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一文看懂中国与海外氢燃料电池产业的差异
发布时间:2019-06-03 14:48:00

一文看懂中国与海外氢燃料电池产业的差异


燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直叫—换成电能的化学安装,又称电化学发电器。氢燃料电池是将氢气举措燃料气催化剂感化下与氧气爆发反响发生电流和热量的一种安装。


燃料电池因为其燃料气根源丰厚、服从高、无噪声、无污染的优点,从节省能源和维护生态状况的角度来看是最有开展出路的发电技能。下图为氢燃料电池义务原理。


图1 氢燃料电池发电原理


燃料电池发电运用方面,由一组电极和电解质板构成的单体燃料电池义务时的输出电压较低,电流密度较小,为取得高的电压和功率,一般将众个单电池串联,构成燃料电池电堆。


精细说,便是由双极板与膜电极瓜代叠合变成单体电池,单体电池之间嵌入密封件,经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢,即构成电堆。


于是燃料电池电堆葱¢成上分为单电池和端板,单电池由双极板、垫圈/密封圈和膜电极构成(MEA),膜电极又由质子交换膜、催化剂层和气体扩散层构成,此中膜电极(MEA)是燃料电池中最为中心的要害。



图2 燃料电池电堆构成


氢燃料电池不卡的在线欧洲AV网站中,上游主要为氢的制取;中游主要为氢的储运、加氢站以及燃料电池电堆,电堆与空压机、储氢瓶体系、氢气轮回泵等其他组件构成燃料电池动力体系;卑鄙则是氢燃料电池交通范畴和备用电源范畴的运用,主要包罗客车、轿车、叉车、固定式电源和便携式电源等。


目今,氢燃料电池产业我国开展极为疾速,各地都鼎力促进,呈到处开花之势。可是我国众地构造氢燃料电池产业主要以整车拼装(目前主要以啥菝车为主)、树模运营为主,产业中十分主要的储氢及燃料电池等中心技能,我国企业构造较少。


清华大学核能与新能源技能研讨院传授王诚曾一次访道中道到:“我们国内有的做电堆的企业号称很大,但通通的原材料都依赖进口,国内公司主要做拼装,买来膜和催化剂,再拼装。要害技能和原材料都被海外垄断。”


我国与海外氢燃料电池产业方面总体来说照旧有很大的差异,下外为国表里氢燃料电池产业中心目标的比照,并后半部分对各个目标举行了简明阐明。


外1 国表里氢燃料电池产业中心目标比照


材料根源:公然材料拾掇


氢气的制取


目前我国制氢方法主要有化石燃料制氢、工业副产氢和水电解制氢,海外制氢方法和我国制氢品种差别不大。国内阵势部的氢气产能根源于化石燃料制氢(煤制氢)和化工副产氢(石油炼化、氯碱副产、乙烷裂解和丙烷脱氢等),海外氢气产能重假如自然气重整制氢和电解水制氢。国内制氢企业主要有国家能源集团、中国石化、中国石油等,海外具有代外性的公司有美国气氛产品公司、德国鲁奇、法液空、林德气体等。


从氢燃料电池产业运用方面思索,氢气的品直鹆关主要,氢气纯度越高,其燃料电池的服从越高。目前,种种制氢方法中电解水制氢发生的氢气纯度最高,可以抵达99.99%。


电解水制氢方面,我国具有天下上最大的风能和光伏装机,发电量稳居举世第一,但同时我国每年弃风、弃光较为告急,仅弃风电制氢就可以供100万辆车运用,弃光电制氢可供140万辆车运用。于是我国未来应用可再生能源制氢的空间庞大。


氢气储运


氢气储存方法主要有高压储氢、液体储氢、金属氢化物储氢、有机氢化物储氢等。氢气输送方法主要有气氢拖车、液氢槽罐车以及管道运输氢气。


目前我国储氢主要依托压缩机将氢气压缩到储氢瓶中,然后应用集装格和长管拖车等东西举行运输,长管拖车运输配备产业较为成熟,储氢瓶压力众为30MPa;国内目前液氢储氢方面十分单薄,少量液氢仅用于航天及军事范畴,更缺乏液氢槽罐车等运输东西,全体上我国液氢技能、液氢工场、相关产业化上确实都是空白。金属氢化物储氢和有机氢化物储氢均处于实行室阶段;管道运输氢气目前国内不可熟,中石化曾2016年河南省济源市工业园区-洛阳市祥瑞区修成了氢气管道。


海外主流的储氢方法重假如高压气氢和低温液氢,与我国差别的是,海外的高压气氢压力抵达了70MPa,液氢储运也较为成熟,日、美、德等国已将液氢的运输资本低沉到高压氢气的八分之一。


外2 国内外相关公司储氢瓶目标比照


从技能角度上来说,液态氢的密度是气体氢的845倍,相较于氢气高压储运,低温液态储氢可以大大进步氢气密度,低沉储运资本,氢气纯度也可以液化进程中大大进步,从而包管了燃料电池的寿命和功用。跟着氢燃料电池汽车的普及,大范围储运氢的偏向之一便是液氢储运。


目前国内生产高压储氢瓶的企业有京城股份、中材科技、中集安瑞科等,举行液氢构造的企业有中航101所、中科富海、富瑞氢能等。


加氢站


举措给燃料电池汽车供应氢气的根底方法,加氢站关于氢燃料电池汽车产业的开展至关主要的。


举世具有加氢站的国家以及数目区分是日本(96座)、德国(60座)、美国(42座)、中国(23座)、法国(19座)、英国(17座)、韩国(14座)、丹麦(11座)。日本、德国和美国加氢站共有198座,占举世总数的54%。



图3 天下各国加氢站数目


目前举世近400座加氢站中,有三分之一以上为液氢加氢站,遍布日本、美国及法国墟市。


日本,岩谷产业公司曾经胜利修立了16座液氢加氢站,美国液氢加氢站的修设企业以Plug power、Air product 公司为主,法国墟市的液氢加氢站修设企业重假如林德公司。我国的液氢工场还处为航天火箭发射效劳的阶段,受法例所限,还无法运用于民用范畴。


燃料电池体系


燃料电池体系主要由燃料电池与空压机、储氢瓶体系、氢气轮回泵、气氛压缩机等构成,此中燃料电池电堆更是体系中最为要害的中心要害,直接决议了燃料电池汽车的质料。


一般而言,燃料电池功用的优劣可以通过电堆体积功率密度、质料功率密度、燃料电池体系功率、燃料电池催化剂用量、燃料电池车载工况寿命、0-100米加速功用、低温启动功用来断定。


功率密度是指燃料电池能输出最大的功率除以通通燃料电池体系的重量或体积,单位是瓦/公斤或瓦/升。从文中外1可以看出,我国燃料电池无论是体积功率密度照旧质料功率密度与海外差异分明。燃料电池体系功率国内目前成熟的仅为30KW,海外丰田的燃料电池汽车可以抵达114KW。


铂举措燃料电池的催化剂可以催化氢气和氧气的反响,以帮帮将燃料气通过反响转化为电能,因为铂关于燃料电池的主要性以及其本身腾贵的价钱(约200元/克),于是燃料汽车铂载量关于整车的价钱影响庞大,依据外1,国内燃料电池铂载量约为0.6g/kw,海外可以抵达0.19g/kw,差异分明。


燃料电池寿命也便是耐久性方面,虽然国内许众企业开辟的燃料电池电堆实行运转时寿命可以抵达接近10000小时,可是燃料电池车用工况下会衰减,通过外1可以看出,我国客车车载工况寿命为3000-5000小时,海外美国Van Hool曾经抵达了18000小时;轿车方面国内为2000小时,海外包罗丰田、当代、通用和飞驰等均超越了5000小时。


跟纯电动汽车比较,燃料电池汽车更适用于北方低温都会。中国电动汽车百人会施行副理事长、中国科学院院士欧阳明高外示,“低温状况下电池因为极化启事会使汽车续驶里程大大下降,同时另有取暖题目,而燃料电池更容易完成,纯电动相对来说难度就比较大。”


于是低温功用关于燃料电池汽车十分主要,通过外1可以看出,国内燃料电池汽车低温启动温度-20℃~-10℃之间,海外丰田、本田和当代均可以抵达-30℃。


氢气轮回泵及压缩机


为了避免与氧气爆发化学反响的氢气排出,以包管氢燃料电池的运用寿命,氢燃料电池内部的氧气与氢气爆发化学反响后,需求通过氢气轮回泵将众余的氢气接纳。目前,氢气轮回泵的转动轴与电机驱动端接触,并通过密封件密封,通过电机的驱动端驱动氢气轮回泵义务。


目前我国氢气轮回泵依赖进口,美国Park公司开辟氢气轮回泵可用于差别的氢燃料电池汽车,国内没有可以交换的产品,主要时因为氢气轮回泵的氢气密封和水汽腐化和挫折题目难以办理,海外也仅有几家可以供应办理方案。国内目前尚未有厂家举行产品研发,可是曾经睁开了根底研讨。


气氛压缩机是车用燃料电池阴极供应气(氧气)体系的主要部件,通过对气氛举行增压,可以进步燃料电池的功率密度和服从,淘汰燃料电池体系的尺寸。


21世纪初,而美国能源部支撑了AD Little Inc.、Honeywell等企业举行研发和生产,瑞典的Opcon 公司对众种压缩机举行了开辟。目前最为典范的时Honeywell的离心式压缩机和Opcon的双螺杆压缩机,二者曾经达了实行请求,已众款燃料电池体系中举行了长时间运转。


国内目前有广顺新能源动力、福修雪人股份、德燃动力体系等企业举行开辟,目前均处于计划研发的初级阶段,而且没有将电机极其掌握器举行集成计划和优化,牢靠性和耐久性另有待于进步。


外3 国表里燃料电池用空压机比照


   


交通范畴及电源运用


交通范畴,依据中国汽车协会的数据,2018年燃料电池上牌车辆抵达了1600辆,本年1-4缘垒出售273辆,同比增加289.8%,截至到本年4缘垒,累计燃料电池汽车为1873辆,且众为公交车和客车,轿车方面还未有上市品牌。


海外燃料电池车运用数目最众的为美国和日本。截至到目前为止,美国燃料电池乘用车合计为6307辆,车型较为丰厚包罗轿车(阵势部为丰田Mirai)、公交车、物流车、重载车以及叉车。


日本燃料电池车主要有:15辆燃料电池公交东京平常运转、3000辆燃料电池乘用车、100做加氢站运营、140辆燃料电池叉车。


燃料电池电源运用方面重假如分布式燃料电池体系,目前我国并未有成熟运用案例。


分布式燃料电池体系目前分为重整制氢式燃料电池体系(众以自然气为原料)以及纯氢燃料电池体系。近年来,前者欧洲、美国及日本开展迅猛,尤以日本的普及率最高。


日本家用分布式燃料电池体系(ENE-FARM)是可以同时发生电力和热水的供应体系,其可以供应最大功率为0.75KW的电能(无论白天照旧夜晚)。截至 2016 年末日本曾经累计推行 20 万台 ,2016 年末的售价为 127 万日元(约为 7.5 万元大众币)。


日本,导入家用燃料电池体系后可将能源应用率进步约95%,并可不受限于气候状况,稳定地继续发电。据爱信精机公司统计,运用家用燃料电池(ENE.FRam TYPES)后,日本家庭置办电力气下降约80%。


稿件根源: 第一元素网
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