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日韩两国氢能发展对我国的启示

2019-12-20 08:49  来源:水氢世界  浏览:  
氢能产业备受全球关注,去年总理的丰田之行引起国内氢能行业的热议。日韩推动氢能及燃料电池汽车研发及示范力度较大,产业发展走在世界前列。目前在我国各地政策规划的相继出台、相关概念的持续爆发,氢能新风口得到市场热捧。

氢能与燃料电池

氢能是二十一世纪最清洁的二次能源,源蕴藏丰富,无任何污染物排放,效率高、可循环利用,被称为人类的终极能源。燃料电池是氢能利用的最佳方式,氢燃料电池车也被誉为汽车动力发展路线图中的终极方案。 燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置,又称电化学发电器,其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。电池工作时,燃料和氧化剂由外部供给,进行反应。只要氢气不断输入,燃料电池就能连续地发电。

力图构建“氢能社会”的日本

氢能早期应用于航天和军事领域,在多年研发基础上,日本近年提出构建“氢能社会”,采取多种措施在引领氢燃料电池技术国际标准和产业化进程中取得先机。

在氢能产业链条上,日本龙头车企已基本掌握氢燃料电池核心技术,东丽等企业主导全球膜、碳纸和碳纤维等关键材料生产。受资源禀赋约束,日本在上游制氢环节存在短板,拟从澳大利亚、文莱等国进口氢气,正积极研发褐煤制氢和可再生能源制氢等技术。目前采用主流的高压气态储氢和压缩气体车辆运氢,同时研发低温液化储氢和管道输氢模式。 日本计划将氢气价格从目前的100日币/标方(人民币约6.4元/标方,即71.2元/㎏)下降到2030年30日币/标方(人民币约1.9元/标方,即21元/㎏),使其接近汽油和天然气价格。日本东芝燃料电池在民用领域的大规模应用开始于家庭分布式燃料电池热电联供系统(ENE-FARM),2008年开始量产,并取得了一定的销量,但是近年来由于受日本政府补贴政策的影响,该项目并未得到大规模的扩展,仅仅停留在对原有项目的维护上。 氢能在日本交通上的应用,是2014年丰田推出世界上第一款燃料电池乘用车MIRAI时才实现的。截至2019年5月,MIRAI累计生产9500辆,其中出口6500辆,在全球率先实现量产。

打造“氢经济”的韩国

韩国氢燃料电池汽车研发有数十年积累,目前已将“氢经济”列为三大创新增长战略之一,将氢燃料电池汽车作为下一个经济增长引擎,拟迅速占领全球氢燃料电池汽车市场。韩国拥有自主膜电极技术,但碳纤维等关键材料依赖进口。目前正推进碳纸、高压容器零部件等国产化,计划到2022年实现100%国产化。 韩国主要采用天然气裂解制氢,已形成仁川、平泽、三陟、同阳等制氢基地,2018年氢气产量13万吨,计划到2040年增至526万吨。韩国氢气产量难以满足产业发展需要,也在筹划海外进口通道。在储运上,主要采用“高压气态+管道”方式,拥有蔚山、丽水、大山为中心的氢气管道,液化氢和液态储运技术仍处于前期研发阶段。应用环节,乘用车发展较快,现代企业NEXO燃料电池乘用车技术世界领先。商用车方面,于2018年推出第三代燃料电池大巴车。

国内氢能发展启示

(1)氢源和成本问题未得到有效解决。日韩虽然有扎实的技术积累,但氢源和成本问题一直未得到有效解决。氢气怎么来?因为目前缺少生产、储存以及运输氢的基础设施建设。丰田汽车美国销售企业高级技术总监克雷格·斯科特认为:“目前大家主要的劣势是在等待建立加氢站,现在还受到数量不足的限制。而一旦网络建立起来,对消费者来说就没有什么限制了。” 然而他却忽视了一个更加现实的问题,即加氢站建设的成本问题。目前加氢站建设成本约1500万左右,设备成本约占百分之八十,其中不含土地成本和后期运营成本,而加氢站建设的单站国家补贴仅400万元。 除了高昂的加氢站网络的布局成本之外,日本氢气价格目前为71.2元/㎏,即便日本的燃料电池汽车已经非常成熟,但是高昂的使用成本仍然会让消费者望而却步。然而在国内,水氢技术已经完全降低用氢成本,根据目前的357技术转换效率(3公斤甲醇可以制5标准立方米氢气发7度电),用氢成本不到20元/kg。

水氢技术甲醇水溶液(甲醇与水的摩尔比为1:1)为原料,通过汽化——催化重整——纯化转化成超高纯氢气,为发电系统(质子膜系统)供氢。水氢机是采用催化重整及纯化多项技术从醇水中获得高纯氢,通过质子膜系统产生电、热等多种能源的装置,实现了在同一设备中可移动即时制氢和发电,无需存储氢气。如此一来,氢源和成本问题都得到有效解决。

(2)对氢能应用不能局限于造车。 目前氢能发展的注意力主要集中在交通领域,各大车企都在积极布局氢燃料电池汽车。然而氢能在农业、工业及第三产业都有广泛用途,氢对能源体系的作用也是多方面的,在发电、新浦京、建筑等领域,氢能都将大有可为。 水氢技术的应用除了有水氢汽车,还有水氢离网智能充电站、水氢通讯基站电源、水氢旅游观光车等多个应用领域,未来水氢技术还会在更多的领域上取得更多的应用成果。

(3)选择适合我国氢能发展的道路。 我国资源能源禀赋多样,对能源的选择及经济调控的回旋空间较大,应切实从我国国情出发,根据我能源战略和产业发展需要,从全产业链系统谋划,科学理性明确氢能定位。 首先,水氢机使用的原料甲醇价格低廉,其来源广泛,除了是传统能源煤、石油、天然气的副产物,还可以通过间歇式可再生能源太阳能、风能电解制氢加CO2获取,此外还可以通过粪便、垃圾等生物质降解处理。此外,甲醇的燃点高于汽油,车载甲醇远比车载氢罐安全。发展甲醇能源作为制氢原料是完全符合我国煤炭大国及农业大国的国情。 其次,水氢产业从发展之初就从全产业链上统筹谋划,明确氢能的发展定位,为氢能与燃料电池发展开辟了一条一体化、小型化、低温化的新型路径,解决了氢能应用的安全与成本问题及加氢基建的巨额投资问题,对推动氢能广泛应用具有战略性意义。

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