氢能技术发展趋势调研(三)

作者: laokou 分类: 水处理 发布时间: 2021-07-28 08:43

3中国氢能发展现状及条件

3.1政策环境

3.1.1.政策体系

“十三五”以来,国家层面相继出台了《国家创新驱动发展战略纲要》《“十三五”国家科技创新规划》《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》等多项政策,推动了氢能产业快速发展。

2017年以来,我国已形成氢能“制-储-运-加-用”完整产业链,初步具备规模化发展的基础。京津冀、长三角、珠三角、成渝、山东及环武汉等地区先发优势明显,辐射带动作用和对优势企业的吸引力逐步凸显,集聚效应初步显现。我国能源央企纷纷布局氢能业务,依托自身技术基础和资源优势,积极创新发展模式,推动与地方政府以及企业间在氢能领域的战略合作,迅速成为加快推进我国氢能产业发展的重要力量。

2020年,《中华人民共和国能源法(征求意见稿)》《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》《新时代的中国能源发展》白皮书等相继发布,产业政策导向更加明确,又恰逢“国家燃料电池汽车示范城市群”项目即将启动,必将推动我国氢能产业全面提速。

2020年6月22日,国家能源局发布了《2020年能源工作指导意见》。《指导意见》从改革创新和推动新技术产业化发展角度推动氢能产业发展。文件指出,制定实施氢能产业发展规划,组织开展关键技术装备攻关,积极推动应用示范。中国氢能联盟将在此前能源局《氢能产业定位研究》基础上,深入开展《氢能产业发展及其技术装备创新支撑研究》,助力我国氢能产业科学规划、重点技术进步与产业示范发展。

3.1.2标准体系

3.1.2.1我国初步形成氢能产业标准体系

2020年4月,工信部发布的《2020年新能源汽车标准化工作要点》明确提出,要推动研制燃料电池等重点标准,发挥标准对技术创新和产业升级的引领作用。

我国在氢能安全领域现行国标12项,行标2项;在气体品质检测领域现行国家标准4项,行业标准3项,地方标准1项;在气体纯化领域现行国标2项,行标3项;在储氢容器领域现行国标33项;在运输领域现行国标19项;在加氢站领域现行国标8项;在燃料电池系统领域现行国标8项。

我国正加快完善氢能利用标准和法规体系。2020年9月,广东省发布了全国首个氢能产业标准体系规划的路线图。2020年12月,国家技术标准创新基地(氢能)顺利通过国家市场监督管理局验收评审,对我国氢能技术标准体系建设具有重要意义。

3.1.2.2低碳氢、清洁氢与可再生能源氢的标准

2020年,中国氢能联盟提出的《低碳氢、清洁氢与可再生能源氢的标准与评价》正式发布,规定低碳氢、清洁氢和可再生氢的要求和评价方法。据了解,通过标准形式对氢的碳排放进行量化在全球尚属首次,该标准有利于从源头推动氢能全产业链绿色发展,引导高碳排放制氢向绿色制氢工艺转变,实现“碳达峰和碳中和”愿景。

标准明确指出,在单位氢气碳排放量方面,低碳氢的阈值为14.51kg二氧化碳e/kg氢气,清洁氢和可再生氢的阈值为4.9kg二氧化碳e/kg氢气,可再生氢同时要求制氢能源为可再生能源。同时,运用了生命周期评价方法建立了碳氢、清洁氢和可再生氢的量化标准及评价体系,从源头处推动氢能的绿色发展。

3.2产业基础

3.2.1车辆示范推广初具规模

依托北京奥运会、上海世博会等重大国际活动,我国积累了较为丰富的燃料电池汽车示范经验,逐渐探索出一条以商用车为主的中国特色燃料电池汽车推广路径。

2016至2019年,我国燃料电池汽车产销量稳步上升;2020年受疫情影响产销量同比有所下降,前11个月产销量分别为935辆和948辆。截至目前,我国燃料电池汽车保有量约7200辆,以中型货车和大中型客车为主,累计运营里程接近1亿公里;上海、深圳和佛山投放车辆均超过千辆。

随着汽车示范应用规模不断扩大,技术成熟度和可靠性逐步得到验证,推广应用开始向重卡、特种车、叉车、船舶等其他交通领域以及备用电源、应急电源、储能、无人机等领域拓展。

3.2.2基础设施建设稳步推进

截至2020年11月底,国内建成超过80座加氢站,在建约50座,备案及规划数量超过百座。其中,佛山建成16座,12座投入运营;上海建成9座,6座投入运营;北京建成4座;广州、成都、武汉三地分别建成3座。建站模式呈现多元化,同济-新源大连加氢站是我国第一座风光互补发电耦合制氢的70MPa加氢站;上海驿蓝加氢充电合建站是我国首个通过管道输送氢气供氢的加氢站;佛山樟杭油氢合建站是我国首座油、氢、电综合能源补给站。随着储氢容器、压缩机、加氢机、安全系统等关键设备的国产化率提高,加氢站建设成本呈现逐年降低趋势。

3.3 技术研发

近年来,我国高度重视氢能技术自主创新与产业化,关键技术取得较大突破,技术成果转化成效显著。

3.3.1氢气制储运加环节

制氢方面,我国大型煤制氢、天然气制氢技术及装备世界领先;碱性电解槽技术并跑国际先进水平;质子交换膜电解槽(PEM)技术进步显著但仍跟跑国际先进水平;固体氧化物电解池(SOEC)技术处于实验验证阶段。车载储氢容器方面,我国三型瓶技术成熟已实现全国产化,四型瓶初步具备量产水平。

储运方面,我国仍以20MPa压缩氢气运输为主,液氢、固态储氢、50MPa压缩气体运输技术及装备取得显著进步,但与国际一流水平差距明显;98MPa全国产化固定储氢容器和45MPa(含以上)固定储氢瓶组性能指标基本达到国际先进水平。加氢站技术及装备方面,45MPa隔膜式和液驱氢气压缩机已具备产业化能力;90MPa氢气压缩机核心技术取得突破;加氢机整机开发实现国产化,但阀门、流量计等关键部件仍依赖进口。

3.3.2燃料电池及零部件环节

关键材料方面,近几年技术有所突破,但整体水平对比世界先进仍有较大差距,产品对外依赖度较大。质子交换膜和气体扩散层(碳纸)技术水平显著提升,但产业化仍有待突破;催化剂已实现量产,但仍跟跑国际先进水平。核心零部件方面,膜电极、空压机、双极板等国产化进展迅速,正快速缩小与国际先进水平的差距,2020年成本同比降幅达30%以上;电堆与系统集成技术水平与国际并跑,并向高功率、高集成、低成本方向发展。氢气循环泵总体处于跟跑状态,但国内企业积极推动技术攻关,已取得一定进展。

3.3.3终端应用环节

城市公交和物流车仍是目前最主要的燃料电池终端产品,续航一般300至500公里。乘用车、重型卡车、备用电源等终端应用发展迅速,已有企业陆续推出燃料电池乘用车、重卡、应急电源车等。燃料电池船舶方面,我国已推出拥有自主知识产权的船用燃料电池系统。固体氧化物燃料电池(SOFC)方面,我国拥有全球最大的陶瓷电解质膜片供应商,5kW级SOFC电堆及系统已开发成功。

3.3.4氢能技术发展面临的主要问题

3.3.4.1氢能及氢燃料电池产业化存在技术短板和差距

燃料电池系统作为氢燃料电池汽车的核心部件,而其中又以燃料电堆为重要组成部分,燃料电堆成本约占整车成本的30%。我国燃料电堆虽具备一定的技术储备,气体扩散层、质子交换膜、密封件等国内无量产,催化剂、膜电极、双极板等许多零部件实现了国产化,但在系统性能和总成本上较国外仍存在较大差距。总体上,我国氢能及燃料电池产业化在零部件、整个高端集成、电池寿命、成本、批量制备能力等方面,存在明显的技术短板和差距。

3.3.4.2氢燃料电池汽车成本高

一是氢气在制备、储运等过程中需要很多技术处理,导致加氢成本上升;二是在使用环节,相比其他汽车,氢燃料电池汽车更为精密,因此维护成本高;三是配套设施方面,氢燃料电池汽车需要配套众多加氢站,加氢站需要配置大型压缩机等设备,成本比加油站和充电站高,过高的费用不利于提升市场需求。

3.3.4.3产业链相关标准及测评体系待完善

氢能产业的标准和技术规范不健全,不能规范整个氢能产业的发展,制氢、储运及加注等标准缺失,同时氢燃料电池从部件到系统的标准不完善及测试评价体系不健全,很大程度上制约了氢燃料电池产品的商业应用和推广。