鉅大LARGE | 點擊量:1610次 | 2019年05月08日
中國大力發(fā)展氫能利用與燃料電池的關鍵技術難題是什么
1、中日韓均在氫能利用上齊發(fā)力
2018年日本公布了第五期的《能源基本計劃》,提出了2030年與2050年的能源中長期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃,明確了未來發(fā)展方向是縮減核電,降低化石能源依賴度,舉全國之力加快發(fā)展可再生能源,推進日本能源轉型。
日本的能源資源嚴重依賴于海外供給,國家面臨著較大的能源風險。2011年的核電事故導致核電發(fā)展停滯,日本能源自給率從2010年度的20%降至2015年度的7%左右。目前,日本電能難以作為能源供應的主力,日本將氫能作為一種清潔的二次能源,并構建氫能從制備到儲存再到運輸和利用的國際產(chǎn)業(yè)鏈,因此氫能對于日本來說有著很高的戰(zhàn)略價值。日本一直在積極推進氫燃料發(fā)電、氫燃料汽車發(fā)展。
2019年初,韓國政府發(fā)布"氫能經(jīng)濟發(fā)展路線圖",計劃到2025年建成10萬輛氫燃料車生產(chǎn)體系。韓國政府計劃到2019年底,在國內(nèi)普及4000輛以上氫燃料電池汽車;到2025年,建立年產(chǎn)量10萬輛氫燃料電池汽車的生產(chǎn)體系;到2040年,將分階段生產(chǎn)620萬輛氫燃料電池汽車。力爭到2022年有2000輛、到2040年有4萬輛氫燃料電池公交車投入使用。
韓國也是能源對外依賴度較高的國家,并大力發(fā)展替代能源,但發(fā)展速度緩慢。能源安全問題較為突出。韓國近年來用電量持續(xù)上升,2014年能源依賴度近80%,因此韓國政府希望大幅提升替代能源,2009年在首爾計劃推廣氫燃料電池的使用,數(shù)據(jù)顯示。2009年以來,韓國替代能源和核電用電量增長并不快,至2014年僅占全國用電量的15.5%,較2009年的16.5%反倒有所降低。
我國是能源消耗大國,對外依賴度也在不斷攀升,尋找并建設替代能源體系也是國家面臨的重大課題。3月19日國務院在政府工作報告中提出"推進充電、加氫等設施建設",此后各級政府及相關部門出臺配套政策,積極推動燃料電池的進步4月23日,工信部表態(tài)將聯(lián)合有關部門開展氫燃料電池汽車的示范運行。
汽車工業(yè)領域,我國選擇了新能源汽車的技術路線,以實現(xiàn)彎道超車的愿景,尤其是在大力發(fā)展純電動汽車,尤其是2018年成為全球增長最快的國家,純電動汽車達到120萬輛。而把燃料電池車作為電動汽車的補充。2017年,中國汽車工程學會發(fā)布《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》,明確了中國燃料電池汽車的發(fā)展目標——2020、2025和2030年燃料電池車目標保有量分別為5000輛、5萬輛和百萬輛。
2、中國氫能利用中的核心障礙
儲氫罐材料技術我國正處于研發(fā)階段
目前國外車載儲氫罐壓強已經(jīng)達到70MPa,質量儲氫密度達到5.7%,相應的氫燃料電池汽車最高續(xù)航里程可達600公里;而國內(nèi)車載儲氫瓶的壓強普遍為35MPa,質量儲氫密度在3%左右,相應的續(xù)航里程約為400公里。差距的關鍵主要在于儲氫罐材料。目前國內(nèi)儲氫瓶多是金屬內(nèi)膽,技術升級方向是"全復合輕質纖維纏繞儲氫罐"。這是未來氫燃料電池汽車的儲氫技術的方向。目前只有日本豐田公司和挪威Hexagon公司的全復合纖維纏繞儲氫瓶進入商業(yè)化階段,其他各國還尚未完全進入商業(yè)化階段。
加氫站是氫燃料電池汽車發(fā)展的重要技術條件
中國正在加速加氫站建設,數(shù)據(jù)顯示,截止到2018年底,全球加氫站達370座。:歐洲152座,亞洲136座,北美78座。分國家來看,日、德、美前三,中國第四。其中日本、德國和美國加氫站共有198座,占全球總數(shù)的54%,因此可以看出美日德在氫能與燃料電池技術領域處于絕對領先地位。
我國加氫站數(shù)量與發(fā)達國家存在較大差距,主是成本問題。加氫站系統(tǒng)的三大核心設備為:氫氣壓縮機、儲氫系統(tǒng)、氫氣加注機。根據(jù)測算,對于一個日加氫量為200kg的串級高壓儲氫加氫站,其成本結構中,占比最大的是壓縮機(42%),其次是低壓日儲氫罐(13%),冷卻裝置(11%),高壓儲氫罐(6%),注氫設備(5%)。
核心設備嚴重依賴進口,需要通過國產(chǎn)化降低成本
目前國內(nèi)加氫站核心設備研發(fā)還處于起步階段,核心設備大部分還要依靠進口,以高壓氫氣壓縮機系統(tǒng)為例,國內(nèi)的氫氣壓縮機企業(yè)較多,但輸出壓力大部分在30MPa以下,僅能生產(chǎn)用于石油、化工領域的工業(yè)氫氣壓縮機,無法滿足加氫站技術要求。我國加氫站核心設備研發(fā)處于起步階段,隨著未來技術的成熟,核心設備國產(chǎn)化將有助于降低加氫站成本。