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一文看懂中国与国外氢燃料电池产业的差距

   【压缩机网】从技术角度上来说,液态氢的密度是气体氢的845倍,相较于氢气高压储运,低温液态储氢可以大大提高氢气密度,降低储运成本,氢气纯度也可以在液化过程中大大提高,从而保证了燃料电池的寿命和性能。随着氢燃料电池汽车的普及,大规模储运氢的方向之一就是液氢储运。
  目前国内生产高压储氢瓶的企业有京城股份、中材科技、中集安瑞科等,进行液氢布局的企业有中航101所、中科富海、富瑞氢能等。
  加氢站
  作为给燃料电池汽车提供氢气的基础设施,加氢站对于氢燃料电池汽车产业的发展至关重要的。
  全球拥有加氢站的国家以及数量分别是日本(96座)、德国(60座)、美国(42座)、中国(23座)、法国(19座)、英国(17座)、韩国(14座)、丹麦(11座)。日本、德国和美国加氢站共有198座,占全球总数的54%。
 
  一文看懂中国与国外氢燃料电池产业的差距
 
  图3 世界各国加氢站数量
 
  目前全球近400座加氢站中,有三分之一以上为液氢加氢站,遍布日本、美国及法国市场。
  在日本,岩谷产业公司已经成功建立了16座液氢加氢站,美国液氢加氢站的建设企业以Plug power、Air product 公司为主,法国市场的液氢加氢站建设企业主要是林德公司。我国的液氢工厂还处在为航天火箭发射服务的阶段,受法规所限,还无法应用于民用领域。
  燃料电池系统
  燃料电池系统主要由燃料电池与空压机、储氢瓶系统、氢气循环、空气压缩机等组成,其中燃料电池电堆更是系统中最为关键的核心环节,直接决定了燃料电池汽车的质量。
  一般而言,燃料电池性能的好坏可以通过电堆体积功率密度、质量功率密度、燃料电池系统功率、燃料电池催化剂用量、燃料电池车载工况寿命、0-100米加速性能、低温启动性能来判定。
  功率密度是指燃料电池能输出最大的功率除以整个燃料电池系统的重量或体积,单位是瓦/公斤或瓦/升。从文中表1可以看出,我国燃料电池无论是体积功率密度还是质量功率密度与国外差距明显。燃料电池系统功率国内目前成熟的仅为30KW,国外丰田的燃料电池汽车可以达到114KW。
  铂作为燃料电池的催化剂可以催化氢气和氧气的反应,以帮助将燃料气通过反应转化为电能,由于铂对于燃料电池的重要性以及其自身昂贵的价格(约200元/克),因此燃料汽车铂载量对于整车的价格影响重大,根据表1,国内燃料电池铂载量约为0.6g/kw,国外可以达到0.19g/kw,差距明显。
  在燃料电池寿命也就是耐久性方面,虽然国内很多企业开发的燃料电池电堆在实验运行时寿命可以达到接近10000小时,但是燃料电池在车用工况下会衰减,通过表1可以看出,我国客车车载工况寿命为3000-5000小时,国外美国Van Hool已经达到了18000小时;轿车方面国内为2000小时,国外包括丰田、现代、通用和奔驰等均超过了5000小时。
  跟纯电动汽车相比,燃料电池汽车更适用于北方低温城市。中国电动汽车百人会执行副理事长、中国科学院院士欧阳明高表示,“在低温环境下电池由于极化原因会使汽车续驶里程大大下降,同时还有取暖问题,而燃料电池更容易实现,纯电动相对来说难度就比较大。”
  因此低温性能对于燃料电池汽车非常重要,通过表1可以看出,国内燃料电池汽车低温启动温度在-20℃~-10℃之间,国外丰田、本田和现代均可以达到-30℃。
  氢气循环压缩机
  为了防止与氧气发生化学反应的氢气排出,以保证氢燃料电池的使用寿命,在氢燃料电池内部的氧气与氢气发生化学反应后,需要通过氢气循环泵将多余的氢气回收。目前,氢气循环泵的转动轴与电机驱动端接触,并通过密封件密封,通过电机的驱动端驱动氢气循环泵工作。
  目前我国氢气循环泵依赖进口,美国Park公司开发氢气循环泵可用于不同的氢燃料电池汽车,国内没有可以替代的产品,主要时由于氢气循环泵的氢气密封和水汽腐蚀和冲击问题难以解决,国外也仅有几家能够提供解决方案。国内目前尚未有厂家进行产品研发,但是已经展开了基础研究。
  空气压缩机是车用燃料电池阴极提供气(氧气)系统的重要部件,通过对空气进行增压,可以提高燃料电池的功率密度和效率,减少燃料电池系统的尺寸。
  21世纪初,而美国能源部支持了AD Little Inc.、Honeywell等企业进行研发和生产,瑞典的Opcon 公司对多种压缩机进行了开发。目前最为典型的时Honeywell的离心式压缩机和Opcon的双螺杆压缩机,二者已经达了实际要求,已在多款燃料电池系统中进行了长时间运行。
  国内目前有广顺新能源动力、福建雪人股份、德燃动力系统等企业在进行开发,目前均处于设计研发的初级阶段,而且没有将电机极其控制器进行集成设计和优化,可靠性和耐久性还有待于提高。
  表3 国内外燃料电池用空压机对比
 
  一文看懂中国与国外氢燃料电池产业的差距
 
  交通领域及电源应用
 
  在交通领域,根据中国汽车协会的数据,2018年燃料电池上牌车辆达到了1600辆,今年1-4月份销售273辆,同比增长289.8%,截至到今年4月份,累计燃料电池汽车为1873辆,且多为公交车和客车,轿车方面还未有上市品牌。
  国外燃料电池车应用数量最多的为美国和日本。截至到目前为止,美国燃料电池乘用车总计为6307辆,车型较为丰富包括轿车(大部分为丰田Mirai)、公交车、物流车、重载车以及叉车。
  日本燃料电池车主要有:15辆燃料电池公交在东京正常运行、3000辆燃料电池乘用车、100做加氢站在运营、140辆燃料电池叉车。
  在燃料电池电源应用方面主要是分布式燃料电池系统,目前我国并未有成熟应用案例。
  分布式燃料电池系统目前分为重整制氢式燃料电池系统(多以天然气为原料)以及纯氢燃料电池系统。近年来,前者在欧洲、美国及日本发展迅猛,尤以日本的普及率最高。
  日本家用分布式燃料电池系统(ENE-FARM)是能够同时产生电力和热水的供给系统,其可以提供最大功率为0.75KW的电能(无论白天还是夜晚)。截至 2016 年底日本已经累计推广 20 万台 ,2016 年底的售价为 127 万日元(约为 7.5 万元人民币)。
  在日本,导入家用燃料电池系统后可将能源利用率提高约95%,并可不受限于天气情况,稳定地持续发电。据爱信精机公司统计,使用家用燃料电池(ENE.FRam TYPES)后,日本家庭购买电力量下降约80%。
 

来源:i能源

标签: 一文中国燃料  

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