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一文看懂中國與國外氫燃料電池產業的差距

   【壓縮機網】從技術角度上來說,液態氫的密度是氣體氫的845倍,相較于氫氣高壓儲運,低溫液態儲氫可以大大提高氫氣密度,降低儲運成本,氫氣純度也可以在液化過程中大大提高,從而保證了燃料電池的壽命和性能。隨著氫燃料電池汽車的普及,大規模儲運氫的方向之一就是液氫儲運。
  目前國內生產高壓儲氫瓶的企業有京城股份、中材科技、中集安瑞科等,進行液氫布局的企業有中航101所、中科富海、富瑞氫能等。
  加氫站
  作為給燃料電池汽車提供氫氣的基礎設施,加氫站對于氫燃料電池汽車產業的發展至關重要的。
  全球擁有加氫站的國家以及數量分別是日本(96座)、德國(60座)、美國(42座)、中國(23座)、法國(19座)、英國(17座)、韓國(14座)、丹麥(11座)。日本、德國和美國加氫站共有198座,占全球總數的54%。
 
  一文看懂中國與國外氫燃料電池產業的差距
 
  圖3 世界各國加氫站數量
 
  目前全球近400座加氫站中,有三分之一以上為液氫加氫站,遍布日本、美國及法國市場。
  在日本,巖谷產業公司已經成功建立了16座液氫加氫站,美國液氫加氫站的建設企業以Plug power、Air product 公司為主,法國市場的液氫加氫站建設企業主要是林德公司。我國的液氫工廠還處在為航天火箭發射服務的階段,受法規所限,還無法應用于民用領域。
  燃料電池系統
  燃料電池系統主要由燃料電池與空壓機、儲氫瓶系統、氫氣循環、空氣壓縮機等組成,其中燃料電池電堆更是系統中最為關鍵的核心環節,直接決定了燃料電池汽車的質量。
  一般而言,燃料電池性能的好壞可以通過電堆體積功率密度、質量功率密度、燃料電池系統功率、燃料電池催化劑用量、燃料電池車載工況壽命、0-100米加速性能、低溫啟動性能來判定。
  功率密度是指燃料電池能輸出最大的功率除以整個燃料電池系統的重量或體積,單位是瓦/公斤或瓦/升。從文中表1可以看出,我國燃料電池無論是體積功率密度還是質量功率密度與國外差距明顯。燃料電池系統功率國內目前成熟的僅為30KW,國外豐田的燃料電池汽車可以達到114KW。
  鉑作為燃料電池的催化劑可以催化氫氣和氧氣的反應,以幫助將燃料氣通過反應轉化為電能,由于鉑對于燃料電池的重要性以及其自身昂貴的價格(約200元/克),因此燃料汽車鉑載量對于整車的價格影響重大,根據表1,國內燃料電池鉑載量約為0.6g/kw,國外可以達到0.19g/kw,差距明顯。
  在燃料電池壽命也就是耐久性方面,雖然國內很多企業開發的燃料電池電堆在實驗運行時壽命可以達到接近10000小時,但是燃料電池在車用工況下會衰減,通過表1可以看出,我國客車車載工況壽命為3000-5000小時,國外美國Van Hool已經達到了18000小時;轎車方面國內為2000小時,國外包括豐田、現代、通用和奔馳等均超過了5000小時。
  跟純電動汽車相比,燃料電池汽車更適用于北方低溫城市。中國電動汽車百人會執行副理事長、中國科學院院士歐陽明高表示,“在低溫環境下電池由于極化原因會使汽車續駛里程大大下降,同時還有取暖問題,而燃料電池更容易實現,純電動相對來說難度就比較大。”
  因此低溫性能對于燃料電池汽車非常重要,通過表1可以看出,國內燃料電池汽車低溫啟動溫度在-20℃~-10℃之間,國外豐田、本田和現代均可以達到-30℃。
  氫氣循環壓縮機
  為了防止與氧氣發生化學反應的氫氣排出,以保證氫燃料電池的使用壽命,在氫燃料電池內部的氧氣與氫氣發生化學反應后,需要通過氫氣循環泵將多余的氫氣回收。目前,氫氣循環泵的轉動軸與電機驅動端接觸,并通過密封件密封,通過電機的驅動端驅動氫氣循環泵工作。
  目前我國氫氣循環泵依賴進口,美國Park公司開發氫氣循環泵可用于不同的氫燃料電池汽車,國內沒有可以替代的產品,主要時由于氫氣循環泵的氫氣密封和水汽腐蝕和沖擊問題難以解決,國外也僅有幾家能夠提供解決方案。國內目前尚未有廠家進行產品研發,但是已經展開了基礎研究。
  空氣壓縮機是車用燃料電池陰極提供氣(氧氣)系統的重要部件,通過對空氣進行增壓,可以提高燃料電池的功率密度和效率,減少燃料電池系統的尺寸。
  21世紀初,而美國能源部支持了AD Little Inc.、Honeywell等企業進行研發和生產,瑞典的Opcon 公司對多種壓縮機進行了開發。目前最為典型的時Honeywell的離心式壓縮機和Opcon的雙螺桿壓縮機,二者已經達了實際要求,已在多款燃料電池系統中進行了長時間運行。
  國內目前有廣順新能源動力、福建雪人股份、德燃動力系統等企業在進行開發,目前均處于設計研發的初級階段,而且沒有將電機極其控制器進行集成設計和優化,可靠性和耐久性還有待于提高。
  表3 國內外燃料電池用空壓機對比
 
  一文看懂中國與國外氫燃料電池產業的差距
 
  交通領域及電源應用
 
  在交通領域,根據中國汽車協會的數據,2018年燃料電池上牌車輛達到了1600輛,今年1-4月份銷售273輛,同比增長289.8%,截至到今年4月份,累計燃料電池汽車為1873輛,且多為公交車和客車,轎車方面還未有上市品牌。
  國外燃料電池車應用數量最多的為美國和日本。截至到目前為止,美國燃料電池乘用車總計為6307輛,車型較為豐富包括轎車(大部分為豐田Mirai)、公交車、物流車、重載車以及叉車。
  日本燃料電池車主要有:15輛燃料電池公交在東京正常運行、3000輛燃料電池乘用車、100做加氫站在運營、140輛燃料電池叉車。
  在燃料電池電源應用方面主要是分布式燃料電池系統,目前我國并未有成熟應用案例。
  分布式燃料電池系統目前分為重整制氫式燃料電池系統(多以天然氣為原料)以及純氫燃料電池系統。近年來,前者在歐洲、美國及日本發展迅猛,尤以日本的普及率最高。
  日本家用分布式燃料電池系統(ENE-FARM)是能夠同時產生電力和熱水的供給系統,其可以提供最大功率為0.75KW的電能(無論白天還是夜晚)。截至 2016 年底日本已經累計推廣 20 萬臺 ,2016 年底的售價為 127 萬日元(約為 7.5 萬元人民幣)。
  在日本,導入家用燃料電池系統后可將能源利用率提高約95%,并可不受限于天氣情況,穩定地持續發電。據愛信精機公司統計,使用家用燃料電池(ENE.FRam TYPES)后,日本家庭購買電力量下降約80%。
 

來源:i能源

標簽: 一文中國燃料  

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