东芝探索“完美能源”:以可再生能源制取绿氢,全程零碳排
“百年老店”、多元化电子电气产品制造商日本东芝集团(Toshiba)正在全力布局有“未来能源”之称的氢能,并将大规模可再生能源制取“绿氢”视为低碳能源时代的完美解决方案。
近日在上海举行的第三届中国国际进口博览会期间,东芝多位高管对澎湃新闻表示,除了已提出“氢能源 社会 ”愿景的日本本土之外,东芝非常看好氢能在中国的发展前景。
放眼全球,日本是近年来最热衷于发展氢能的国家之一。日本“氢能基本战略”提出,到2030年要确立国内可再生能源制氢技术,构建国际氢能供应链,长期目标是利用碳捕获(CCS)技术实现平价化石燃料的脱碳制氢和可再生能源制氢。对于能源自给率低的日本而言,用零碳排的可再生能源来制取清洁高效、较易储运的氢能,无疑是“后福岛时代”得以兼顾能源安全和碳中和目标的理想选择。
日本能源转型历程
“东芝早在50年前就已经开始做氢能方面的技术研发,进行相关技术储备。我们在40年前推向市场的产品,已经有氢能利用的影子。”负责氢能业务的东芝(中国)有限公司营业总监张童对澎湃新闻表示,早年东芝的制氢路线是烃类醇类重整制氢。但在零碳理念下,该公司内部近十年间全面提升氢能体系,东芝燃料电池体系全部是纯氢燃料电池。
据介绍,东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex已累计在日本国内交付100台以上。这种100kW的模块化单元可根据需求灵活组合,启动时间不到5分钟,高效将管道或气罐中的氢气转化为电能和热能。
东芝的纯氢能燃料电池系统H2Rex累计在日本交付100台以上
典型场景如东芝的新氢能综合应用中心,利用太阳能电解水制备氢气,并直接将其应用在东芝的日本府中工厂的燃料电池物流叉车上。这样,不但燃料电池物流叉车在运转时不排放二氧化碳,而且,因为使用了通过可再生能源制取的氢气作为燃料,从制氢到氢利用的全程实现了零碳排。
当突发灾难时,这套小型分布式能源亦可大显身手,作为一条生命线为300名受灾群众提供一周的电力和热水供应。
纯氢固然样样好,但目前在全球范围内仍受居高不下的成本所困。据澎湃新闻了解,上述在日本落地的东芝纯氢燃料电池系统均为有日本政府政策支持的项目。
张童表示,全球可再生能源快速发展,但风电、光伏始终存在间歇性问题。尤其在中国,风电、光伏装机的迅猛增长对电网调峰要求巨大,弃风、弃电的问题屡见不鲜。若将这部分电力转换成氢能储存起来,在需要时再调取,就是一个最理想的结合。“可再生能源与电解质制氢技术结合起来,制出来的氢完全是绿色的。”
他认为,在该领域,东芝的所长是对电力系统、电子设备、控制系统的深入了解和对氢的长期技术积累,目前正在与多家上游制氢企业探讨合作。在氢能起步阶段,东芝呼吁政府对全行业予以政策支持,鼓励更多企业参与氢能产业链的完善,并尽早明确氢使用的法律法规。在这些前提下,氢能成本才能随着规模化效应快速下降。
氢能成本的下降有赖于一个足够大且高速成长的下游市场。东芝正在推动纯氢能燃料电池系统H2Rex尽早应用于中国市场,使其成本上尽早符合中国市场潜在的需求,并联合中国合作伙伴一起开拓市场。
实际上,东芝对于“终极能源解决方案”的认识,在日本福岛核事故之后出现了彻底的转变。东芝曾是全球核能领域的重要参与者,旗下拥有 历史 战绩辉煌的美国西屋电气公司。但由于2011年福岛核事故后全球核电建设放缓、建造成本陡增、西屋电气申请破产保护等原因,东芝最终选择剥离核电资产。
今年10月,日本首相菅义伟在临时国会上发表施政演说时宣布,日本将争取在2050年实现温室气体净零排放。这标志着作为全球第三大经济体和第五大碳排放国的日本在气候议题上的立场发生巨大转变。目前,日本的温室气体排放中有至少80%来自能源领域。
“二氧化碳零排放并不是最近才有的呼声,很早以前大家就在进行与此相关的探讨。”东芝中国总代表宫崎洋一对澎湃新闻说道,福岛核事故改变了全球的碳减排思路。2011年之前,日本、欧洲都将低碳发电目标寄希望于核能,但福岛事故后由于安全标准升级、核能发电成本陡增,欧洲主要国家纷纷选择弃核。
宫崎洋一称,除了重点业务氢能之外,目前东芝还有其他颇具竞争力的能源业务和碳捕捉技术,可以根据不同地区的特征进行灵活组合。具体而言,在水电领域,东芝的实际供货数量和技术实力处于全球第一梯队,已经向44个国家及地区累计供货2300多台水轮机和1800多台发电机;光伏领域,东芝的工业用光伏发电系统在日本有2700处应用,住宅用光伏发电系统在日本为10万户以上客户使用;地热领域,东芝已向全球提供累计达3.7GW的地热发电设备,以设备容量计处于全球第一。
福岛氢能研究基地(FH2R)
在日本国立的新能源产业技术综合开发机构(NEDO)牵头下,东芝与另外两家日本企业合作的福岛氢能研究基地(FH2R)已于今年2月底建成。
FH2R系统概览
该项目建有全球最大的利用可再生能源的10MW级制氢装置,正在验证清洁低成本的制氢技术。这里产生的氢气不仅用来平衡电力系统,还为固定的氢燃料电池系统、移动的氢燃料车等提供动力。
校对:刘威
3 日本车企的氢能源电池车发展
社会正向电气化/氢气化转型,车辆的电动化进程也越来越快,氢气是实现低碳社会的有效能量载体。在日本政府的鼓励下,日本车企如丰田、本田等都氢能源汽车的研发中加快了步伐…
新能源的未来已至:丰田Mirai丰田Mirai ( 查成交价 | 车型详解 )一如其名字一样,是为未来而来的一款划时代新能源车,代表着未来交通工具能源发展的方向。Mirai采用的氢燃料电池(Hydrogen Fuel Cell)是一套将氢气和氧气蕴含的化学能经过电化学反应直接转换为电能的发电装置。
然而氢的制造储存,电堆的寿命和性能阳极材料、质子交换膜、催化剂的材料,系统的耐久和可靠都是难点。也是因为难,Mirai的量产才如此令人佩服。Mirai有两个碳纤维制的氢气瓶,最大容积122.4L,70MPa的存储压力下可以存储5kg氢气。
Mirai的驱动功率大部分直接来自于燃料电池电堆(即是功率跟随),动力系统配备的锂电池用于FCV反应堆电能暂储、制动回收电能储存,更可与FCV反应堆同时为驱动电机供能。Mirai充一次氢气仅需3-5分钟,即可恢复483km续航里程。
阻碍氢燃料电池车发展的最大因素就是“钱”。Mirai在日本售价为723.6万日元(约合人民币44.2万元),除去各种税费减免,用户也需支付498.3万日元(约合人民币30.4万元)才能把Mirai开回家,这个价格能在日本买到 皇冠 2.0T了;美国售价为57500美元(约合人民币39万元),这个价格能在美国买 雷克萨斯RX 450h了。
丰田官方发言人透露,最终在2020年,大规模量产后,成本有望降到20万元这个普通家庭能够勉强能够到的价位,但也依然困难重重。加氢站的建设离不开各个国家的基础设施的支持和投资。另外大批量制氢的技术还不理想,成本更是不低。
另外不得不提到的一点,丰田已经宣布将会在全球范围内开放5680项有关氢燃料电池技术的专利,其中包括丰田Mirai的1970项技术,放期限到2020年底为止。丰田开放专利的目的是希望企业界接受丰田的技术标准,形成事实上的统一标准,以降低技术风险。
本田Clarity紧随其后 注重氢燃料电池汽车的精细化发展
本田以“制造”、“使用”、“连接”为 理念 ,正致力于开发实现氢气社会的技术。2016年3月发售了FCV“CLARITY FUEL CELL”。为普及燃料电池车,降低成本、建立品质技术以及完善基础设施将是亟待解决的问题。
本田估算下一代汽车削减CO²排放的可能性如下: 可再生能源发电产生的电力驱动小型BEV实现CO²零排放; 利用太阳能将水电解为氢气与氧气,驱动FCV “FCX Clarity”实现CO²零排放。本田计划到2030年,将销量的2/3替换为PHEV、HEV、FCV以及BEV等零排放车辆。
作为针对氢气社会的开发理念,以使用氢气、具有终极清洁性能的FCV为中心,将一体式氢气站SHS ( Smart Hydrogen Station) 与外部供电逆变器Power Exporter 9000连接使用。本田从1996年起开启基础研究,历经20年,终于完成了FCV Clarity、SHS、Power Exporter 9000等的研发。
1.启动出租车路试
为更多人提供观察FCV、试乘FCV的机会,使人们切身感受到FCV的优势。研究FCV在出租车行业的影响,并反映至今后的开发中。目前在日本国内的投放情况是日野交通 (神奈川县) 1辆、大宫汽车 (埼玉县) 1辆、帝都汽车交通 (东京都) 2辆、仙台出租车 (宫城县) 2辆。
2.氢燃料电池战略路线图
在日本国内,根据政府主导的氢气/燃料电池战略路线图,推进FCV的投放、以及氢气基建的完善。2025-2030年期间,将完善氢气站,并开始自主扩大规模。首先以4个大城市为中心,集中完善氢气站,随后推广至二三线城市、甚至全国。2025年前后,日本政府将重点参与其中,构建普及FCV的社会基础。
氢能源汽车发展规划 阶段目标 第一阶段 扶持FCV的应用 (2015~2020年前后)氢气基建:削减氢气站成本、扩大数量 (2015~2020年前后) 第二阶段 氢气发电:实证测试 (2015~2030年前后)、正式开展 (2030年~)
大规模氢气供应:利用海外原料制造氢气,运输试验 (2015~2025年前后)、正式开展 (2030年~) 第三阶段 无CO2氢气:CCS (Carbon dioxide Capture and Storage,碳捕获与储存)、采用可再生能源的氢气制造试验 (2015~2030年前后)、正式开展 (2040年~)
丰田燃料电池卡车欲为基础设施发展带来收益
由于加氢站建设成本太高,发展滞后,在加氢站数量有限的情况下,有目的、有节奏的点对点运输是最为合适的选择。因此,日本将氢能源汽车发展方向的思考,转向了为基础设施服务,打造FCV卡车成为优先项。
以目前用户数量来看,很难将氢站视为盈利性事业,仅依靠补助金很难增加数量。而将氢站作为盈利性事业对实现氢气社会至关重要,日本将目光锁定在了7-11便利店。2017年8月,日本丰田汽车公司签订了店铺及物流中节能、减排研究相关的基本协议书,在东京都内的2区域上开始实施。
为此,丰田汽车还专门制造了两辆具备冷藏和冷冻功能的FC卡车,FC卡车的氢气储存量是轿车MIRAI的1.5倍以上,且每天氢的使用量很大。7-11便利店的FC卡车对氢能源的使用量相当于普及30辆MIRAI的效果,无形中增加了氢基础设施的利用次数。
引入氢燃料电池摩托车
2018年12月28日,日本国土交通部宣布,将修改部分规定道路运输车辆安全标准的告示,以引入氢燃料电池摩托车。氢燃料电池摩托车的新标准是:当倒地等情况发生时,氢燃料电池摩托车能防止对氢容器表面造成严重损坏甚至是破裂,要有一定的缓冲性和耐擦性。
另外,在发生碰撞事故产生加速度时,氢容器要求被固定在车辆上,防止氢容器脱离车辆。此外,氢燃料电池摩托车在运行容器安全阀时的氢气释放方向,要求为在车辆正立状态下向垂直向下释放,以使周围的人能够判断氢气排出方向。
结 氢能源车或成电驱动车终极解决方案当我们放眼一个10年,对于汽车来讲是两个 世代 更替,而对于人类在能源革命上的探索,不过历史的一瞬。新能源车是个不断在扩充的天量市场,可以容纳下众多的产品。百花齐放,胜过孤注一掷。从目前技术发展和实用化水平看,纯电动汽车虽然性能上不占优势,但是实用性和普及性上是领先于氢燃料电池车的,但今后谁能真正领先新能源汽车领域,还要看最终技术进步和实用化的最终比拼结果。(文: 韩蕊)
氢燃料汽车 丰田Mirai 刚完成十万公里测试
Honda FCV Concept首发亮相2015北美车展
展开余下全文(1/2) 2 日本车企的氢能源电池车发展 回顶部3 日本车企的氢能源电池车发展
社会正向电气化/氢气化转型,车辆的电动化进程也越来越快,氢气是实现低碳社会的有效能量载体。在日本政府的鼓励下,日本车企如丰田、本田等都氢能源汽车的研发中加快了步伐…
新能源的未来已至:丰田Mirai丰田Mirai 一如其名字一样,是为未来而来的一款划时代新能源车,代表着未来交通工具能源发展的方向。Mirai采用的氢燃料电池(Hydrogen Fuel Cell)是一套将氢气和氧气蕴含的化学能经过电化学反应直接转换为电能的发电装置。
然而氢的制造储存,电堆的寿命和性能阳极材料、质子交换膜、催化剂的材料,系统的耐久和可靠都是难点。也是因为难,Mirai的量产才如此令人佩服。Mirai有两个碳纤维制的氢气瓶,最大容积122.4L,70MPa的存储压力下可以存储5kg氢气。
Mirai的驱动功率大部分直接来自于燃料电池电堆(即是功率跟随),动力系统配备的锂电池用于FCV反应堆电能暂储、制动回收电能储存,更可与FCV反应堆同时为驱动电机供能。Mirai充一次氢气仅需3-5分钟,即可恢复483km续航里程。
阻碍氢燃料电池车发展的最大因素就是“钱”。Mirai在日本售价为723.6万日元(约合人民币44.2万元),除去各种税费减免,用户也需支付498.3万日元(约合人民币30.4万元)才能把Mirai开回家,这个价格能在日本买到 皇冠 2.0T了;美国售价为57500美元(约合人民币39万元),这个价格能在美国买 雷克萨斯RX 450h了。
丰田官方发言人透露,最终在2020年,大规模量产后,成本有望降到20万元这个普通家庭能够勉强能够到的价位,但也依然困难重重。加氢站的建设离不开各个国家的基础设施的支持和投资。另外大批量制氢的技术还不理想,成本更是不低。
另外不得不提到的一点,丰田已经宣布将会在全球范围内开放5680项有关氢燃料电池技术的专利,其中包括丰田Mirai的1970项技术,放期限到2020年底为止。丰田开放专利的目的是希望企业界接受丰田的技术标准,形成事实上的统一标准,以降低技术风险。
本田Clarity紧随其后 注重氢燃料电池汽车的精细化发展
本田以“制造”、“使用”、“连接”为 理念 ,正致力于开发实现氢气社会的技术。2016年3月发售了FCV“CLARITY FUEL CELL”。为普及燃料电池车,降低成本、建立品质技术以及完善基础设施将是亟待解决的问题。
本田估算下一代汽车削减CO²排放的可能性如下: 可再生能源发电产生的电力驱动小型BEV实现CO²零排放; 利用太阳能将水电解为氢气与氧气,驱动FCV “FCX Clarity”实现CO²零排放。本田计划到2030年,将销量的2/3替换为PHEV、HEV、FCV以及BEV等零排放车辆。
作为针对氢气社会的开发理念,以使用氢气、具有终极清洁性能的FCV为中心,将一体式氢气站SHS ( Smart Hydrogen Station) 与外部供电逆变器Power Exporter 9000连接使用。本田从1996年起开启基础研究,历经20年,终于完成了FCV Clarity、SHS、Power Exporter 9000等的研发。
1.启动出租车路试
为更多人提供观察FCV、试乘FCV的机会,使人们切身感受到FCV的优势。研究FCV在出租车行业的影响,并反映至今后的开发中。目前在日本国内的投放情况是日野交通 (神奈川县) 1辆、大宫汽车 (埼玉县) 1辆、帝都汽车交通 (东京都) 2辆、仙台出租车 (宫城县) 2辆。
2.氢燃料电池战略路线图
在日本国内,根据政府主导的氢气/燃料电池战略路线图,推进FCV的投放、以及氢气基建的完善。2025-2030年期间,将完善氢气站,并开始自主扩大规模。首先以4个大城市为中心,集中完善氢气站,随后推广至二三线城市、甚至全国。2025年前后,日本政府将重点参与其中,构建普及FCV的社会基础。
氢能源汽车发展规划 阶段目标 第一阶段 扶持FCV的应用 (2015~2020年前后)氢气基建:削减氢气站成本、扩大数量 (2015~2020年前后) 第二阶段 氢气发电:实证测试 (2015~2030年前后)、正式开展 (2030年~)
大规模氢气供应:利用海外原料制造氢气,运输试验 (2015~2025年前后)、正式开展 (2030年~) 第三阶段 无CO2氢气:CCS (Carbon dioxide Capture and Storage,碳捕获与储存)、采用可再生能源的氢气制造试验 (2015~2030年前后)、正式开展 (2040年~)
丰田燃料电池卡车欲为基础设施发展带来收益
由于加氢站建设成本太高,发展滞后,在加氢站数量有限的情况下,有目的、有节奏的点对点运输是最为合适的选择。因此,日本将氢能源汽车发展方向的思考,转向了为基础设施服务,打造FCV卡车成为优先项。
以目前用户数量来看,很难将氢站视为盈利性事业,仅依靠补助金很难增加数量。而将氢站作为盈利性事业对实现氢气社会至关重要,日本将目光锁定在了7-11便利店。2017年8月,日本丰田汽车公司签订了店铺及物流中节能、减排研究相关的基本协议书,在东京都内的2区域上开始实施。
为此,丰田汽车还专门制造了两辆具备冷藏和冷冻功能的FC卡车,FC卡车的氢气储存量是轿车MIRAI的1.5倍以上,且每天氢的使用量很大。7-11便利店的FC卡车对氢能源的使用量相当于普及30辆MIRAI的效果,无形中增加了氢基础设施的利用次数。
引入氢燃料电池摩托车
2018年12月28日,日本国土交通部宣布,将修改部分规定道路运输车辆安全标准的告示,以引入氢燃料电池摩托车。氢燃料电池摩托车的新标准是:当倒地等情况发生时,氢燃料电池摩托车能防止对氢容器表面造成严重损坏甚至是破裂,要有一定的缓冲性和耐擦性。
另外,在发生碰撞事故产生加速度时,氢容器要求被固定在车辆上,防止氢容器脱离车辆。此外,氢燃料电池摩托车在运行容器安全阀时的氢气释放方向,要求为在车辆正立状态下向垂直向下释放,以使周围的人能够判断氢气排出方向。
结 氢能源车或成电驱动车终极解决方案当我们放眼一个10年,对于汽车来讲是两个 世代 更替,而对于人类在能源革命上的探索,不过历史的一瞬。新能源车是个不断在扩充的天量市场,可以容纳下众多的产品。百花齐放,胜过孤注一掷。从目前技术发展和实用化水平看,纯电动汽车虽然性能上不占优势,但是实用性和普及性上是领先于氢燃料电池车的,但今后谁能真正领先新能源汽车领域,还要看最终技术进步和实用化的最终比拼结果。(文: 韩蕊)
氢燃料汽车 丰田Mirai 刚完成十万公里测试
Honda FCV Concept首发亮相2015北美车展
@2019
据《日本经济新闻》报道,曰产公布中止与戴姆勒公司及福特汽车联合开发燃料电池车的方案,将能量集中化与发展趋势电动式汽车。以前遭受热捧的氢燃料电池技术性,在其本营日本国遭受了发展趋势阻拦。就连丰田都没法明确氢燃料电池能不能变成将来流行,大部分汽车企业全是战略科学研究和试产,保证 关键技术领域不脱队罢了。
氢燃料电池缺点最先,氢的贮运较难:由于氢分子是最少的分子结构,再密闭式的器皿也难保不容易轻度泄露,仅仅能够操纵到泄露量几乎为零,不危害应用。可是所投入的成本费是极大的。压力容器成本费也不低,我觉得有关科学研究原材料觉得髙压氢罐最少要做35MPa,丰田用的是70MPa三层构造。除开压力容器之外,与氢罐连接的闸阀、管道等规定也比别的燃料高得多。使用期限不太清晰,但可能维修保养成本费要高许多 。
第二,铂金属催化剂成本增加:三元锂电池常用的金属催化剂原材料里边,主要是镍钴锰(NCM)或镍钴铝(NCA),实际上钴的使用量是非常少的(占有率10%上下),但如今钴的价格一路暴涨。关键缘故便是锂电生产量极大,因此 就算单独充电电池钴的使用量非常少,但吃不住充电电池多。因此 大伙儿都是在往无钴充电电池方位科学研究。氢燃料电池里边我看到一些毕业论文也在科学研究取代铂的金属催化剂,终究铂太贵了,比钴贵得多,这或是现阶段使用量不大的状况下。倘若氢燃料电池很多生产制造,那铂的价钱不清楚要高去哪里了。
第三,电力能源成本费也高:例如车用汽油的热值是47.3MJ/Kg,天然气(甲烷气体)的热值是78MJ/Kg,氢气的热值是141.8MJ/Kg,如今汽油油价依照7元每升测算好啦,1公斤9.7元(依照92汽油相对密度0.725Kg/L测算),天然气价钱依照商业气价钱4.5元一立方米,1公斤6.25元(依照天然气0.72Kg/m3测算),氢气价钱1公斤40元,依照等比热值测算,车用汽油每MJ热值成本费0.两元,天然气每MJ热值成本费0.08元,氢气每MJ热值成本费0.28元。注:氢燃料电池实际上不可以依照点燃热值测算,但为了更好地以便比照,这儿取的热值。
氢能的优点基本上仅有燃料电池这一个行业,在别的行业而言天然气(CH4)彻底能够完爆氢能。生产制造1立方氢气必须6.7-7.3度电,每度电依照规范碳排放量大约0.785Kg,也就是1立方米氢气大概碳排放量是5.3Kg,而1立方氢气才90g。天然气是一次能源,造成全过程全是有机化合物化学变化,没有碳排放量,点燃时每Kg碳排放量是2.04Kg,也就是每90g的天然气碳排放量是0.18Kg。90g氢气的热值是12.8MJ,90g天然气热值是7MJ。那麼同样热值下氢气的碳排放量是天然气的16倍,何况汽化的氢气的温度比天然气低,存取时间比天然气低,就代表着氢气的贮运成本费比天然气高
如出一辙,福特汽车汽车也在6月13日也公布申明称,其与戴姆勒公司坐落于大不列颠哥伦比亚省本那比的燃料电池合资企业将于2018年夏天关掉。但是,吵吵闹闹乃店家在所难免,那里忙着提出分手,这里奥迪车和当代公布达到专利权交叉式授权文件,将合作开发氢燃料电池汽车。
对比纯电动车汽车的关键技术,为什么氢燃料电池汽车在国际性上引起了这般大的异议?要处理这个问题,不但要了解氢燃料电池从技术上的难题和挑战,也要掌握世界各国政府部门在促进该技术性身后的动机。实际上较大的难题无非便是关键技术缺陷和昂贵成本费无法大规模营销推广。
实际上新能源燃料销售市场或是有新的技术性商品不被大伙儿掌握,今日告知大伙儿一种在新能源燃料销售市场实际效果非常好的新型燃料--较高能汇聚油。它是一种没有一切醛类的绿色植物类和矿物质类原材料生成的清洁燃料,关键适用家中餐饮店院校加工厂饭堂加热炉等层面,具备非易燃易爆物品用火点不燃非危险品的安全性特点,无毒性没害点燃无烟无味,点燃合理性比照传统式天然气,酒精类燃料也是有非常非常好的出色型,热值达到10000--13000卡路里,价格实惠具备竞争能力。
现阶段酒精类燃料和天然气类然料由于安全性和环境保护层面的难题,我国监管现行政策趋于紧张,多地颁布严禁和限定对策。因此 新能源技术无醇燃料品牌优势凸显,如今和能够预料的未来会变成燃料销售市场的主要产品,有新能源燃料创业计划的盆友何不关心掌握这款新型燃料商品。
曰产为什么不干氢燃料电池二战前后左右,没有丰田没有广州本田,曰产才算是日本国的大儿子,十分强劲。之后2000年上下,丰田和广州本田也起来了,曰产贴近倒闭。1999年,戈恩接任时,曰产汽车经营规模松垮、高效率不高、管理方法不当,承受170亿美金的负债。与之对比,丰田不但销售量蒸蒸日上,两年前丰田发布的混动系统THS也是确立它的信誉。
日本的政府也立在丰田一边,公布汽车国家产业政策是:丰田汽车要做的便是加强在混合动力技术性上的优点,别的日本国汽车企业要做的便是学习培训丰田的混合动力。但是,戈恩并不是那类想要认输的人,他让曰产汽车挑选与日本的政府唱反调:你让我跟丰田学混合动力,我偏不。随后它搞出以前销售量最大的纯电动车汽车:日产聆风LEAF。
换句话说:若第一名丰田大力推广混合动力,则追赶者曰产挑选别的线路 ,那便是纯电动车。若第一名丰田大力推广氢燃料电池,则追赶者曰产挑选别的线路,那便是 Zero Emission曰产纯电、VC-Turbo超变擎和e-POWER混合动力等。由此可见,曰产挑选终止氢燃料电池是一种日本和服逻辑性的公司经营战略:
在竞争策略上:追赶者要挑选不一样的关键技术。在公司设计风格上:Zero Emission曰产纯电、VC-Turbo超变擎、e-POWER混合动力,全是“大好脑洞大开”的技术性;不动基本路,是曰产汽车的设计风格,一时变不上。在资源资金投入上:另外搞了纯电、汽车发动机、混合动力,再搞氢燃料电池,确实搞没动了。因而,曰产终止氢燃料电池开发设计,大量是曰产汽车的竞争策略,彻底不可以作为否认氢能的关键技术的事实论据。
氢能管理体系遮盖源网荷储用以交通出行仅仅一个细分化行业,不可以意味着氢燃料电池未可以说,氢能是未来新能源管理体系的关键组成,我们不能独立地从氢能源车看来氢燃料电池发展趋势,要立在电力能源管理体系向清理低碳环保安全性高效率转型发展的大情况出来考虑到。氢燃料电池与电磁能一样,归属于二次能源,但但凡二次能源,就会有“源网荷储”四个行业必须一同发展趋势。源:氢气是怎么造成的,包含电解水的绿氢,也包含能源化工的灰氢。网:氢气管道网或是液氢髙压气氢运送,加氢站等。荷:客户,包含氢能汽车,化工厂、钢材冶金工业等。储:储气库。在这里四个行业之中,仅有氢燃料电池汽车与一般普通百姓触碰更为密切,可是不意味着氢燃料电池汽车不行,氢能管理体系就不行。
即便是氢燃料电池,汽车不需要了,还可以做变大,还可以作为移动式的电力能源站,热冷电联供等。总而言之,氢燃料电池假如从商品和技术性方面看来,确实是个好的方位。仅仅万物复苏,密切相关,一环扣一环,人类社会便是个群居动物大生态,技术性中间推动和发展趋势也是遭受蝴蝶效应的危害,期待这一产业链可以尽早技术性提升和创建起来。
新日本石油株式会社---------------------世界第50位,亚洲第8位
新日矿Holdings---------------------------世界第68位
关西电力-----------------------------------世界第95位
昭和Shell石油----------------------------世界第107位
东京电力-----------------------------------世界第125位
九州电力------------------------------------世界第143位
东北电力-----------------------------------世界第158位
出光-------------------------------------------世界第158位
东京Gass-----------------------------------世界第159位
日本从上世纪80年代开始就开始布局氢能源,直到现在新能源 汽车 产业被中国比亚迪等车企按在地上摩擦,中国2022年 汽车 出口总量将超越德国,再过几年还将超越日本,因为日本的新能源走了氢能源的歪路。下面我们详细聊聊,中国新能源 汽车 必胜的原因。
能源问题是当前人类迫切需要解决的难题。不只是为了解决温室效应,降低能源成本,更重要的是在信息技术、智能自动化制造技术的帮助下,已经具备了解决这一问题的能力。
工业革命后的两三百年, 所有在能源方面的努力都是为了提升太阳能转为服务人们生产生活的有用功转换效率和提高能源载体的有效能量密度 。以前、所有的研究者都只着眼于单个环节的。如提高光伏发电效率、提高汽油发动机热效率。未曾将从太阳能到有用功当成一个系统研究。
晶硅、薄膜、钙钛矿结构等等光伏技术,聚光光热技术、锂电池、锂硫固态、氟阴离子、氢氧燃料等电池技术和新能源 汽车 。研究者投入了巨大成本、大量的人力物力精力。
但是、研究人员未曾认识到一个可怕的事实,那就是不管他们多么努力,方向选择错了。即便他们的电池技术达到所有的理论上的最大值。他们研究出来的技术都是昙花一现。
那么什么样的技术方向才是正确的呢?且看下面分析。
1 氢能?未来能源?你有没有搞错!
氢能作为一种能源载体,被人误认为是未来的最佳能源。这种错误的想法源自两个事实,一个是氢能量密度高达143MJ/KG,另外一个氢的燃料电池理论效率高达80%。
论据是正确的,结论却错了。氢气如果是车载能源,将储罐和氢气当成一个整体,其能量密度远低于汽油、也低于低过甲醇。氢燃料电池的整体STS效率也不高。所以氢能毫无竞争力,详见如下分析。
1.1 常见能源载体的能量密度。
我们先看看常见的氢气储存技术。
A. 高压储氢:氢质量含量1~5.8wt%,压力为35/45/70/90MPa,目前已经商业化。对于氢能 汽车 中的高压储罐,一般有35Mpa和70Mpa两种,储氢重量密度达到了5.7wt%。
B. 液化储氢:氢质量含量>5wt%,将纯氢冷却至-253 储存,超低温消耗能量大,成本高,优势在于储氢密度高,多用于航天、军工领域。
C. 固态吸附储氢:氢质量含量5.3 9wt%,使用以碳材料为主进行物理储氢,环境为77k、4MPa,纳米碳材料储氢性能好,还处于实验阶段。
D. 液态有机化合物储氢:氢质量含量6 8wt%,常温常压,储氢容量大,目前还处于实验阶段。
E. 金属氢化物储氢:氢质量含量1.4 3.6wt%,常温常压,安全性好,但是储氢合金存在易粉化、能量衰减和变质,目前还处于实验阶段。
F. 自然储氢:包括水储氢、甲醇储氢等。其中,水储氢的氢质量含量为11.1wt%,常温常压,能量比度高,成本高,以电解水制氢为主。甲醇储氢的氢质量含量为12.5wt%,常温常压,能量密度高,低成本,大规模甲醇制氢技术早已实现商业化,微型化甲醇制氢技术已实现突破,商业化价值极高。
上面的六种氢储能方法中,甲醇的储氢质量分数是最高的了。并且,甲醇利用热重整、质量占比12.5%的氢会成为氢单质。而甲醇的能量密度是20MJ/KG,经过热重整后得到的氢能量必定有损失。
由上面分析得到本文的重点观点:
也就是说单质氢作为能源载体,考虑储罐等存储工具后,最大氢质量密度的居然是甲醇,甲醇可以作为可再生太阳能燃料。那我们为什么还要去发展单质氢能源?
我们应该去发展甲醇这样的可再生燃料,而不是氢能源。
显然,氢,作为能源载体。考虑储罐后,其整体能量密度不及汽油一半,也低于甲醇。此外,还要考虑氢能冷却压缩灌装造成的能量损失。单质氢气的极度危险性。
那么氢氧燃料电池的能量转换效率高呢?电池发电环节,氢能效率高,并不能弥补整体系统的能量效率。借助“油井-车轮”(WTW)效率理念。本文提出“STS”即solar to service。即将太阳能转换为服务人们生产生活的有用功。STS的效率中,氢能因为经过了太阳能发电、电解水、燃料电池转换电能,这个中间多了一个氢形态的变换环节。其STS效率也低于光伏、更低于太阳能生产甲醇,甲醇直燃、内燃、重整制氢的效率。
由此可见、那些错误认为氢能是终极能源并大规模投入的人最后可能赔得很惨。
2 什么才是未来的能源?
在所有非直接利用太阳能利用方式中太阳能光伏、光热的效率是最高的,电能、热能都是服务人们生产生活的有效形式。 基于STS的观点,未来能源必定是最高效利用太阳能服务人们生产生活的能源方式。 当然,作为太阳能在地球上的能量载体,STS的评价至少包含经济价值、能量密度、系统效率和适用场合等等方面的考虑。
首先太阳能光伏是太阳能利用方式的最优方式,但光伏不能解决储能问题。
以生物质为原料、太阳能为能量来源,利用碳氢氧元素为热储能工质储能。并在夜晚发电,生产甲醇、二甲醚。而在甲醇、二甲醚的使用端。将太阳光聚光产生光热温度180~500 的中低温太阳能,重整甲醇、二甲醚、水、沼气等组份,得到氢气、一氧化碳供给直燃、内燃机、燃料电池等方式利用。
2.1 太阳能可再生燃料利用系统
图 1 太阳能可再生燃料利用系统图示
当前技术技术发生了两个重大的转变,一个是太阳能光伏发电度电成本部分地区已经低于火力发电、未来将会在全球大部分地区平价上网。另外一个转变是,新能源 汽车 的普及,而可再生燃料混动车几乎是零成本的发电平台将会是最佳的新能源 汽车 路线。利用 汽车 的分散,对应太阳能的分散、生物质的短距离收集得到了单面面积的能量密度大幅度提升,而经济成本极低。
由上面分析,未来中国的新能源 汽车 短途(200公里以内)用能以电能为主,长途(超过200公里)以混动(燃油或可再生燃料)。不用去发展什么氢能源。
利用风能、太阳能等可再生能源技术产生的能源量往往取决于天气条件,而为保证持续稳定的供电方式,科学家正想方设法在大自然中寻找各种靠谱的储能材料和方法。
大规模储能技术研究成为热点
据外媒称,英国大多数核电站均将在本世纪20年代末到期退役;而日本日立公司近日也宣布因建设成本上升将暂停其在英国的核电项目;出于减排等因素考虑,英国政府计划2025年前关闭所有火电厂,这将给整个国家的电力供应留下相当大的缺口。
据介绍,所谓多孔介质压缩空气储能技术(PM-CAES),其工作原理是利用可再生能源的电力为产生压缩空气的发动机提供动力,将这些空气以高压状态储存在砂岩孔隙里。在能源短缺时,释放出井里的压缩空气,为涡轮发电机提供动力,然后将电力输送到电网。
英国科学家这次对近海盐湖蓄水层进行了多孔岩石储能潜力的预估,利用蒙特卡罗方法计算了在大量多孔岩石的地点上构建电厂的功率输出和效率。研究表明,进行一次PM-CAES存储可以满足两个月所需的空气流量,其往返效率(RT)介于42%至67%之间。此外,该方法地表损耗较小,这将受到土地表面或水资源有限的地区的青睐,同时这项技术在能源需求旺盛的人口密集地区也更具有吸引力。
一种潜在可行季节性存储技术
“建设智能电网和分布式能源系统等,储能系统是其中的关键技术。迄今,大规模(500兆瓦以上)商业应用的电力储能系统,主要是抽水蓄能电站。抽水蓄能虽然借助高低落差地势,利用势能差能够大量储能和发电,但是受限于地理条件和投资建设周期长,还需要开发其他大规模储能技术,尤其是跨季节储能技术。”陈永翀指出,多孔岩石分布较广,这将使PM-CAES技术能够跨季节运行,从而大大加强了其应用的普适性。
根据论文资料,陈永翀分析道,英国研究人员使用数学模型评估这种储能技术的潜力后发现,北海的地质构造可以储存满足英国3个月电力需求的能量,且大量富含多孔岩石的近海盐湖蓄水层靠近风力发电场,这可以在生成和存储之间产生有价值的协同作用。
论文作者之一、爱丁堡大学的朱利安·穆利-卡斯蒂略指出,这种技术有可能在夏季把可再生能源发电储存起来,留待冬季用电高峰时使用。只是这种方法虽然有可行性,但成本相对较高。另外,多孔岩石储能技术仍存在着不少潜在的问题,未来还需更多研究来完善技术,以便把成本降下来,并提高该技术的应用安全性。
奇思妙想探寻“存储”路径
陈永翀指出,实际上,把可再生能源“存”在哪儿,科学家一直在积极 探索 更多的可能性,如海水蓄能、沙漠储能、人工绿叶等,可谓八仙过海,各显神通。
德国弗劳恩霍夫协会风能和能源系统研究所设计出名为海中蓄能(StEnSea)的新思路,将蓄能主体为多个内直径30米的混凝土空心球,置于600—800米深海床上。每个球内都有一台水轮发电机和水泵,当电网负载低、电力多余时,水泵会抽出海水进行蓄能;当电网负载高、需要峰值发电时,这些球体的阀门即会打开,让涌进的海水驱动水轮发电。
研究人员还向绿叶借智慧,效仿自然界的光合作用,即将太阳能转化为化学能,把能量储存在化学键当中,基本上能够实现碳中和的过程,这样通过一定的反应方式吸收环境中的二氧化碳,达到环保和能量储存的目的。同时,提高过程中的转化效率和稳定性,形成获取可再生能源的一种途径。
另外,有的科学家在尝试抽沙储能的方法,通过皮带将沙子运到高位仓,高位沙子对风叶做功,以沙子的形式储存势能,从而提供发电所需要的动能。(华凌
张添奥 闫欣)