氢能与氢燃料电池产业链概述

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氢能及氢燃料电池产业链概述
2018年3月20日
目录
• • • • • • • • 一、氢能产业链 二、氢燃料电池产业链 (一)制氢 (二)储运氢 (三)加氢站 (四)氢燃料电池 (五)氢燃料电池汽车 三、总结
一、氢能产业链
• 氢能,H2,资源丰富,来源多样,可储存,可再生,热值 高,清洁无污染,是唯一的同时满足资源、环境、可持续 发展要求的新能源,很可能成为二十一世纪的终极能源 (氢的同位素:氕、1H,氘、2H,氚、3H)。
传 统 用 途
氢 能 源
二、氢燃料电池产业链
• 氢能利用的核心媒介是氢燃料电池。 • 氢+氧 燃料电池 水+电流+热量 • 化学总反应式 :2H2 +O2 =2H2O + 电 + 热 • 氢燃料电池产业链包括:制氢、储运氢、加氢站、 氢燃料电池系统、各项应用。
氢燃料电池产业链构成
膜电极 端板
碳布/碳网 催化剂 质子交换膜
加氢站建设
• 加氢站是氢燃料电池产业化、商业化的重要基础设施, 2017年我国加氢站建设提速,从2016年的3座增加到8座。 • 《中国制造2025》《节能与新能源汽车技术路线图》《中 国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》明确提出了 2020-2030年的加氢站建设规划。 国内加氢站建设规划
加氢站流程图
气源 调压(计量)装置 干燥系统
氢燃料电池 汽车
加气系统
氢气压缩系统
储 气 系 统
高压区 中压区 低压区
加氢设备
• 加氢站的主要设备:泄气柱、压缩机、储氢罐、 加气机、管道、控制系统、氮气吹扫装置及安全 监控装置。 • 核心设备:压缩机、储氢罐、加气机。 • 目前我国从事核心设备研发的企业较少,加氢核 心设备主要依赖进口,自主产品发展不成熟,导 致了我国加氢站建设成本很高。 • 目前我国加氢站建设技术已经很成熟,最大问题 是建设成本很高,关键是土地成本和核心零部件 成本较高。
提纯工艺相对复杂
成本高
水电解制氢
利用核能、风 能、水能、太 技术成熟、产氢杂质少、电力 能耗高,有能量损失、 阳能等可再生 资源丰富、制氢过程碳排放量 成本较高、减排效果 能源,水电解 低、环境友好 受电力来源结构影响 制氢将清洁无 排放 环境友好、原料丰富
生物质气化制 氢、光解水制 氢
尚未实用化、转化率 低、成本高
制氢方式
化石燃料制氢
优点
技术成熟、成本低、适合大规 模制氢 成本低、来源广泛、提纯技术 成熟、回收过程碳排放量低、 环境友好、适合大规模制氢 转化率高、原料易得、工艺简 单
缺点
排放量高、气体杂质 多需提纯
备注
我国现阶段氢 气主要来源 我国氯碱工业、 焦炉煤气副产 氢资源丰富 需要经过高温 裂解
含尾气、副产 氢回收 化学热分解制 氢
商用车 观光车、叉车、备用 电源 商用车 商用车 发电系统、备用电源
武汉众宇
南通泽禾
1.2、2、4、6、10、 100
50、175
-10~45
-20~40
无人机、备用电源
发电系统、备用电源 通信基站
浙江南都
5
0~50/-10~50
氢燃料电池系统核心零部件
• 1、电堆( Galvanic pile),分为水冷电堆和空冷电堆。一 般空冷电堆用于小型化设备中,如上海攀业、江苏清能生 产的空冷电堆,功率、体积较小。 • 2、膜电极( Membrane Electrode Assemblies ),通常由 气体扩散层、质子交换膜、催化剂通过热压工艺制成,是 氢燃料电池技术的核心。目前我国的膜电极功率密度最高 达到1.0W/cm2 ,与国际水平的1.8W/cm2 ,仍有差距。 • 3、催化剂( Fuel-cell catalyzer),具有加速电极交换界面 电荷转移反应的催化作用,具有导电性好、耐腐蚀性、催 化活性高的特点。铂(Pt)是氢燃料电池电堆中应用最多 的催化剂,但铂很稀缺,价格高(193元/克),低铂和非 铂催化剂成为下一步催化剂研究开发的重点。
19
2018
Байду номын сангаас
广东中山
古镇加氢站
在建
目前加氢站建设的难点
• 1、审批难。加氢站属于新生事物,国家还没有建立 健全相关法规,土地规划、建设选址等审批程序、流 程、标准以及审批层级、权责没明确,审批过程长, 协调部门多; • 2、无统一规范的建设标准。国家还没有统一制定加 氢站的技术标准、安全标准、运营标准,安全监管较 难,严重制约加氢站商业化。 • 3、建设成本高。加氢站的建设条件要求高,核心零 部件如压缩机、加气机等主要依赖进口,制氢、储运 氢成本也比较高;此外氢燃料电池商业化还处于起步 阶段,成本回收也比较漫长,目前的加氢站还处于试 点阶段。例如神华集团在我们如皋建设的一座加氢站 的投资额就高达5300万。
• 到2020年生产1000 辆燃料电池汽车并 进行示范运营 • 到2025年实现加氢 站等配套基础设施 完善
我国加氢站建设现状
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (规划) 建成年份 2006 2007 2015 2016 2016 2017 2017 2017 2018 2018 2018 城市 北京 上海 郑州 大连 云浮 佛山 常熟 如皋 上海 安徽 如皋 名称 北京永丰加氢站 上海安亭加氢站 郑州宇通加氢站 同济-新源大连加氢站 思劳加氢站 瑞晖佛山加氢站 丰田加氢站 南通百应加氢站 嘉定加氢站 六安加氢站 神华加氢站 进展 已运营 已运营 已运营 已运营 已运营 已运营 已运营 已运营 规划 规划 在建
《节能与新能源汽车 技术路线图》 《中国氢能产业基础 设施发展蓝皮书 (2016)》 • 到2020年建设100座 加氢站 • 到2030年建设1000 座加氢站 • 到2050年加氢站服 务区域覆盖全国氢 能产业发达地区 《中国制造2025》
• 到2020年建设100座 加氢站 • 到2025年建设350座 加氢站 • 到2030年建设1000 座加氢站
2~1000
≤4.4
≤5
≥99.99
99.9
淳华氢能
10~50
4.8~5.0
99.999
苏州国能圣源
5~500
4.4
99.9
扬州中电
20~1000
4.5
99.999
(二)储运氢
• 氢气是世界上已知的密度最小的气体,在 常温常压下,氢气的密度只有空气的1/14, 即在0 ℃时,一个标准大气压下,氢气的密 度为0.0899 g/L。
制氢方式
化石燃料制氢
含氢尾气副产氢回收
高温分解制氢
电解水制氢
其他制氢方式
煤 气 化 制 氢
天 然 气 制 氢
石 油 制 氢
氯 碱 副 产 氢
焦 炉 气
合 成 氨 驰 放 气
甲 醇 裂 解
氨 分 解
风 能 太 阳 能
水 能 海 洋 能
核 能
地 热
生 物 质 气 化
光 解 水
纯化
氢气
各种制氢方式的优缺点
电堆
双极板 密封圈
气体扩散层
客车 轿车 叉车 机车 固定式电源
氢能源 (制氢、 储运)
加氢站
燃料电池系统
应用 空压机 增湿器
系统辅件
氢循环系 统
便携式电源
DC/DC
(一)制氢
• 氢是二次能源,都是通过一次能源转化而 来。
• 目前常用的制氢方法:化石燃料制氢、工 业尾气副产氢回收、热分解制氢、电解水 制氢。
(四)氢燃料电池
• 氢燃料电池( Hydrogen Fuel Cell),是将氢气和 氧气化合产生电、水、热的电化学装置。只要保 证燃料供给,氢燃料电池将会连续发电。整个化 学反应过程安静、无污染,电池效率比化石燃料 燃烧高2~3倍,能量转换效率可达80~90%。 • 氢+氧 燃料电池 水+电流+热量 • 化学总反应式 :2H2 +O2 =2H2O + 电 + 热 • 氢燃料电池是一种真正的零排放电源。
加氢相关企业
省份
上海
主要企业
上海涡卷 上海舜华 上海氢枫 上海驿蓝
主营业务
压缩机 加气机、增压加氢系统、移动加氢站 加氢站设计、运营 加氢站建设 加氢站建设 加氢站方案设计 加氢站方案设计及运营 移动加氢站 站用储氢罐 隔膜压缩机
北京
中国神华 北京久安通 北京海珀尔 北京海德利森 石家庄安科瑞 北京天高
低温液态储 氢
~5.7
液化过程耗 体积储氢密度高、 能大、易挥 液态氢纯度高 发、成本高
降低能耗、 成本、挥发
固体储氢
1.0~4.5
体积储氢密度高、 安全、操作条件 以实现不需要高 压容器、具备纯 化功能,可得到 高纯度氢
质量储氢密 度低,成本 高、吸放氢 有温度要求
提高质量储 氢密度、降 低成本和吸 放氢温度
未来重要发 展方向
有机液体储 氢
5.0~7.2
储氢密度高、 成本高、操 储存、运输、维 作条件苛刻、 护保养安全方便、 有发生副反 可多次循环使用 应的可能
降低成本、 操作条件
可以利用传 统石油基础 设施进行运 输和加注, 很有前景
储运氢相关企业
储运氢方法
气态储氢
企业
北京科泰克 京城股份/天海 沈阳斯林达 中材 中国中氢 中集氢能 安瑞科 博源(湖北)实业 浙江巨化 张家港福瑞氢能 中国航天科技集团101所 北京浩运金能 厦门钨业 宁波申江 湖南科力远 安泰科技 江苏申建氢能 武汉氢阳 杭州聚力氢能
主营业务
车用储氢 车用储氢 车用储氢 车用储氢 车用储氢 车用储氢 运输及站用储氢罐 气罐、气罐车 储氢罐 液氢生产、低温槽车 液氢生产 储氢合金 储氢合金 储氢合金粉 储氢材料 储氢材料 储氢材料 有机物储氢 有机物储氢
液态储氢
固态储氢
有机液态体储氢
(三)加氢站
• 氢燃料电池的应用和商业化离不开加氢站基础设施的建设。 • 氢气加注是通过将不同来源的氢气经过压缩机增压储存在站内的高压罐中, 再通过加气机为氢燃料电池汽车加注氢气。
北京蓝吉
上海攀业
16、30、45
0.03 、5
——
-5~40
商用车、乘用车
无人机、通信基站
大连光阳机电
上燃动力 苏州弗尔赛 江苏索尔 北京氢能 北京碧空
31
0~6 5~10 30 10、30 175
-10~42/0~42
-10~42 -10~42 —— -10~45/-40~60 -20~40
商用车
12
2018
云浮
新区
规划
我国加氢站建设现状
序号 13 14 15 16 17 18 (规划) 建成年份 2018 2018 2018 2018 2018 2018 城市 云浮 云浮 云浮 云浮 山东滨州 湖北十堰 名称 罗定加氢站 云安区加氢站 新兴县加氢站 郁南县加氢站 滨化加氢站 东风特汽加氢站 进展 在建 规划 规划 规划 在建 在建
催化剂
双极板 膜电极 密封圈 端板
质子交换膜
电堆
氢燃料电池 系统
碳布/碳网
电控系统 (DC/DC)
氢燃料电池系统主要企业及产品参数
企业 北京艺华通 新源动力 上海重塑 功率(KW ) 30、60 45 30、60 运行/储存温度(℃) -20~45/-30~45 -20~45/-20~45 -20~45/-30~45 应用 商用车、乘用车 商用车、乘用车 商用车、乘用车
广东
深圳氢枫
中石油 中石化
加氢站运营
加氢站建设、运营 加氢站建设、运营 加氢站设计 移动加氢站
江苏
苏州绿萌氢能 江苏氢联合
加氢相关企业
省份 江西 陕西 四川 安徽 山东 主要企业 普度氢能 国达新能源 成都华气厚普 安徽明天氢能 青岛青枫 主营业务 加氢站设计、建设 加氢站建设 压缩机 加氢站建设 加氢站设计、建设
• 储运氢技术主要包括:气态储运、低温液 态储运、固体储运、有机液态储运。
各种储运技术的质量储氢密度和优缺点
储存方法
高压气态储 氢
单位质量 储氢密度 ( %)
1.0~5.7
优点
技术成熟、充放 氢速度快、成本 低
缺陷
体积储氢密 度低
技术突破
提高体积储 氢密度
备注
目前车用储 氢主要采用 的方法 液氢主要用 于航空航天 领域,民用 很少
还处于科研阶 段
电解水制氢相关企业及性能
企业
中船718所
工艺设备
碱性水电解制氢 碱性水电解制氢 碱性水电解制氢 固体聚合物水电 解制氢 碱性水电解制氢 碱性水电解制氢
制氢能力 (Nm3/hH2)
1~600
电耗 (kwh/Nm3 H2)
≤4.60
氢气纯度 (%)
99.99
天津市大陆制氢
苏州竞立
0.1~1000
氢燃料电池系统
• 氢燃料电池系统是由电堆(核心)、氢气 供给循环系统、空气供给循环系统、水热 管理系统、电控系统、智能监控系统相互 协调构成。目前我国氢燃料电池系统集成 技术比较成熟,但冷启动温度一般为-20 ℃, 与丰田的-30 ℃还有差距。
氢燃料电池系统构成图
气体扩散层
氢气供给 循环系统 空气供给 循环系统 (空压机) 水热管理 系统 (增湿器)
• 氢能产业链包括:制氢、储运、加氢、氢气应用。制氢是 基础,储运和加氢是氢气应用的核心保障。
氢能产业链构成
制氢
化石燃料制氢 含氢尾气、副产氢回收制 氢 电解水制氢 化学热分解制氢 光解水制氢 生物质制氢
储运
气体存储运输 液氢存储运输
应用
合成氨 精炼油
固态存储运输 有机物存储运输
精甲醇 其他工业 交通运输 热电联供 储能-发电 工业燃料
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