氢能源汽车和燃料电池,一篇文章让你清楚了解整个产业链
新能源 汽车 ,最近我想大家并不陌生。这个称呼无论是在 汽车 领域还是股市都是热门话题,受很多厂家和投资者追捧。
新能源 汽车 说得直白一些就是不是采用常规燃料(汽油和柴油)作为动力来源的 汽车 ,一般可以分为四大类: 混合动力 汽车 (HEV)、纯电动 汽车 (BEV)、燃料电池电动 汽车 (FCEV)和其它新能源 汽车 。
在这四大类新能源 汽车 里面,近几年比较流行的就是混合动力 汽车 和纯电动 汽车 ,这些家用车都已经在路面上随处可见了。但是燃料电池 汽车 目前国内并没有量产的家用车,只是一些商用车在使用,而我们口中的燃料电池 汽车 也就是常说的氢能源 汽车 。
今天的这篇文章我们就来讲讲燃料电池和氢能源 汽车 ,为何这种新能源 汽车 现实中还没有普及。
一、什么是燃料电池
燃料电池就是通过化学反应,将燃料或氧化剂中的化学能转化为电能的装置。我们所说的燃料电池一般就是指氢燃料电池。
氢气作为燃料电池其实 历史 已经很久了,在200年前,其实就有了,但是因为安全性和能量密度较低,氢气作为内燃机燃料并没有表现出优越性。 但是,在如今的燃料电池技术中,氢气并不直接燃烧,而是和氧气反应转化为电能。
燃料电池主要由三部分组成:电极、电解液和外部电路。 氢气首先进入燃料电池的正极,然后氢气与覆盖在正极上面的催化剂反应,释放电子形成带正电荷的氢离子,氢离子穿过电解液到达负极。然而,电子不能通过电解液,电子只能流入电路,形成电流,产生电能。在负极催化剂使氢离子与空气中的氧结合成水,水是燃料电池中唯一产生的副产品 ,这就是所谓的清洁能源。
燃料电池根据电解液的不同可以分为以下 五种类型 :
这五种类型里, 汽车 领域应用较多的就是 质子交换膜燃料电池 , 它的电解液是质子交换膜,运行温度是50-100摄氏度,电极采用的催化剂是铂金 。
了解了燃料电池以及它的工作原理以后,我们还需要搞清楚这个氢气究竟是如何产生的,制氢的方法有哪些?
二、常见的氢气制造方法
今天,氢可以通过多种能源和技术来生产。如今, 全球每年的纯氢产量约7000万吨,其中仅有 少于1万吨的氢气用于燃料电池 汽车 ,可想而知,这部分未来有很大的发展空间巨大。
从上表中我们可以看到, 当今全球氢生产原料以化石燃料为主,占全球氢产量的96%。48%的氢产自天然气,30%的氢产自烃类/原油产品,18%的氢产自煤炭,仅有 4%的氢产自电解水 。
中国是世界上最大的制氢国,2017年的制氢量有1900万吨,62%左右的制氢主要来自煤炭和焦炉生产,因为中国传统上非常依赖煤炭生产能源。然而,随着中国在全国范围内全面转向绿色、可再生能源,这种情况正在改变。在中长期规划中,可再生资源作为氢气制取的来源将发挥越来越重要的作用。根据中国氢联盟的数据,到2050年,大约70%的氢将由可再生能源生产。
1、煤炭生产氢气
煤炭产生氢气的方法在国内比较常用,它是通过“煤气化”的方式,由煤与高温蒸汽和氧气在加压的气化炉中反应生成合成气,并转化为气体成分。
这种氢气的制造方式操作成本低,原材料比较便宜。缺点就是在产生的过程中会伴有二氧化碳的产生,富含杂质,需要净化。
2、天然气生产氢气
天然气产生氢气的方法是目前最成熟、最普遍的方式,美国95%的氢气都是通过天然气进行生产的。
这种方法叫做天然气蒸汽重整,通过天然气与高温蒸汽反应生成合成气,即氢气和一氧化碳的混合物。一氧化碳与水发生反应产生更多的氢。
这种氢气的制造方式操作成本低,原材料比较便宜。缺点就是在产生的过程中会伴有二氧化碳和一氧化碳的产生。
3、电解水产生氢气
我们初中化学的时候都学过电解水可以产生氢气和氧气,但这个运行的前提就是要有足够的电,这个电究竟从哪里来?
这个电可以利用电网内的电力、风能/太阳能发电、光解和生物电解,其中风能和太阳能发电是未来将广泛采用的制氢方式。
根据生产方式和排放物的不同,产生的氢气命名也不同,我们一起来看看:
天然气、煤炭和新能源这是最常见的三种制氢方法, 天然气制氢产生的氢气叫灰氢和蓝氢,煤炭制氢产生的氢气叫棕氢和蓝氢。由于天然气和煤炭在制氢的过程中会产生二氧化碳,二氧化碳被捕捉掉的氢气称之为蓝氢。新能源通过电解水的方式产生的氢气,这里的排放物仅有水,这种氢气是最干净、最环保的,被称之为绿氢。 通过氢气的四种称呼和制氢方法,未来的制氢手段多会应用于电解水来获取。
三、氢气的运输和储存
燃料电池 汽车 目前还未普及很大一个难题就是氢气的运输和储存问题。燃料电池内的氢气是通过加氢站进行加注的,而加氢站的氢气是需要从制氢地运输到加氢站。
氢气运输的方式和成本与氢气的生产地点密切相关,可分为 集中式式生产、半集中式生产和分散式生产 。
集中式生产是指在大型的中央氢气生产厂生产,然后运输到最终加氢站,而分散式生产是指在加氢设施附近进行生产。半集中式生产是指在距离使用点很近(40-161公里)的中型制氢设备(5,000-50,000公斤/天)进行生产。这些设施不仅可以提供一定程度的规模经济,而且可以最大限度地降低氢运输成本和基础设施。
由于氢气在中国仍属于危险化学品类别,目前中国还没有分散式制氢。
氢气的运输可以以氢气的物理状态来决定,气态氢、液态氢和固态氢三种,不同的国家采用不同状态的氢进行运输。
1、压缩的气态氢一般是通过卡车或长管拖车或者管道输送
2、液态氢通常由卡车或其他运输方式运输,如铁路或驳船。液体氢在长途运输中经常使用,因为它比气态氢运输方式更具经济性
3、固态氢主要是在特定的容器中输送,但目前各地区仍处于不同的发展阶段,需要更多的技术改进才能形成大规模采用。
目前,通过长管拖车运输液态或气态氢和通过管道运输气态氢是三种主要的运输氢气的方法。在美国和日本氢气一般是以液态的方式运输,在中国氢气一般是以气态的方式运输。
四、燃料电池 汽车
我们先来看看燃料电池 汽车 和其它 汽车 的主要区别,其实主要在于动力系统。其它的零件基本都比较相似,没有什么不同的。
燃料电动车和纯电动车都是由电动机来进行驱动,传统 汽车 是由内燃机来进行驱动。燃料电池车和纯电动 汽车 的主要区别在于电的来源。与燃料电池车不同的是纯电动 汽车 的全部能量来自其电池组,电池组在充电站进行外部充电。
燃料电池车由四大基本模块组成:动力系统、底盘、 汽车 电子和车身 。动力系统是通过燃料电池系统和电动机为 汽车 提供动力。这种能量来源于氢气,氢气被存储在氢气罐中。燃料电池堆将这些能量转化成电能,并由电池作为辅助一同驱动电动机。
上图就是燃料电池车的运行原理。
在国内燃料电池车主要是商用车和卡车,乘用车基本还未上市。国内的燃料电池车制造厂商主要有福田欧辉客车、宇通客车、青年 汽车 、中通客车、上汽大通、飞驰客车、东风客车、中国重汽等。
上面讲解的都是氢燃料电池车的理论部分,接下来我们来看看实际的燃料电池车跟传统的车辆有何不同?
我们先来看看广汽氢燃料电池 汽车 动力系统平台,在上图上我们可以看到车辆的前部(传统车辆发动机和变速箱的位置)布置有驱动电机和燃料电池系统,驱动电机主要是用来驱动车辆行驶,燃料电池系统是将氢气转化为电能的装置。在车辆的中部布置这动力电池系统,这块动力电池可不小,甚至可以赶上纯电动 汽车 的动力电池大小,它可以直接驱动电机或者和动力电池堆一起驱动电机。车辆的后部布置了两个储氢罐,用来储存氢气的。
通过这种布局,你可以看到车辆的后部空间基本被储氢罐所占据,后备箱的空间会非常有限,这个有点像跑气的出租车,它把加气罐放在后备箱内部。
这个系统动力图可能会更形象一些,储氢系统会给燃料电池堆提供氢气,燃料电池堆产生电能,电能通过升压系统为动力电池进行充电,最后由动力电池驱动电机让车辆行驶。氢燃料电池车最终的排放物仅有水,这是典型的清洁能源。
这就是广汽氢能源 汽车 的前部,下部是驱动电机,驱动电机的上部是燃料电池堆,外部还有一些附件,比如空气滤清器、去离子罐、高压水泵、节温器、空压机、水分分离器、供氢系统等。
驱动电机和燃料电池堆采用上下布局,前部这套装置的高度可不低,这要比传统发动机的高度高一些,未来氢能源 汽车 会不会比普通的 汽车 的底盘都要高一些呢?这套系统似乎更适合SUV车辆。
中部和后部我们一起来看看,中部就跟纯电动车布置的动力电池位置一致,后部可以看到有两个黑色的储氢罐,两个储氢罐的布置采用一高一低的布置,低的储氢罐是因为靠近后排座椅位置,高的储氢罐是在后部底盘悬架和支架的上面,高出的一部分必然会导致后备箱的空间变小。
我们接下来再来看看上汽的氢能源 汽车 :
上汽的氢能源布局跟广汽的完全不同,上汽的氢能源 汽车 前部是燃料电池系统,系统额定功率83.5KW,电堆峰值功率130KW。中部是储氢系统,有三个储氢罐,储氢量可达6.4KG。后部是三合一电驱系统,峰值功率150KW。
上汽的氢能源 汽车 布局跟广汽有很大的区别,它采用燃料电池和驱动电机分开布置,这样可以更好地给后部提供储存空间,中部的氢气罐布置是必会比动力电池的高度要高很多,车内的乘坐空间是否会受到影响,这一点要看它是把整个底盘高度提升还是牺牲室内空间,实车出来我们便会知道。从上图中你可以看到,它的动力电池没有布置在中间位置,可能跟燃料电池布置在头部,但尺寸肯定不如广汽的动力电池,两家的设计侧重性并不相同。
这是上汽氢能源 汽车 的前部电池的位置,它的固定是采用前后固定的方式,它的前部是一个大块的面板,如果前部一旦发生碰撞,那前部损伤的的几率会非常严重,这要看它前部如何进行加固,或者整体位置是否靠后一些,预留出一定的变形空间。
我想看完今天的文章,你应该对氢能能源 汽车 有了一定的了解,目前国内的氢能源家用车有成品,但均未量产。配套的设施也都还未齐全,国内目前的加氢站并不多,在你的城市可否配有加氢站,想要氢能源 汽车 量产化,那必然要解决氢气的运输/储存和加氢的问题。
我非常认可国家进行可再生能源的替代行动,但要想大规模普及,不仅要考虑到清洁能源大规模项目所铺设的人力技术和资源成本。相关的法律规定和政策扶持也必须要尽快跟上。
对于清洁能源的替代和可再生能源的使用,不仅可以促进民生生活的秩序和空气的良好,也能够保障我国的现有生活和未来发展。但在现阶段还有更多的技术难关仍需解决和突破,这也是值得注意和考虑的。
可清洁能源的使用将会造福人民群众,并减少环境污染。
我们本身和自身的环境存在着相互影响的情况,通过可清洁能源不仅可以替代燃料燃烧可能产生的有害废物,也可以更好的保护家园,从而避免未来产生极端的频繁灾害天气对生活和出行造成影响。因此清洁环保能源的存在是非常重要的,对于未来国家之间的能源使用甚至外太空的能源使用技术而言都有着非常重要的前景方向。
许多可再生发电项目会受到地理环境以及天气周期的影响,影响了发电技术的运行和改进。
但不可忽视的是,相关的阻力和问题比如说水能,风能太阳能等,这些清洁项目虽然不会产生污染,但其发电规模和其发电设备会受到地理环境以及天气周期的影响,对于维持地区的长久和稳定发电而言,其实只能起到辅助作用。目前类似诸如核能以及其他的清洁煤发电项目,也受到了国家的关注和行业的研究。
针对可清洁能源的市场推进和研发,相关政策和扶持规定也有待完善。
要想真正的促进替代行动的落实和到位,相关法律法规的政策和扶持规定也是有待完善的。针对于某些企业的研发和分析给予一定的支持,并派遣相应的科研人员进行辅助帮助,可以更好的推进这类可再生能源替代项目的落地。
清洁能源一般包括两种类型:一种是可再生的能源,如水能、太阳能、风能、地热能、海洋能等,在被消耗后自身能够恢复和补充,并且不会产生或很少产生污染物,这类能源也被称为第Ⅰ类清洁能源。
另一种是不可再生的低污染能源(如天然气)和利用洁净能源技术处理过的化石燃料(如洁净煤、洁净油等),这种能源被称为第Ⅱ类清洁能源。
大力推行可替代能源,也就是说传统的资源将逐渐被替代,能源的结构将逐渐被改变,这是未来发展的最理想的状态,只是说现在是作为一个未来的趋势去推行,不代表现在立马就会推行,前景肯定是有,但难度肯定也不低。
有前景是说传统的资源就是被誉为现代工业发展的三大支柱,石油,天然气,煤炭,这都是不可再生资源。虽然按照现在地球的储量,你现在人类工业发展的速度以及生活的使用强度上来看,再用个两三百年应该是不成太大的问题,但是人们不能真的等到那时候才考虑去更改能源结构啊,那时候黄花菜都凉了。所以现在世界上主要的大国以及发达国家肯定会考虑去降低对传统能源的依赖。逐渐更新自己的能源结构,大的趋势在这肯定有前景。
有困难并且难度相当不小,是因为传统的煤炭石油天然气成为工业发展的三大支柱,并不是说别的能源就不能用。比如说氢气人们电解水就可以制造氢气,它就可以作为一种燃料,那为什么没有把它作为主要燃料呢?因为煤炭石油天然气这三种能源是保存最为实用环境,几乎没有什么限制的。就不说什么其他的新能源,现有的能源体系里面也存在一些可以作为燃料的能源,只不过它在制备保存安全性,使用条件要求等方面存在着较高的要求,不利于低成本的大范围的推广,自然就没有把它作为主要的燃料了。
那人们想真正实现能源结构的更替,去推行更多可替代的可再生能源,这是必然要涉及到一个能源使用模式的问题。现有的能源里面也存在一些可以作为燃料的东西,要让他们的成本更低,安全性更好,使用范围更加广泛,这个需要技术上的突破,不计代价的去推这个东西,结果肯定是失败的。因为要顺应经济发展的趋势,经济发展的需要就是低成本的可控性比较高的能源。
众所周知,可再生能源是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源,是取之不尽,用之不竭的能源,对环境无害或危害极小,而且资源分布广泛,适宜就地开发利用。在近日举行的第二届清华大学“碳中和经济”论坛上,国家能源局新能源与可再生能源司司长李创军表示,可再生能源已成为新一轮能源革命和科技产业革命的主战场,发展可再生能源是减排不减生产力的重要支柱。
如此说来,我国大力实施可再生能源替代行动,这可能对能源产业产生哪些影响呢?
目前,国内规模化应用的新能源产业包括太阳能、风能、核能等,近年以来,我国以风电、光伏发电为代表的新能源发展成效显著,发电量稳步提升。但还是可能伴随能源危机。最近的一个例子就是今年全国性的高温,我国四川重庆地区分别出现了限电拉闸等情况。主要是因为天气干旱,四川本来就是以水力发电为主的一个城市,在全面高温的情况下,他们的电量也明显供应不足。
促进新能源产业高质量发展、促进电源端、储能端与需求端依市场规律高效匹配,实现以新能源为主体的新型电力系统供需平衡,好发挥新能源在能源保供增供方面的作用;要构建清洁低碳安全高效的能源体系,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统。
总的来说,促进全产业链协同发展,积极有序发展光能源、硅能源、氢能源、可再生能源,推动能源电子产业链供应链上下游协同发展,形成动态平衡的良性产业生态,避免产能过剩 。
1。开发利用可再生能源是落实科学发展观、建设资源节约型社会、实现可持续发展的基本要求。充足、安全、清洁的能源供应是经济发展和社会进步的基本保障。
我国人口众多,人均能源消费水平低,能源需求增长压力大,能源供应与经济发展的矛盾十分突出。 从根本上解决我国的能源问题,不断满足经济和社会发展的需要,保护环境,实现可持续发展,除大力提高能源效率外,加快开发利用可再生能源是重要的战略选择,也是落实科学发展观、建设资源节约型社会的基本要求。
2。开发利用可再生能源是保护环境、应对气候变化的重要措施。目前,我国环境污染问题突出,生态系统脆弱,大量开采和使用化石能源对环境影响很大,特别是我国能源消费结构中煤炭比例偏高,二氧化碳排放增长较快,对气候变化影响较大。
可再生能源清洁环保,开发利用过程不增加温室气体排放。开发利用可再生能源,对优化能源结构、保护环境、减排温室气体、应对气候变化具有十分重要的作用。
3。开发利用可再生能源是建设社会主义新农村的重要措施。
农村是目前我国经济和社会发展最薄弱的地区,能源基础设施落后,全国还有约1150万人没有电力供应,许多农村生活能源仍主要依靠秸秆、薪柴等生物质低效直接燃烧的传统利用方式提供。 农村地区可再生能源资源丰富,加快可再生能源开发利用,一方面可以利用当地资源,因地制宜解决偏远地区电力供应和农村居民生活用能问题,另一方面可以将农村地区的生物质资源转换为商品能源,使可再生能源成为农村特色产业,有效延长农业产业链,提高农业效益,增加农民收人,改善农村环境,促进农村地区经济和社会的可持续发展。
4。开发利用可再生能源是开拓新的经济增长领域、促进经济转型、扩大就业的重要选择。可再生能源资源分布广泛,各地区都具有一定的可再生能源开发利用条件。可再生能源的开发利用主要是利用当地自然资源和人力资源,对促进地区经济发展具有重要意义。
同时,可再生能源也是高新技术和新兴产业,快速发展的可再生能源已成为一个新的经济增长点,可以有效拉动装备制造等相关产业的发展,对调整产业结构,促进经济增长方式转变,扩大就业,推进经济和社会的可持续发展意义重大。
分布式共享充电——EIC 强势来袭
“EIC是借助于全球共享经济的快速发展的分布式共享充电业务,通过整合全球优质的共享无线充电宝、共享有线充电宝、共享充电桩、等运营商/服务商,为其(供方)和充电用户方(需方)提供最快捷充电即挖矿的智能化匹配和推荐服务,从而打造一个全球最优的共享充电业务体系。”
全球智能手机人均使用率及未来市场
数据显示全球智能手机用户数量已经达到33亿,全球智能手机市场中亚太地区最大的市场——中国拥有8.17亿用户量。到2021年,全球智能手机用户总数将再增加至30%。
5G网络,可以实现连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接,随着5G智能手机的推出,在5G网速驱动下,手机上出现的软件APP也会增多,这就会加大手机的耗电量,加上智能手机庞大的用户规模数量以及不断增长的良好趋势,意味着充电市场已然拥有不小的潜在用户数量,前景可观。
手机充电”挖矿到底有多大市场
人类清醒时间的三分之一都在玩手机。手机充电频率从以往的多日一充变为一日多充。调查数据显示,每天为智能手机充电一次的用户占38.4%。每天充电2-3次的占比37.6%,每天充电3次以上的为12.8%。使用应急共享充电宝占比10.2%所以,使用共享充电宝每天平均都有1.2亿万次,相比2018年增长率为50%,未来市场前景可观。
全球电动化浪潮并起,产业链国际化全面布局
国际主流车企均布局新能源车型,以应对电动化趋势。动力电池企业方面,中日韩领军动力电池企业均进入国际化的供应链体系,日韩动力电池企业国内布局的进程也持续推进,电动全球化的进程加深45%。 高端化发展趋势确定,产业链持续受益与美国DR(DataRobot)集团一同携手打造一个电能源产业链的数权世界。
Chain 大陆联盟战略伙伴
EIC已成功和广东云老大电子商务有限公司达成深度战略合作云老大”帮助民族品牌振兴,带动大众创业的开放电商平台。致力于推动百业联盟、千店连锁、万品消费、资本上市;让国人在消费的同时成为国货精品的爱用者、分享者和消费强国,消费富民的践行者,真正的成为一名合格的爱国消费商和云老大平台的创客合伙人。
2019年7月1日,EIC成功和云锋基金达成深度战略合作,云锋基金成立于2010年初,是以阿里巴巴董事局主席马云和聚众传媒创始人虞锋的名字命名而成,并联合一批行业领袖、成功企业家和成功创业者共同发起创立的私募基金。其宗旨是除了投入资金外,把各自的创业经验与企业分享,在发展战略、组织管理、品牌建设等方面帮助企业更好发展,关注年轻的企业家,创造下一代的领导者,培育未来有影响力的企业。目前云锋基金旗下拥有多支美元基金、人民币基金和专项基金。云锋基金主要涉足互联网、医疗、大文娱、金融、物流与消费等领域。
EIC旨在为重塑全球新能源产业链条的生产关系及运营机制。为全球范围内的用户(需求方),提供基于安全透明、快捷高效的购电、充电、租赁使用设备等服务的“智能匹配、智能调度、智能支付、智能推荐”等一体化智能化解决方案;同时也为产业生产者(供应方)提供一条精准营销的低成本、多元化的开展业务的高速公路;并为生态共建者提供一个能够孵化产业衍生价值的智能化平台;激发人们参与可再生能源发展的主动性和创新精神,以此打造一个‘自由平台、安全透明、社区自治、产业共识’的自运营社区生态。