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国内氢能与新万博app下载发展现状及分析

日期:2019/8/22 10:34:38
1、国内氢能产业链的结构分析

氢能产业链主要包括:氢的制取、储存、运输和应用等环节。氢既可广泛应用于传统领域,又可应用于新兴的氢能车辆(包括乘用车、商用车、物流车、叉车、轨道车等)以及氢能发电(包括热电联供分布式发电、发电储能、备用电源等)。为加快发展中国的氢能产业,依据目前的资源条件和能源产业状况,应在加强氢安全的基础上,积极推行氢源多元化及氢能多元化和规模化应用。

我国近年来每年纯度99%以上氢气的使用量约700亿立方米(约600万吨),年产值1200亿元人民币以上。目前国内发展氢能的生产方式,主要有煤制氢、天然气制氢和工业副产氢,其中工业副产氢追溯其上游一次能源主要还是煤和天然气。因此,目前国内氢能生产主要还是依靠化石能源,而电解水制氢仅占比2%—4%,占比较为有限。对于氢能的消费,国内大约90%或更多纯度99%左右的氢气都用于炼化产品生产过程中的加氢,以及合成氨、合成甲醇、石油炼化等化工领域,仅有2%—4%的氢气作为工业气体用于冶金、钢铁、电子、建材、精细化工等行业的还原气、保护气、反应气等,而在新万博app下载汽车领域氢能的利用更少。总体看,目前我国具备一定的氢工业基础,但是仍然还是以工业原料为主。氢作为能源消费的市场规模依然较小。

在氢能和新万博app下载发展方面,我国也一直不落后。2016年10月,中国标准化研究院资源与环境分院和中国电器工业协会发布的《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》首次提出了我国氢能产业的发展路线图(表1)。对我国中长期加氢站和新万博app下载车辆发展目标进行了规划。《中国制造2025》明确提出新万博app下载汽车发展规划,更是将发展氢新万博app下载提升到了战略高度。目前不论是国内的氢能技术,还是氢能产业基础,虽然都具有一定的战略规模,但是与国际最先进水平还有一定的差距。

2、我国新万博app下载产业和技术发展现状

国内新万博app下载产业化现状及问题
在我国中东部沿海经济、技术实力较强的珠三角、长三角和北京等地区,聚集了我国新万博app下载发展的主要企业。并且,近2年新万博app下载投资热度升温,由几年前的数家发展到现在的近千家新万博app下载企业。与国外丰田、现代等新万博app下载生产企业发展路线不同,中国氢新万博app下载汽车企业主要分布在商用车领域——氢新万博app下载商用车已实现量产。氢新万博app下载乘用车还处于示范运行阶段,其中上汽集团对新万博app下载乘用车投入力度最大,2017年发布国内第一款商业化新万博app下载轻型客车——大通V80。新万博app下载叉车方面,我国已有东莞氢宇等企业布局,随着氢能市场不断成熟,我国叉车市场会是新万博app下载另一个巨大的应用场景。

加氢站方面,目前我国已形成了一批从加氢站设计到运营的企业,这些企业主要集中在北上广地区。目前我国制氢、储氢、加氢等环节的关键核心设备,还不能全部“国产化”,成本难降。我国建成可运行加氢站12个,在建19个,典型代表北京永丰加氢站和上海安亭加氢站均从国外引进核心设备和技术咨询服务。我国示范性加氢站及新万博app下载客车车载供氢系统尚处于35兆帕压力技术水平。为与客车配***有加氢站采用45兆帕隔膜式压缩机、45兆帕储氢罐和35兆帕氢气加注机等设备,压力标准提升还有待未来70兆帕新万博app下载汽车普及。

国内新万博app下载技术现状及问题
在系统方面,国内新万博app下载开发以车用质子交换膜新万博app下载为主,已经具有系统自主开发能力且生产能力较强。以新源动力、亿华通、氟尔赛、重塑科技和国鸿重塑为代表的企业,具备年产万台新万博app下载系统的批量生产能力。然而在新万博app下载系统关键零部件方面,中国与国际先进水平差距较大,基本没有成熟产品。

在电堆方面,国内新万博app下载电堆正在逐渐起步,电堆及产业链企业数量逐渐增长,产能量级提升,到2018年国内电堆产能超过40万千瓦。目前,国内电堆厂商主要有两类:①自主研发,以新源动力、神力科技和明天氢能为代表;②引进国外成熟电堆技术,以广东国鸿为代表,其余企业有潍柴动力、南通百应等。

在双极板方面,由于机加工石墨板成本高,复合材料双极板近年来开始走向应用,如石墨/树脂复合材料、膨胀石墨/树脂复合材料、不锈钢/石墨复合材料等。国内新源动力开发的不锈钢/石墨复合双极板电堆已经应用于上汽大通V80轻型客车上。广东国鸿引进加拿大Ballard公司膨胀石墨/树脂复合双极板生产技术,生产电堆已经装备数百辆新万博app下载车。乘用车新万博app下载具有高能量密度需求,金属双极板相较于石墨及复合双极板具有明显优势。金属双极板的设计及加工技术主要掌握在国外企业,国内企业尚处于小规模开发阶段,但是明天氢能科技公司正在建设年产万台级自动化生产线。

在膜电极方面,以新源动力、武汉理工新能源为代表,初步具备了不同程度的生产线,年产能在数千平方米到万平方米,但还需要开发以狭缝涂布为代表的大批量生产技术。市场上主要生产全氟磺酸膜的企业主要来自于美国、日本、加拿大及中国。我国已具备质子交换膜国产化能力,山东东岳集团质子交换膜性能出色,具备规模化生产能力。目前,东岳DF260膜厚度可做到15μm,在OCV情况下耐久性大于600小时。

在催化剂方面,海外企业领先,国内正起步。国内尚处于研究阶段的单位有两类:①国内企业,如贵研铂业。贵研铂业主营汽车尾气铂催化剂,和上汽共同研发新万博app下载催化剂。②研究机构,如中国科学院大连化学物理研究所、上海交通大学、清华大学等。例如,中国科学院大连化学物理研究所制备的Pt3Pd/C合金催化剂,已应用于新源动力生产的新万博app下载发动机。

在碳纸产品方面,主要由日本Toray公司等几个国际大生产商垄断,国内碳纸产品尚处于研发及小规模生产阶段。

在系统部件方面,氢气循环泵主要依赖进口,空压机还没有能够大批量生产,缺少低功耗高速无油空压机产品。

总而言之,我国在整车、系统和电堆方面均已有所布局,但零部件方面的相关企业仍较少,特别是最基本的关键材料和部件,如质子交换膜、碳纸、催化剂、空压机、氢气循环泵等;国内虽有相关企业开始介入,但与国际先进产品相比,可靠性和耐久性仍存在较大差距,大部分关键零部件及关键材料仍依赖进口。

3、国内氢能新万博app下载存在的问题及对策

关键材料与核心部件缺少批量生产技术
近年来,我国氢能新万博app下载技术整体上取得了长足的发展,但关键材料、核心部件的批量生产技术尚未形成,催化剂、隔膜、碳纸、空压机、氢气循环泵等仍主要依靠进口,这严重制约了我国氢能新万博app下载产业的自主可控发展。应当看到,我国在高活性催化剂、高强度高质子电导率复合膜、碳纸、低铂电极、高功率密度双极板等方面的技术水平目前已经达到甚至超过了国外的商业化产品,但多停留于实验室和样品阶段,还没有形成大批量生产技术。因此,亟待加强上述关键材料核心部件的技术转化,加快形成具有完全自主知识产权的批量制备技术和建立产品生产线,全面实现关键材料核心部件的国产化与批量生产。同时,进一步提高电堆比功率,降低电堆铂用量,才能大幅降低新万博app下载产品的成本。

电堆和系统可靠性与耐久性有待提高
目前,我国新万博app下载堆和系统可靠性与耐久性等与国际先进水平仍存在差距,在全工况下的可靠性与耐久性有待提高。新万博app下载系统可靠性与寿命不完全由电堆决定,还依赖于系统配套,包括燃料供给、氧化剂供给、水热管理和电控等。因此,需加强新万博app下载系统整体的过程机理及控制策略研究。这方面我国已取得一定的成果,如中国科学院大连化学物理研究所采用“电-电”混合的基础上,还采用限电位控制、膜电极在线水监测、氢侧循环等控制策略和技术方法,有效提升了新万博app下载系统的寿命和耐久性。因此,应在已有基础上,进一步加强车载工况、低温、杂质等实际运行环境下的衰减机理与环境适应性研究,大幅提升新万博app下载产品的可靠性与耐久性。

加氢站建设成本高、加氢费用高
目前,加氢站建设成本高,氢气运输成本较高,造成加氢费用高,同时加氢站等基础设施不完善,直接制约了氢新万博app下载汽车的发展、商业化示范运行和大规模应用。加快加氢站建设,建立其建设审批程序和运营监管标准成为当务之急。通过加强加氢站关键材料、核心部件及技术国产化,进一步降低加氢站建设成本。通过发展氢储运技术,如液氢储运、氢的管道运输以及新型储氢材料如有机液体储氢等,降低氢气储运成本。在此基础上,通过选择有廉价氢源的地区先行开展氢新万博app下载汽车的商业化运营,将有效地促进加氢站技术的提升和逐步降低氢气使用成本,进而通过技术提升、市场辐射,带动我国氢能新万博app下载产业的整体技术进步和产业发展。此外,对于暂时无加氢站或边远地区不宜建加氢站的情况,车载甲醇制氢的新万博app下载车具有一定优势,可以进行示范。同时,也应布点发展汽柴油车载制氢技术,为发展特种应用的新万博app下载车奠定基础。

技术标准、检测体系不健全、不完善
目前氢能新万博app下载方面的标准远不能满足产业快速发展的需求,表现在支撑行业发展的氢制备、储运、加注及实际工况下氢新万博app下载从部件到系统的评价检测体系等仍不健全,使得产业全链条下的产品推广受到严重的制约和限制。亟待完善氢能新万博app下载技术标准体系,建立完整的材料、部件、系统的有效检测体系,为氢能新万博app下载的技术发展、产品应用提供基础保障。
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