中国大力发展氢能利用与燃料电池的关键技术难题是什么

2019-05-08      1586 次浏览

1、中日韩均在氢能利用上齐发力

2018年日本公布了第五期的《能源基本计划》,提出了2030年与2050年的能源中长期发展战略规划,明确了未来发展方向是缩减核电,降低化石能源依赖度,举全国之力加快发展可再生能源,推进日本能源转型。

日本的能源资源严重依赖于海外供给,国家面临着较大的能源风险。2011年的核电事故导致核电发展停滞,日本能源自给率从2010年度的20%降至2015年度的7%左右。目前,日本电能难以作为能源供应的主力,日本将氢能作为一种清洁的二次能源,并构建氢能从制备到储存再到运输和利用的国际产业链,因此氢能对于日本来说有着很高的战略价值。日本一直在积极推进氢燃料发电、氢燃料汽车发展。

2019年初,韩国政府发布"氢能经济发展路线图",计划到2025年建成10万辆氢燃料车生产体系。韩国政府计划到2019年底,在国内普及4000辆以上氢燃料电池汽车;到2025年,建立年产量10万辆氢燃料电池汽车的生产体系;到2040年,将分阶段生产620万辆氢燃料电池汽车。力争到2022年有2000辆、到2040年有4万辆氢燃料电池公交车投入使用。

韩国也是能源对外依赖度较高的国家,并大力发展替代能源,但发展速度缓慢。能源安全问题较为突出。韩国近年来用电量持续上升,2014年能源依赖度近80%,因此韩国政府希望大幅提升替代能源,2009年在首尔计划推广氢燃料电池的使用,数据显示。2009年以来,韩国替代能源和核电用电量增长并不快,至2014年仅占全国用电量的15.5%,较2009年的16.5%反倒有所降低。

我国是能源消耗大国,对外依赖度也在不断攀升,寻找并建设替代能源体系也是国家面临的重大课题。3月19日国务院在政府工作报告中提出"推进充电、加氢等设施建设",此后各级政府及相关部门出台配套政策,积极推动燃料电池的进步4月23日,工信部表态将联合有关部门开展氢燃料电池汽车的示范运行。

汽车工业领域,我国选择了新能源汽车的技术路线,以实现弯道超车的愿景,尤其是在大力发展纯电动汽车,尤其是2018年成为全球增长最快的国家,纯电动汽车达到120万辆。而把燃料电池车作为电动汽车的补充。2017年,中国汽车工程学会发布《节能与新能源汽车技术路线图》,明确了中国燃料电池汽车的发展目标——2020、2025和2030年燃料电池车目标保有量分别为5000辆、5万辆和百万辆。

2、中国氢能利用中的核心障碍

储氢罐材料技术我国正处于研发阶段

目前国外车载储氢罐压强已经达到70MPa,质量储氢密度达到5.7%,相应的氢燃料电池汽车最高续航里程可达600公里;而国内车载储氢瓶的压强普遍为35MPa,质量储氢密度在3%左右,相应的续航里程约为400公里。差距的关键主要在于储氢罐材料。目前国内储氢瓶多是金属内胆,技术升级方向是"全复合轻质纤维缠绕储氢罐"。这是未来氢燃料电池汽车的储氢技术的方向。目前只有日本丰田公司和挪威Hexagon公司的全复合纤维缠绕储氢瓶进入商业化阶段,其他各国还尚未完全进入商业化阶段。

加氢站是氢燃料电池汽车发展的重要技术条件

中国正在加速加氢站建设,数据显示,截止到2018年底,全球加氢站达370座。:欧洲152座,亚洲136座,北美78座。分国家来看,日、德、美前三,中国第四。其中日本、德国和美国加氢站共有198座,占全球总数的54%,因此可以看出美日德在氢能与燃料电池技术领域处于绝对领先地位。

我国加氢站数量与发达国家存在较大差距,主是成本问题。加氢站系统的三大核心设备为:氢气压缩机、储氢系统、氢气加注机。根据测算,对于一个日加氢量为200kg的串级高压储氢加氢站,其成本结构中,占比最大的是压缩机(42%),其次是低压日储氢罐(13%),冷却装置(11%),高压储氢罐(6%),注氢设备(5%)。

核心设备严重依赖进口,需要通过国产化降低成本

目前国内加氢站核心设备研发还处于起步阶段,核心设备大部分还要依靠进口,以高压氢气压缩机系统为例,国内的氢气压缩机企业较多,但输出压力大部分在30MPa以下,仅能生产用于石油、化工领域的工业氢气压缩机,无法满足加氢站技术要求。我国加氢站核心设备研发处于起步阶段,随着未来技术的成熟,核心设备国产化将有助于降低加氢站成本。

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