加快能源转型升级、培育经济新增长点的重要战略选择,由示范应用正加速走向规模化推广,产业体系基本建立、应用领域持续拓展、市场规模快速扩大。 “在2019年,只有法国、日本和韩国制定了氢能应用的战略,今天,已经有17个政府公布了氢能战略,超过20个政府公布了他们正在制定相关战略。”澳大利亚技术科学与工程院院士、新南威尔士大学教授甄崇礼介绍说,作为世界第三大能源出口国,“澳大利亚希望新能源、氢能能在未来成为其能源出口的重要部分,把丰富的‘阳光’出口到全世界。” 全产业链布局 近年来,随着氢能产业发展和技术进步不断提速,氢能应用的推广也在持续加快。加拿大工程院院士、国际氢能协会燃料电池分会主席李献国指出,目前,燃料电池技术已经发展到第五代,拥有众多可能的应用场景,包括大规模长时间储能,边远无电网地区供电,备用电源、应急电源,交通运输等方面。 在秦志东看来,全球氢能产业处于初期示范和商业模式探索阶段,预计2030年后,将进入商业化阶段。“中国氢能产业链已初具雏形,处于规模化前夕。”他表示,我国氢能产业从制氢-储运-应用,已经初步形成较完整的产业链条。受顶层设计、政策利好拉动,氢能产业正稳步发展。 “随着产业的逐步完善,我国商用车氢能时代已经拉开序幕。”秦志东表示,不同于国外以乘用车为主的发展路径,中国氢燃料以商用车为切入点,在全球处于领先地位。同时,我国氢燃料电池汽车基础设施不断完善,2021年,中国建成加氢站数、在营加氢站数、新建加氢站数实现全球三个“第一”。截至2022年6月底,全国已建成加氢站超270座。 在国内氢能产业的发展进程中,大型能源央企的入局给产业走向成熟提供了重要的支撑,其中,中国石化(5.800, -0.13, -2.19%)正在以建设世界领先洁净能源化工公司为发展目标,大力发展氢能产业。据中国石化北京石油分公司副总经理贾文利介绍,中国石化具有丰富的制氢用氢经验和较强研发实力,氢气生产和利用规模国内领先,具有发达的交通能源销售网络,具备上中下游产业链一体化统筹发展的优势。目前,中国石化正加快构建规模最大、科技领先、管理一流的中国第一氢能公司。 不过,作为正处起步阶段的新兴产业,氢能的发展仍然面临诸多需要解决的问题。有研科技集团首席专家、国家有色金属新能源材料与制品工程技术研究中心主任蒋利军认为,经济可持续发展应是氢能产业健康发展的关注重点,“我们应该制定相关政策,鼓励发展可能较快实现经济可持续发展的3个应用方向:资源地绿氢+化工就近利用、工业园区风光氢储微网供能、工业园和物流园绿氢叉车。” 贾文利表示,中国石化深化产融协同,围绕打造“中国第一大氢能公司”战略目标,聚焦公司在氢能制、储、输、加、用等全产业链上的瓶颈和短板,发挥资本孵化撬动作用,适度超前布局关键材料、核心装备及相关技术,引领带动氢能产业链孕育发展,推动实现“科技—产业—金融”的高水平循环。 绿氢成全球氢能发展重点 在2023全球能源转型高层论坛氢能绿色高质量发展论坛上,中国产业发展促进会氢能分会编写的《国际氢能技术与产业发展研究报告2023》(以下简称《报告》)正式发布。《报告》预计,未来10年是我国氢能产业的“黄金发展期”,预计到2030年,我国可再生能源制氢新建投资规模将达到3750亿元,绿氢产能接近副产氢。 《报告》指出,我国氢能产业发展顶层设计日渐完善,截至2022年12月,全国已有30个省级行政区域将氢能发展纳入“十四五”规划,69个地级市、县、区明确提出要发展氢能相关产业,到2025年各地氢能产值总额已接近万亿元。 绿氢是全球氢能发展重点。专家指出,目前,全球已公布的绿氢项目数量约680个,规划装机量累计超过460吉瓦。在净零排放场景下,2030年全球电解水制氢装机量将达到720吉瓦。对于我国而言,截至2022年,我国已建成和规划可再生能源制氢产能达410万吨/年,2022年全年电解水制氢项目约52个,其中风电光伏一体化项目21个,占比约为40%。预计到2030年,我国氢气年均供应量将达4800万吨,其中电解水制氢供应量约为1100万吨/年,占比约为25%。 值得注意的是,随着氢能产业技术快速发展,氢能需求也将逐渐扩大。专家预计,到2030年,全球对氢的需求将超过1.5亿吨;到2050年,全球氢能需求较2022年将增长10倍。 在交通领域,《报告》显示,截至2022年底,全球已累计推广燃料电池汽车72000余辆,集中于欧盟、东亚和北美市场。在交通应用快速推广的背景下,根据《报告》,截至2022年底,全球共建成加氢站1024座,主要分布于中国、日本、德国、美国和韩国,预计到2030年全球加氢站数量将超过4500座。 此外,《报告》指出,随着电解水制“绿氢”的发展与氢能多样化应用的融合,电力多元化应用“Power to X”模式成为促进全球能源绿色转型的重要方向。根据目前拟在建项目,预计到2030年,电力多元化转换总装机将超过1100万千瓦。从化工领域用氢企业产量来看,据不完全统计,我国2022年合成氨产量约为6000万吨、合成甲醇产量约8100万吨,其氢气需求量分别达到约1059万吨、1012万吨,绿氢替代潜力巨大。
  • 《山东推进氢能及燃料电池汽车产业发展》

    • 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:2020-05-28
    • 当前,山东处于新旧动能转换、产业转型升级的关键时期,迫切需要培育壮大新兴产业,升级改造传统产业,减少对化石能源的依赖,增强特色经济内生动力。山东省委、省政府高度重视氢能及燃料电池汽车产业发展,将其作为推动经济高质量发展的重要引领性产业,超前布局、重点培育,取得了一定成效。在氢能及燃料电池汽车产业领域,山东已初步建立起从关键材料、燃料电池电堆、燃料电池发动机到整车的研发、生产体系,摸索出一套科学高效的示范运营模式。 山东省工业和信息化厅装备产业处处长赵明介绍,据中国工程院调研数据,山东省在合成氨驰放气和甲醇驰放气等渠道,每年可回收氢气约96万吨,可支撑10万台以上氢燃料电池商用车的规模化运行。山东也是能源大省,除传统的煤电外,风电、核电、光伏发电等新能源已达一定规模,可为电解制氢提供较好的能源保障。目前,山东省氢能及燃料电池产业链上的重点企业和研究机构达50余家,以兖矿集团、东岳集团、潍柴集团、山东高速、中通客车、中车四方等为代表的龙头企业率先突破,发挥了较强的示范作用。山东省已建成加氢站6座,其中5座日加氢量在500公斤及以上。在济南、潍坊、济宁、德州、聊城等市开展了氢燃料电池公交车的示范运行,已开通燃料电池公交专线6条。目前,全省氢燃料电池汽车上牌数为126辆,6月份有望超过200辆。潍柴集团依托承担的国家重点研发计划项目“燃料电池发动机及商用车产业化技术与应用”,今年3月份,该企业举办了“潍柴20000台氢燃料电池发动机工厂正式投产”仪式,标志着山东氢燃料电池业务走出了迈向全球一流商业化的关键一步。 济南新旧动能转换先行区作为山东省新旧动能转换综合试验田,作为深度参与者和先行者,拥有1030平方公里的黄河水岸资源和“一区两城六园区”的空间布局。按照先行区总体发展规划,在崔寨高新产业城建设总体规划面积20平方公里,集“氢能源科技园”、“氢能源产业园”、“氢能源会展商务区”三位一体的“中国氢谷”。 “中国氢谷”是以打造园区建设为基础,完善氢能产业链为目标,能源综合应用为核心的氢能产业集聚区。 济南新旧动能转换先行区管委会投资促进部主任景旭东说,“中国氢谷”主要任务是从氢的产、储、运、加、用等全产业链出发,依托科研院所、金融企业、生产企业等单位,加速形成 “一个氢谷园区、一家运营公司、一批科研机构、一支产业基金、一个氢能小镇、一批企业集群”的“六个一”发展新模式,逐步打造“配套设施完善,运营模式成熟、创新成果丰富、资金保障充足、示范效果明显、生态效应显著”的氢能产业商业生态圈。到2030年,先行区将实现氢能源及相关产业累计产值达到1000亿元。形成氢能全产业链核心技术协同研发体系,成为国内外顶尖的技术创新策源地;氢能产业生态圈可复制可推广,累计投资规模500亿元,龙头企业10家;通过示范工程带动,从公交车、物流车领域突破氢燃料电池汽车的推广应用,形成对全省乃至全国的辐射作用。 济南市钢城区作为济南新旧动能转换先行区的南翼,是国有大型钢铁联合企业山钢股份、莱钢集团的驻地,区内现有钢铁产能1290万吨、焦化产能350万吨,年副产氢气约6.5万吨,技术上可廉价提取工业副产氢气约5万吨,未来考虑重整焦炉煤气中的甲烷制氢,总氢气产量可达12万吨以上,可满足近十年内全市氢能源汽车的发展需求量。 济南市钢城区政府副区长郭玉华表示,针对较长一段时间内氢能车辆示范运行少,氢气耗量低的现实,结合钢城区钢铁生产富余煤气的资源现状,钢城区谋划耦合甲醇经二甲醚制工业乙醇技术路线,减少未来煤气自发电建设,将高炉煤气、转炉煤气中的一氧化碳与焦炉煤气中的氢分离提纯后分别与二甲醚进行羰基化与乙酸甲酯加氢反应制备工业乙醇,实现“以氢固碳”。通过该路径首先可以动态保障氢能在交通领域的供给,同时也可用于现有汽油的配给,能够减少制氢设备投运后的空转与氢气放散,并可大幅度改善环境、升级产业并延伸产业链,同时对于保障我国能源安全和粮食安全具有重要意义。 中国重汽集团是国内较早开展燃料电池车开发的商用车集团之一,2018年以来,中国重汽集团已成功研发多款燃料电池客车,涵盖城市公交车,长途旅游客车。通过多年技术积累及整车项目开发,中国重汽集团已掌握燃料电池整车核心技术,包括电机、动力电池、燃料电池等关键部件匹配技术,已具备开展多种燃料电池车型开发设计能力。 中国重汽集团汽车研究总院客车平台部部长赵金龙说,在燃料电池整车开发方面,中国重汽集团将根据市场情况逐步扩展重卡、轻卡等其他燃料电池商用车整车生产资质,扩展燃料电池整车车型,满足燃料电池车市场发展需求。在燃料电池技术研究方面,依托燃料电池试验室,开展大功率燃料电池系统整车集成技术研究,支撑中国重汽燃料电池整车业务开展;建立健全燃料电池系统测试流程,发展燃料电池系统性能评价能力。依托加氢站,开展燃料电池整车的试验验证和试运行,推进燃料电池整车产业化进程。依托平台项目,深入开展氢燃料电池整车集成技术研究、开发与试验验证能力建设。未来,中国重汽集团将以《山东省氢能产业中长期发展规划(2020-2030)》为指引,发挥中国重汽集团燃料电池方面的技术研发实力,与相关企业一起推动山东规模化燃料电池汽车示范运行,助推山东氢能及燃料电池产业发展。 中国工程院院士彭苏萍作为能源领域的顶级专家,多年来一直从事地质资源和能源等相关领域的科研工作,对氢能及燃料电池的发展有着独到的见解。彭苏萍对山东氢能源发展布局感到很震撼。他认为,下一步山东要抓落实,引人才,建平台。 山东省科协党组副书记、副主席纪洪波表示,近期,中国能源研究会常务副理事长史玉波和中国工程院院士、中国能源研究会燃料电池专委主任彭苏萍对山东氢能及燃料电池产业进行一次全面的问诊把脉,为制定符合山东省实际的产业发展路径和产业顶层设计做好基础支撑,让更多氢能及燃料电池成果落地山东、转化山东,更好为服务山东经济社会发展作出贡献。 今后一段时期,山东将进一步加大工作力度,加快培育壮大氢能及燃料电池产业,真正使其成为动能转换的先行产业、创新引领的先导行业、经济发展的优势产业。 同时,山东将借院士专家团队来山东调研的契机,紧紧抓住新旧动能转换的有利时机,按照省委省政府的整体部署,深入推进氢能及燃料电池汽车产业的发展,探索出一条以能源变革带动工业经济高质量发展的有效途径。