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王凤英:大力推动氢能产业持续健康发展(附氢能利用的几点思考)

北极星氢能网 来源:中能网  作者:张学坤  2020/5/20 10:45:34 我要投稿

北极星氢能网讯:因为疫情推迟的两会终于要召开了,全国政协十三届三次会议将在5月21日召开,十三届全国人大三次会议于5月22日召开。

(来源:公众号“中能网”ID:China5e 作者:张学坤)

在今年两会上,全国人大代表、长城汽车总裁王凤英女士将带着五项议案建议参加第十三届全国人民代表大会。

据了解,王凤英向人大会提交的五个议案分别是:《关于加快实现节能减排战略目标 促进社会和谐 鼓励小型电动车发展的建议》《关于大力推动氢能产业持续健康发展 促进能源和动力转型升级的建议》《关于加大“一带一路”背景下中国汽车“走出去”支持力度的建议》《关于减轻企业负担节约社会资源 实现汽车消费信息整合升级的建议》《关于当前汽车社会下建立机动车智能检测体系的建议》。

王凤英在《关于大力推动氢能产业持续健康发展 促进能源和动力转型升级的建议》中提到:

2018年中国新能源汽车的销量为125.6万辆,同比增长了61.7%。但是氢燃料电池汽车的销量只有1527辆,同比增长20%。由此可见,中国目前重视纯电动汽车,而忽视了氢燃料电池汽车的发展。

目前市面上销售的氢燃料电池汽车主要使用于城市公交以及旅游景区的固定路线。没有彻底的面向民用消费级市场。因此中国的氢燃料电池汽车目前仅处在初级阶段。

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氢能源由于其自身优势和特点,可为交通运输和电力等行业提供高效清洁的电能和热能,在我国能源转型升级和新旧动能转换过程中,起到不可或缺的能源载体作用。

但目前,我国氢能产业在基础研究、核心材料、关键部件、制造工艺和集成控制等方面还落后于国际先进水平,氢能产业链、标准和法规还有待进一步完善。

以上诸多因素制约着我国氢能产业大规模商业化推广,急需国家顶层设计规划和政策引导,解决整个氢能产业链中存在的问题。

因此长城汽车集团董事长王凤英女士的建议还是比较明确的,比如说加大加氢站补贴力度,加速氢能源技术研发,明确氢气的能源定位,降低加氢基础设施审批难度等等。

那么,氢能作为近期能源行业的一个热点,是否适合在我国大规模发展呢?

氢能普及的障碍

氢是自然中分布最广的元素,但虽然宇宙中充满了氢,可在环境中独立存在的纯氢却少之甚少。

氢是最轻的元素,这也表明了氢非常活跃,它不仅随时可以和地球上丰富的氧进行化学反应,也可以和各种物质形成化合物质。

我们今天能够获得并使用的氢,都与电力一样,是需要进行加工转化的“二次能源”,有的甚至需要用电能再次加工来获得。

首先是制氢问题,氢的生产和转换需要消耗大量能源。

目前,制氢的主要方式是化石能源制氢,制氢的原料主要以石油、天然气、煤炭等化石资源为主。

其他的制氢方式还有电解制氢、生物技术制氢等,而这些制氢方式都需要消耗大量的二次能源或一次能源。

根据测算,1立方米氢气的热值是3044大卡,按热力学第二定律将环境温度的水电解为氢,每立方米氢气需要的能量不可能低于3044大卡,也就是说不会少于3.54度电。

与此相比,化石资源制氢工艺成熟,原料价格也相对低廉,但会排放大量的温室气体,对环境造成污染。

氢能利用一直以来都以零污染和零排放自居,如果在制氢环节造成大量污染,那么氢能使用环节再清洁也就不再是清洁能源了。

基于以上种种原因,数据显示,2017年,全球主要人工制氢原料的96% 以上都来源于传统化石资源的热化学重整,仅有4% 左右来源于电解水。

其次是氢能储存问题。

假设解决了氢能的制造问题,氢能的大规模利用还有第二道“难题”,那就是氢的储运。

储氢是实现氢能有效利用的关键技术之一,包括高压气态储氢、低温液态储氢、金属氢化物储氢、有机化合物储氢、微球储氢和碳纳米材料储氢等。

(1)低温液态储氢

氢气在-253℃时会液化为液体,液态氢的密度是气态氢的845倍。液氢存储的重量比介于5.0%-7.5%,体积容量约为0.04kgH2/L。

氢气液化费用非常昂贵,耗能也非常高(约为4-10kWh/kg),约占液氢制取成本的三分之一。

而且,液氢贮存器需要具有极高的绝热能力,以避免液氢沸腾汽化。储氢罐的材料成本也是非常高的。

(2)高压气态储氢

高压气态储氢是目前最常用、最成熟的储氢技术,其储存方式是将工业氢气压缩到耐高压容器中。

高压气态氢储存装置主要有固定储氢罐、长管气瓶、长管管束、钢瓶组和车载储氢气瓶等。

钢瓶是最常用的高压气态储氢容器,具有结构简单、压缩氢气制备能耗低、充装和排放速度快等优点。目前国内已建和在建的加氢站一般都采用的是长管气瓶组储氢设备。

但也存在着安全性能较差和能量储存密度低等缺陷。

(3)固态储氢技术尚不成熟

固态储氢方式是颇具发展潜力的一种储氢方式。

这种储氢方式有效克服了高压气态和低温液态两种储氢方式的不足,具有储氢体积密度大、操作容易、运输方便、成本低、安全程度高等优点。

但是,这种储氢方式同样面临一个难题,就是储氢材料成本太高。

拿金属储氢为例来说,金属氢化物储氢具有储氢密度高、纯度高、可靠性高(无需高压或低温条件)和储氢工艺简单等优点。

主要原理是选择合适的金属氢化物,在低压条件下使氢与另一种物质(储氢合金)结合成准化合物态。目前,金属氢化物储氢仍处于研究阶段,尚未实现商业化应用。

但金属储氢等之所以处于初级研究阶段,没有实现大规模商业化应用。是因为储氢的合金价格非常昂贵,而且结构复杂,在储氢的过程中,不论是加氢或释放环节,都消耗大量能源。

而且最后形成的氢化物稳定性很差,有害杂质很多,多次使用后性能会大幅下降。

氢燃料电池技术VS纯电池技术

在下游应用技术环节,氢燃料电池技术和纯电池技术相比也没有优势可言。

换句话说,氢燃料电池汽车只是更复杂的电动汽车。氢燃料电池汽车其实就是电动汽车,动力系统与电动汽车没有区别,区别仅在储能系统,增加了一个高压氢气瓶,增加了一个燃料电池堆,但它比纯电动汽车复杂的多。

一个氢燃料电池汽车一般要安装一个30-80千瓦的燃料电池堆,而我们目前的汽车的功率都在90-180千瓦的动力,单靠燃料电池的功率显然不够,一方面是燃料电池的价格太贵,另一方面也是汽车在加速时需要大功率输出,而低速行驶和巡航时不需要太高的功率。

要解决这个矛盾就要配套安装足够的蓄电池组或超级电容,让燃料电池相当于一个续航增程发电机。

这使氢燃料电池汽车除了电力驱动系统和电池储能系统外,又多出了燃料电池系统和储氢系统,以及更加复杂的控制系统。

也正因为如此,氢燃料电池汽车并没有改变纯电池汽车的安全问题,反而增加了新的安全问题。

要匹配电力系统

我们说电能是最佳的二次能源,它融汇了各种一次能源,世界各国的能源利用都以电力系统为基础。

因此,未来我们不论是发展哪种能源,首要的一点是要与电力系统相匹配。

而氢能和我们已有的公共基础设施(电力系统)匹配程度非常低。

我们说,如果把氢能当成基础能源,就像电能一样,那么一定要具备像电力系统一样庞大的基础设施。

否则,就要为了大规模使用氢能而重新建立一套制氢、储氢、运氢和利用氢能的基础设施。这是氢能大规模利用的一大难题,或许也是最大的难题。

日本曾经提出建设氢能社会,日本的土地面积比中国一个普通省都小得多,而以日本的经济发展水平,举全国之力发展氢能,到目前为止,可以说效果仍不明显。

所以,在这里谈一点对氢能利用方向的看法,纯氢具有能量密度大、燃烧产物清洁无污染等特点,因此,不能否认氢能的优越性,它是一种“高级能源”。

正是因为氢能的这些优势,应该把氢能利用在特殊的场合,比如航空航天或特种车辆等应用技术上。而作为基础能源是不合适的。


原标题:王凤英:大力推动氢能产业持续健康发展(附氢能利用的几点思考)

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