《氢能技术闪耀冬残奥会 未来大规模商业化应用可期》

  • 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:2022-03-07
  • 本届冬奥会以绿色为主题,氢能在清洁能源领域大放异彩。从冬奥会到冬残奥会,氢能都在源源不断的提供绿色动力,氢能汽车、氢能火炬、加氢站,赛场一个个精彩瞬间的背后,少不了氢能系统化应用配套的支持。

    中集安瑞科董秘钟颖鑫在接受记者采访时表示,整个冬奥和冬残奥会期间,除了氢能之外,还有风力、光伏等一些绿电的应用,清洁能源的示范效果会引导行业,提升公众对于包括氢能在内的清洁能源的信心,整个产业链技术也会有很大的提升,行业将进入高速发展时期。

    氢能产业技术不断突破

    氢能产业得以不断发展,依靠的是技术的不断进步。近年来,氢的制取、储存、运输、应用等相关产业链技术迭代迅速,包括加氢站、储氢瓶等关键配套技术趋于成熟。

    中集安瑞科旗下中集氢能的研究院院长李怀恩告诉记者,从冰立方到延庆赛区,再到张家口赛区,中集氢能为北京冬奥和冬残奥会提供了30多台氢气管束式集装箱、10多台50MPa储氢瓶组和一套70Mpa全集成加氢站设备等氢能装备,为冬奥和冬残奥会提供服务,保障火炬、800多辆氢燃料汽车等的氢气供应。

    高压气态储氢是现阶段主要的储氢方式,具有充放氢气速度快、容器结构简单等特点,也是当前的技术主流。本次冬奥会和冬残奥会上首次投入使用的70兆帕撬装全集成加氢站设备实现了多项技术突破。

    据介绍,70兆帕撬装全集成加氢站设备是国内首台集卸气、增压、控制及AI智能监控系统等多功能的全集成加氢装置;是首台满足SAE J2601加注协议中T40等级的70Mpa加注系统、配有红外线数据通讯功能的集成高效便捷加氢装置;是首台可同时满足20Mpa和30Mpa氢气拖车供气的多气源撬装加氢装置;是首台完成整机防爆撬装加氢装置;是首台集成撬装防爆冷水系统;也是首台集成撬装安全系统以及首台应用一体化大屏幕撬装装置。

    李怀恩表示,国内以前有类似的加氢站设备套装产品,但集成度不高,中集安瑞科此次将所有的功能设备,包括压缩机、两套防爆制冷机组加氢机控制系统、安全监控系统、视频监控系统,都放入集装箱里,结构设计和单体设计的难度很大。70MPa相当于700倍的大气压,这个压力是非常大的,对整个系统、所有部件、管路系统、阀门以及安装制造的过程,要求都要更加严格。

    但项目在实验过程中也遇到了困难,李怀恩提到,70兆帕撬装全集成加氢站设备需要进行压力和泄露性测试,为了保障安全,测试压力最高要达到103兆帕,而且要保持24小时,这个强度是非常非常大的。但在测试过程中总是有泄露,氢分子特别小,漏点不容易发现。在找不到问题的时候,心里是非常焦虑的,团队从部件、管路分段等方面逐一排查,花费了很长时间,终于将问题解决了。

    “测试过程非常考验细心和耐心。”李怀恩感慨,“要保证产品的万无一失,压力和泄露性测试,需要连续观察24小时以上,在漏点找到后,还要再观察24小时,团队曾经两天两夜连轴转,加上当时天气很冷,大家真的很不容易。”

    氢能商用化还要迈过多道坎

    氢气具有特殊的物理性能,清洁低碳、高热值之外,易燃易爆也是其不可忽视的特点,所以氢能的安全应用至关重要,也是当前氢能装备要攻克的技术难点。

    此次70兆帕撬装全集成加氢站设备在防爆方面做了特殊的处理,李怀恩介绍,从产品设计到生产制造,整个流程、每一个环节,都要充分考虑安全问题,严格做好安全措施。集装箱里每一个部件都是防爆的,一些机组部件甚至需要跟供应商特别定制,此次装备的防爆机组配置在国内的加氢站里都是最先进的。

    另外,由于项目是为了张家口赛区的加氢站配置的,在户外需要面对极寒的天气条件,70兆帕撬装全集成加氢站设备也做了低温保护设计。据介绍,设备中的材料大部分采用的是不锈钢材料,这种材质更加适合在低温环境下使用。内部涉及到液体的部分全部配置了防冻液,如果温度低到一定程度,设备的自控系统还会启用加热装置和保温装置。集装箱本身也有防护作用,可以保证设备在低温状态下的正常运行。

    由于高成本等问题,目前氢能尚未实现大规模商业化应用。李怀恩分析,氢能要想成为大众能源,经济性、低成本、易使用三者缺一不可。从经济方面来考虑,氢能产业需要首先将制氢和设备的成本降下来。相信未来终端应用达到一定规模之后,氢能的上下游成本都会下降,氢能的商用化程度会更高。

    冬奥会和冬残奥会对氢能的运用,无疑推动了整个氢能产业的发展进程。钟颖鑫表示,本次冬奥和冬残奥会是一个大型清洁能源示范项目,影响力不仅在全中国,也扩大到了全世界。由于燃烧后是水,氢能的使用没有任何碳排放,被认为是21世纪最有发展前景的二次能源。得益于其清洁低碳、高热值、高转换率是其最主要特点,氢能将会是未来中国实现碳中和目标的主要路径之一。

    能够为冬奥和冬残奥会做贡献,从业二十多年的李怀恩深感荣幸,“能参与到冬奥和冬残奥会的工作中,肯定是很激动的,这次体育盛会的火炬和服务车辆都选择了氢能做能源,显示出国家对于节能减排的决心,也证明了我们当年选择氢能的方向是对的,这是非常让人高兴的。希望未来氢能在中国能源结构中占到一个相当大的比重,可以走入千家万户,让我们的生活更美好。”(来源:中国新闻网)

  • 原文来源:http://www.cnenergynews.cn/huagong/2022/03/07/detail_20220307118897.html
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    • 打通氢能应用链,以碳中和为目标,以整体性的视角规划中国新的能源体系,在适宜布局氢能的区域、产业进行相应的投资。 氢能产业是未来产业的重点发展方向。2023年以来,在政策与市场的双重驱动下,氢能的应用领域正在不断拓展和创新,中国石化等公司主导的大型绿氢项目落地,绿氢正逐渐替代传统的灰氢,为钢铁、化工等行业的脱碳转型提供有力支持;燃料电池汽车进入放量提速期,宇通客车等公司迎来相关业务增长。当前我国氢能源迎来发展热潮,尽管相关产业发展晚于欧美日韩,但发展速度迅猛,在产业链布局方面已逐渐赶上西方国家。作为“电能替代”,氢能源应用范围可以覆盖交通出行、工业生产、能量转送、电网储能调配等领域,使氢能源行业有望成为能源转型支柱行业。 利好政策不断加持 产业发展离不开政策赋能,2024年伊始,国家发展改革委、商务部、市场监管总局就联合发布《关于支持广州南沙放宽市场准入与加强监管体制改革的意见》,提出创建广州南沙粤港融合绿色低碳示范区,推进氢能等清洁能源利用。此前,国家发展改革委、国家能源局印发的《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》指出,氢能产业是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。以科技自立自强为引领,我国将加强氢能产业创新体系建设,加快突破氢能核心技术和关键材料瓶颈,加速产业升级壮大,实现产业链良性循环和创新发展。践行创新驱动,促进氢能技术装备取得突破,加快培育新产品、新业态、新模式,构建绿色低碳产业体系,打造产业转型升级的新增长点,为经济高质量发展注入新动能。《“十四五”新型储能发展实施方案》首次将“氨”作为重要储氢载体列入重点攻关方向,明确提出开展“氨氢储能”示范。 氢能产业政策由国家层面“自下往上”,地方政府也纷纷发力。根据安徽省发展改革委印发的《安徽省氢能产业高质量发展三年行动计划》,到2025年,安徽省将初步实现氢能商业化推广应用,建成国内重要的氢能产业发展高地。《成都市优化能源结构促进城市绿色低碳发展政策措施实施细则(试行)》提出对绿电制氢项目市区两级联动给予电费支持,并对加氢站建设运营给予最高1500万元补助。 作为全国重要的专用车生产基地,随州市委市政府按照“下好先手棋、抢占制高点、建设创新园、培育大产业”总体思路,明确发展氢能产业要依托新能智能专汽和零部件产业集群,以新能源商用车整车龙头引领,提升氢能商用车产业能级,以申报国家燃料电池汽车推广应用示范城市群为契机,加快推进氢能商用车产业化。 随州市委统战部副部长、市工商联党组书记杨明表示,随州致力于育强链主企业、建好氢能产业园、加快加氢站建设、构建场景闭环,并规划布局了占地160亩的氢能源产业园,为氢能源产业发展提供研发生产基地。同时,随州深挖新能源制氢资源禀赋,布局绿氢制取产业链。“在上游制氢环节,目前我国氢气主要来自灰氢,未来利用风光发电等可再生能源电解水制氢(绿氢)将成为发展趋势。随州是湖北风光电资源大市,截至2023年10月,随州新能源并网装机容量322.81万千瓦,占湖北新能源装机容量的10.42%。未来将充分利用风光电资源优势,推动国家能源集团实施制氢项目,打造华中地区绿氢产业高地。” 此外,随州借力氢气储运装备生产耦合条件,布局氢能装备产业链。随州多家企业拥有压力容器生产能力,全市危化品罐式车生产企业20余家,年产危化品罐式车1万余辆,占全国60%以上,相关零部件本地配套率高,具备批量生产储氢罐的储备能力,储氢瓶研发正在突破中。随州将高起点规划建设氢能产业园,以光伏绿氢制取、氢气储运、氢燃料电池、氢能商用车等项目为重点,“串珠成链”贯通氢能装备完整闭环,构建氢能“制、储、运、加、用”全产业链。 氢车上阵 在氢能落地和商业化模式中,氢能汽车已成为较为成熟的模式之一。在2022北京冬奥会上,示范叠加燃料电池汽车示范城市群项目更是让氢能成为燃料电池行业焦点。其中,作为北京大兴区重点引进的氢能高科技企业,英博新能源直接与车辆运营平台合作,在北京投放了一批30辆燃料电池客车,用以承接部分北京日常防疫任务和奥运会、残奥会的通勤保障工作。 作为“国家队”,国家电投集团为冬奥会服务投入了200辆氢腾大巴。氢能车的核心是氢能燃料电池发动机,负责这批氢腾大巴研发工作的大国工匠、氢燃料电池自主化技术先行者、国家电投集团氢能科技发展有限公司首席技术官柴荣茂为了加快研制速度,在研制电池质子交换膜和碳纸的同时,第一时间组建发动机研制团队,跨界机械领域,开始双线推进。柴荣茂告诉《小康》杂志、中国小康网记者:“冬奥会创造了有史以来几个第一:第一次逾千辆燃料电池汽车集中运行,第一次在大型国际赛会上大规模使用氢能燃料电池汽车作为主运力,第一次国产自主化技术和国际一流品牌在同一赛道竞争,第一次新能源汽车在严寒冬天野外场地进行长达数月(包括热身赛)的服务。” 湖北新楚风汽车股份有限公司则凭借氢能转型,从濒临破产的绝境走上行业转型前沿,并于去年11月发布了全球首款正向研发的千公里续航气态氢能重卡。针对燃料电池商用车整车发展需要,新楚风新增加氢站、氢燃料发动机测试台架、焊装机器人等设施设备,具备了氢燃料电池商用车研发、生产、验证能力。 根据中汽协统计,2022年全年新能源汽车销量为688.7万辆,全年氢燃料电池汽车销量为3367辆,约占0.049%。2023年1—11月新能源汽车销量为830.4万辆,氢燃料电池汽车销量为3996辆,约占0.048%。造成这种现状的重要原因之一便是氢燃料电池的技术成熟度还不如锂电池,加之规模化程度不同,致使氢燃料电池成本当前高于锂电池成本。 相比于锂电池、镍氢电池等其他新能源电池,氢燃料电池具有氢储能能量密度高、零污染零排放、补给速度快、续航能力长、整车重量轻的优点。氢储量丰富,可从海水中开发。氢气热值大约是石油的3倍,产物却只有水,水可以再次分解氢。“氢燃料电池在使用寿命结束后,并不会对环境造成污染。而锂离子电池则含有很多重金属,如果回收不当,就会对环境造成污染。直接加氢耗时在5分钟左右,续航一般超过500公里,锂电池充电时间长,续航较短。在低温环境下,锂电池续航里程大打折扣,氢燃料电池则不受影响。”广州海珀特科技有限公司CMO段清泉说。相比于锂电池、镍氢电池等其他新能源电池,氢燃料电池具有氢储能能量密度高、零污染零排放、补给速度快、续航能力长、整车重量轻的优点。氢储量丰富,可从海水中开发。氢气热值大约是石油的3倍,产物却只有水,水可以再次分解氢。“氢燃料电池在使用寿命结束后,并不会对环境造成污染。而锂离子电池则含有很多重金属,如果回收不当,就会对环境造成污染。直接加氢耗时在5分钟左右,续航一般超过500公里,锂电池充电时间长,续航较短。在低温环境下,锂电池续航里程大打折扣,氢燃料电池则不受影响。”广州海珀特科技有限公司CMO段清泉说。 由此,加之技术的进步以及燃料电池关键卡脖子的“八大件”(电堆、膜电极、双极板、质子交换膜、催化剂、碳纸、空气压缩机、氢气循环系统)都有补贴等政策的推动,氢燃料电池汽车将在交通运输领域发挥更大的作用。柴茂荣建议,我国应该加快放开乘用车市场,通过规模化降成本和技术迭代,提高安全性、可靠性,这是非常重要的一点。“只有把乘用车发展起来,量才能上去,成本才能降下来。燃料电池汽车,乘用车是绕不开的路,因为它具备了电动车的电子化和燃油车的逆变器,等于前面是电动车,后面是燃油车,是这样一套装置,所以它具备燃油车的高安全性、低成本和加‘氢’速度快的优点,又有电动车的可靠性和长寿命、高环境适应性这些条件,从零下40℃到零上60℃,整个工作范围非常广,而且加速、启动非常快,这就是最大的特点。”同时他指出,我国交通前景将以重卡、公交为突破口,建立“柴”改“氢”的工业示范,布局加氢站,扩大氢能的利用规模,逐步拓展到乘用车领域,而且在船舶方面要开发新用途。 段清泉分析称,在面向全生命周期TVO最大化的前提下,未来相当长的时间内将坚持“宜电则电、宜氢则氢”场景原则,燃料电池和动力电池路线将会在商用车领域共存,但产值最大的公路物流,特别是高速、重载和长运距的公路干线物流是氢燃料电池绝对优势应用场景。“在2026年前以政策主导推动为主,2027—2030年政策和市场共同驱动,2030年后全面进入市场化驱动。保守估计在2030年,氢能车年销量突破8万台,保有量突破40万台;乐观估计在2030年,年销量突破40万台,保有量突破100万台。” 氢能未来可期 虽然氢能离大规模产业化尚有一定距离,但其行业发展、尤其是系统应用方面呈现出令人振奋的趋势。在小型交通设备的产业化应用上,广东蓝轩氢能科技有限公司近日实现了重大突破,成功研发了全球首例400w水冷型氢能两轮车。据悉,该车单次续航突破120公里,核心系统运行寿命突破1.5万瓦时,相关性能指标均达行业领先水平,可实现零碳排放,且比锂电更安全环保,比风冷氢能技术更稳定持久。这项国内领先技术成果已进入量产准备。与此同时,可用于快递等行业的蓝轩水冷型氢能三轮车也已研发成功。该系列产品的技术特点与产业化前景得到柴茂荣先生的高度赞誉。 根据《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,到2025年,我国将形成较为完善的氢能产业发展制度政策环境,产业创新能力显著提高,基本掌握核心技术和制造工艺,初步建立较为完整的供应链和产业体系。氢能示范应用取得明显成效,清洁能源制氢及氢能储运技术取得较大进展,市场竞争力大幅提升,初步建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系。燃料电池车辆保有量约5万辆,部署建设一批加氢站。可再生能源制氢量达到10万~20万吨/年,成为新增氢能消费的重要组成部分,实现二氧化碳减排 100万~200万吨/年。 到2030年,形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系,产业布局合理有序,可再生能源制氢广泛应用,有力支撑碳达峰目标实现。到2035年,形成氢能产业体系,构建涵盖交通、储能、工业等领域的多元氢能应用生态。可再生能源制氢在终端能源消费中的比重明显提升,对能源绿色转型发展起到重要支撑作用。 如何才能实现这些目标?柴茂荣认为,中国氢能发展的第一步是在10年到15年内把氢的应用链打通,提高氢能利用的经济性。第二步是把减碳作为目标,再用10年至15年的时间投资研发可再生电力制氢、热解制氢、光催化制氢等绿氢制取技术,降低这些技术路线的成本。第三步是以碳中和为目标,以整体性的视角规划中国新的能源体系,在适宜布局氢能的区域、产业进行相应的投资。“目前中国在氢能普及度上落后于日本、德国,未来衡量中国氢能是否普及的标志就是看氢能乘用车是否获得较大的市场,原因在于氢能车续航距离远,氢的成本将比油低。”柴茂荣预测,2060年前后中国的能源消费总量将比当前增加20%至30%,届时除电力外,氢能、热能也会是主要的能源供应来源。 段清泉分析称,氢能实现商业化的关键,从上游制氢来看,随着技术发展,绿氢成本逐步降低,有望突破氢能产业化的关键环节;从中游储运氢来看,需进一步推动产业化、技术革新,降低成本;从下游氢能应用来看,应推动在交通、工业、发电等领域的应用。 来源:《小康》· 中国小康网
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    • 中国证券报记者日前实地走访了长城汽车位于河北的氢能源技术中心了解到,经过5年的发展,长城汽车已累计投入20亿元用于氢能源研发,并将在2021年推出全球首款C级氢燃料电池SUV,落地全球首个完成100辆49吨氢能重卡应用项目。 石化燃料汽车尾气排放一直以来是环保治理的重点。随着我国碳达峰、碳中和目标的提出,加之“以奖代补”的政策支持,近年来,多家整车厂、零部件厂商纷纷入局国内氢燃料电池汽车行业。业内人士表示,尽管氢能源行业发展迅速,但氢燃料安全以及加氢站的建设依然是氢燃料电池汽车商业化的一大掣肘。 全场景应用“氢柠技术” 长城汽车氢能源技术中心位于河北保定,主要用作技术研发以及测试。据中国证券报记者了解,该技术中心的实验室占地面积约为2万平方米,拥有240台高精尖设备,可提供1045项分析和检测服务。 此外,技术中心还具有IV型氢瓶试制线、自动化电堆和膜电极产线、大功率动力系统和整车测试等,同时拥有大功率动力系统集成开发、整车安全及动力性测试能力。 据长城控股未势能源科技有限公司董事长张天羽介绍,截至目前,长城汽车已累计投入20亿元用于氢能领域研发,未来3年内,长城汽车还将继续投入超过30亿元研发费用,以达到万套产能规模。 据了解,长城汽车氢能战略涵盖了国际级“制-储-运-加-应用”一体化供应链生态,同时推出一套国际领先的车规级“氢动力系统”全场景应用解决方案——氢柠技术。 长城控股未势能源科技有限公司总裁陈雪松表示,氢柠技术可总结为“1+3+5”,即1整套车规级研发体系、3大技术平台和5大性能优势。 1整套车规级研发体系包含100多项企业标准、500多项硬件需求、5000多项软件需求、数千项检测和数万次试验。 3大技术平台主要涵盖氢电平台(HE)、电堆平台(HS)以及储氢平台(HP)。氢电平台重点围绕燃料电池发动机产品的动态特性,可进行在线故障诊断、在线远程升级,智能化控制等自主迭代研发;电堆技术涵盖大功率及高功率密度电堆设计和集成、高精密金属双极板、超薄石墨双极板及膜电极等核心技术和材料的开发;储氢技术主要核心部件的开发包括70MPa IV型储氢瓶、70MPa瓶口阀和减压阀,以及储氢系统的集成和控制,较国际主流品牌,具备体积小、重量轻、成本低的特点。 5大性能优势则主要是指高功率(>200kW)、高效率(>60%)、高温度(>100℃)、高耐久(>20000小时)以及高互联(新能源+智能互联)。 车企加速布局 中国氢能联盟2019年发布的《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》中提到,未来氢能将成为中国能源体系的重要组成部分,预计到2050年,氢能在中国能源体系中的占比约为10%,氢气需求量接近6000万吨,年经济产值超过10万亿元;交通运输、工业等领域将实现氢能普及应用,燃料电池车产量达到520万辆/年,固定式发电装置2万台套/年,燃料电池系统产能550万台套/年。 近年来,多家整车厂及零部件企业宣布进军氢燃料电池产业,氢能源汽车逐步进入量产阶段。 潍柴动力积极布局新能源动力总成业务。截至2021年3月,已有249辆氢燃料电池公交车装配有公司生产的氢燃料电池,在济南、潍坊、聊城、济宁、无锡等地已开通17条氢燃料公交专线,公司燃料电池产品已累计运营520万公里。 潍柴动力还计划投资37亿元投建氢燃料电池及关键零部件产业化项目(预计2022年建成)、固态氧化物燃料电池及关键零部件产业化项目(预计2024年建成)、燃料电池动力总成及核心零部件研发及制造能力建设项目(预计2024年建成)。 2009年,宇通客车开始研发第一代燃料电池客车,目前已完成第三代燃料电池客车的开发,并率先取得首个燃料电池商用车资质认证和产品公告,组建了行业首个氢能与燃料电池工程技术研究中心。截至2020年10月,投放在河南郑州的223辆氢燃料电池公交车累计安全运行超500万公里,创下中国氢燃料电池公交车安全运行里程纪录。 此外,零部件厂商亿华通、重塑股份等通过收购或自主研发的方式,在氢能源核心技术研发方面不断加码。 香颂资本董事沈萌称,氢燃料电池是未来清洁能源的重要成员之一。目前,国内氢能与氢燃料电池有很多企业投入研发,取得了一定的成果,但在大规模商业化应用方面仍有距离,在一些核心技术领域,如制氢、加氢、储存运输安全等方面仍处于技术攻关、场景落地和降成本的过程中。 “以奖代补”政策支持 新能源行业分析师杨藻表示,从产业链调研来看,氢能源发展的核心是需要解决氢气来源和加氢站建设问题,其中包含相关政策法规的支持以及商业模式的完善。 2020年9月,财政部、工业和信息化部、科技部、发改委、国家能源局联合发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》(简称《通知》),针对产业发展现状,五部门将对燃料电池汽车提供示范应用政策支持,对符合条件的城市群开展燃料电池汽车关键核心技术产业化攻关和示范应用给予奖励,形成布局合理、各有侧重、协同推进的燃料电池汽车发展新模式。 《通知》显示,示范期暂定为四年,五部门将采取“以奖代补”方式,对入围示范的城市群按照其目标完成情况给予奖励。 另据补贴政策,加入示范城市群的城市四年内应推广超过1000辆达到相关技术指标的燃料电池汽车,平均单车累积用氢运营里程超过3万公里,同时建成并投运标准加氢站15座。 新源动力股份有限公司总经理刘常福对中国证券报记者表示:“国家相关部委出台了‘以奖代补’的政策,对加快燃料电池技术在交通运输领域的商业化、推动燃料电池产业链发展有促进作用。但同时,政策红利对燃料电池企业也是一个大浪淘沙的过程。四年的政策窗口期,会淘汰技术落后、成本过高的企业,优势资源将集中,有利于行业技术进步。”