碳中和目标驱动下,能源动力类专业的前景如何?
能源与动力工程项目一开始都是在机械系,之后单独出去。在很久以前,能源与动力工程项目常常被称作锅炉专业,科学研究的全是各式各样加热炉和蒸气发电机组、燃气轮机这些。原本也有一部分是科学研究发动机的,由于汽车产业非常大,一般都单独出来,在汽车制造里边。二氧化碳较大的由来便是点燃,烧煤气、烧原油、燃煤这些,都产生二氧化碳。
因而,碳减排最简单的事情便是少使用煤、原油、天燃气等做为立即点燃的然料。因而,燃煤的热电厂、烧燃油的传统汽车、用火加温的传统式烹调方法,都应该降低。各位假如用心,看看新闻网,发觉这么多年,在我国一直在停业整顿热电厂,为绿色能源让座。能源与动力工程类专业归属于动力工程一级学科,塑造能源工程层面。
包含热传递及高效使用的基础理论与技术性、电力能源开发利用及环保节能、致冷及供暖系统(汽源、热原、蓄冷、供热管网、燃气输配等供热系 统)、电厂等项目层面设计规划、施工安装、运行管理及有关机械设备生产开发设计的高阶工程设计及管理方法 优秀人才。本专业含发电厂热量驱动力、城区市政工程热能与动力工程项目(致冷与供暖)2个专业方向。
伴随着在我国核 技术性及核产业链的飞速发展和我国对核技术行业付出的持续扩大,急需解决高质量的核科技进步优秀人才 填补到有关企业。本专业大学生就业不会有难题,学生毕业后可到相应的国家行政机关、科研单位、液体机械制造企业以 及水电行业、航空航天部门、水利局及与液体建筑工程设计有关的其他单位从业生产制造、课堂教学、科学研究、 市场销售、监管等作业。
文/余皎 中国石化报
历史 表明,当新的颠覆性力量(新技术或新参与者)达到一定份额,产业变革就会接近临界点,产业发展逻辑和市场格局将发生突变。
“十三五”期间,能源化工产业变革已完成重要的量变积累,即将在“十四五”完成从量变到质变的跨越。我们即将迎来一个加速重塑的能源世界。
变局潜藏危机,危机孕育转机。知变局、辨变局,就是要拨清迷雾、厘清脉络,找准机遇、因势而谋。大变局下,我国将以变应变、主动作为,在危与机的转化中,谋划高质量发展大局;能源化工产业也将以新应新、放眼长远,在旧与新的更替中培育新时代发展先机。前瞻能源化工行业的未来发展。
“十四五”,能源化工产业作为服务国家战略的支柱产业,一方面要准确识变、科学应变,主动应对大变局下的挑战;另一方面更要全面理性辩证地看待新形势,准确理解时代新特征,抓住发展新机遇。
1.把握战略新机遇
“一带一路”倡议、城市群都市圈、新型城镇化、战略新兴产业深入发展
“十四五”时期,国家经济战略的纵深推进将激发创造更多产业增长机会。“一带一路”倡议深入推进,贸易往来持续扩大,投资不断深化。预计2025年,我国与沿线国家贸易额将达2.5万亿美元,较“十三五”末期上升70%,可有效对冲贸易战影响。预计2025年“一带一路”部分沿线国家和地区成品油缺口超过1亿吨,合成材料缺口达2600万吨,将为我国能源化工产业国际合作提供更大空间。
城市群都市圈将打造经济增长“新风口”,未来10年五大城市群将贡献50%的城市人口增量和75%的经济增长,创造投资需求数十万亿元,其打造“创新新引擎”的定位也将二次激发城市群对高端能源化工产品需求。新型城镇化将促进城乡融合发展,双向激发增长潜力,其中新增城镇人口近1亿人,将成为拉动内需的最大潜力区,可极大地拉动对基础能源化工产品的需求。战略新兴产业催生新的高端材料市场空间,激发石化产业 科技 创新、转型升级动力。
2.用足开放新红利
我国从“世界工厂”转向“世界市场”,从“制造大国”变为“智造大国”
随着经济发展进入高质量发展新阶段,我国将从“世界工厂”转向“世界市场”,从“制造大国”变为“智造大国”,也将更坚持“引进来、走出去”并重,推动形成陆海内外联动、东西双向互济的开放新格局,在进口贸易、对外投资和金融市场开放等诸多领域为世界带来更多新红利。能源化工业可以结合自贸区产业贸易自由化、投资便利化、金融国际化、区域一体化发展等制度创新寻找机遇,用好用足开放新红利。
以浙江自贸试验区为例,加强培育保税燃料油的全产业链,以保税低硫船用燃料油加注业务为龙头,打通产销贸联动渠道,完善船加油综合服务体系,抢占低硫船燃市场;利用“油气全产业链”的发展定位,加强与民营炼化企业和国际石油公司合作,引导产业格局从竞争迈向竞合,提升产业链价值。
在广东自贸试验区,可利用自贸试验区贸易便利化、金融开放、监管创新等优势,放大贸易功能,加大外部市场开拓力度,拓展保税加工区市场,提高外贸效率,做大贸易总量。
3.转换发展新模式
能源产业加快实现从“碳消费”到“碳循环”模式的转换
碳达峰和碳中和目标,将促使能源产业加快转向新发展模式,带来重大的产业调整、资产重估和经济空间转移,这既是严峻的挑战,又将创造大量新的发展机会。
能源产业必须加快实现从“碳消费”到“碳循环”模式的转换,一方面从传统产业入手做减法,淘汰低效高耗能落后产业,节能提效减少碳排放;另一方面从新兴产业入手做除法,以 科技 创新为核心,大力发展碳捕集、利用与封存技术(CCUS),氢能、储能等碳中和关键技术,主动作为发展绿色产业经济,做大工业碳循环规模。
“绿色许可”潮流将促使传统石化工业加快寻求“绿色标签”。 当前欧盟已开始以征收碳边境税、塑料包装税等手段设置“绿色壁垒”,以保护本国产业避免因采用更高环保标准而处于竞争劣势。这一趋势将对我国制品出口形成制约,并将倒逼石化产品加快寻求“绿色标签”,由此衍生的“绿色产品”市场机遇巨大。
2025年,预计可降解材料替代量将在80万 110万吨,单一材料包装年均消费增速将超过20%,合成材料回收利用总值将达到1500亿元,前景十分广阔。
4.拓展市场新空间
我国将成为亚太的制造中心、核心消费市场中心、潜在技术转移中心
“双循环”新发展格局是我国疏堵点扩内需、落实高质量发展的重要战略选择,也将为能源化工产业市场扩展、提质增效、转型升级提供巨大的发展空间。
一方面,从“内循环”上加快形成高效完整的内需体系,充分激发市场潜力,助推产业提质升级。“十四五”时期,中西部成为新的制造业增长极,东南部传统制造业梯次向中西部转移,拉动当地对能源化工产品的需求大幅增长,增速将实现两位数,远高于全国平均水平。其中,中西部天然气消费将增长244亿立方米,占全国增量的18.8%;成品油消费量增长850万吨,占全国增量的20.3%;乙烯消费量增长230万吨,占全国增量的12.1%。东南部则将加速创新,预计“十四五”时期高技术服务业营收、 科技 研发投入、高端合成产能占比均在全国的70% 80%,成为实现现代化产业体系的主力军和智能制造、高端材料、创新模式的策源地。
另一方面,从“外循环”努力改善外部发展环境,扩大区域合作空间。2020年底RCEP贸易协定的签署和中欧贸易协议谈判完成将对中国政治经济格局产生重大利好,对能源化工产业的长远发展也将起到积极促进作用。RCEP协议将在未来10 35年把超过90%的货物贸易关税渐进式削减到零水平,有助于在亚太区域内形成“内循环”,我国将作为亚太的制造中心、核心消费市场中心、潜在技术转移中心,在区域发展中发挥更大的作用。协议各国的能源化工和制品产业链也将形成更加紧密的经贸合作关系,将更有利于稳定油气供应和投资,有利于降低高端材料进口成本,有利于石油产品、合成材料、中下游制品出口。
5.前瞻布局新产业
“三桶油”在新能源、新材料领域的投资规模将翻番
在能源转型大势之下,当前国际石油企业正在通过合资、收购、风投等多种方式积极布局新能源新材料领域,可以说,未来十年能源企业的竞争,将很大程度上体现在新动能效能转化时点的竞争。
“十四五”期间,预计“三桶油”在新能源、新材料领域的投资规模将翻番。中国石化构建以能源资源为基础、以洁净油品和现代化工为两翼、以新能源新材料新经济为重要增长极的“一基两翼三新”产业格局,在地热清洁供暖、光伏风电和生物燃料、氢能一体化、电动 汽车 相关业务试点示范等方面积极布局。中国石油将围绕氢能技术和服务,成立合资企业开展业务。中国海油也正式进军新能源发电,成立全资子公司中海油融风能源有限公司,主营风电、光伏发电项目开发等,努力构建油气与新能源并举的业务模式。
6.主动拥抱新“智造”
提升企业感知、协同优化、预测预警、科学决策四方面能力
科技 革命将为能源化工产业打造智能化产业链创造良机,并撬动万亿元规模新市场。未来5 10年将是能源化工产业进行智能制造布局的最关键窗口期,我国能源化工企业可着眼提升企业感知、协同优化、预测预警、科学决策四方面能力,紧紧围绕三大要素进行攻关。
一是构架工业互联网平台“骨骼”,打造产业生态;二是培育工业软件“大脑”,增强智能化竞争力;三是涵养大数据“血液”,将其作为新时代最重要的战略资源,持续激发创新创造活力。
通过把握“工业4.0”变革机遇,将传统能源化工业务单元打造成为智能工厂、智能油气田、智能能源补给服务站、智能化研究院,实现全产业云生产、智运营,全面推动组织升级、流程升级、技术升级、管理升级,助力能源化工产业发展实现质的飞跃。
7. 探索 发力新经济
构建新经济下的“产业投行”模式,打造能源化工全产业链新经济平台
能源化工业可以主动利用新经济催生发展新模式,借助覆盖面广、链接企业多、产业规模大等优势,构建新经济下的“产业投行”模式,打造能源化工全产业链新经济平台,从中小企业融资等产业痛点切入,连接资本、 科技 、资源赋能核心企业,通过搭建线上金融服务平台,统筹金融资源,发挥规模优势,向产业链上下游客户提供多元金融服务,不断增加客户黏性,打造产融结合的闭环生态圈,进而重构产业生态价值,带动全产业链升级,实现产业生态中各方的增值分享。
8.转化改革新红利
各类改革举措密集出台,诸多改革红利加速释放
“十三五”时期我国全面深化改革多路推进,基本完成“路线图”顶层设计。“十四五”改革重点将转向“施工图”,激发各类市场主体活力、完善宏观经济治理、建立现代财税金融体制、建设高标准市场体系、加快转变政府职能等改革举措将密集出台,诸多改革红利将加速释放。
能源化工产业力争以改革红利释放新活力,突破体制机制瓶颈,形成科学有效的公司治理机制,激发科研创新动力;以改革红利增强竞争力,聚焦战略安全、新兴产业、 科技 创新等重点领域,推进资本布局优化和结构调整,推动产业技术体系创新,最终将改革红利转化为发展新动力,实现从规模速度发展到高质量发展的跃升。
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2、促进和增加碳吸收技术固碳和生态固碳是目前碳吸收的两种方式。技术固碳主要应用碳捕集、利用与封存技术(CCUS)。生态固碳主要靠森林、绿地等植物的光合作用进行固碳。
3、绿色金融体系支持碳中和为代表的一些主要活动为我们上期介绍过的碳交易系统和碳税等。它们都是以碳排放量作为交易货币而衍生出来的体系,对各行业的自发降碳行为有一定的促进作用。
1、培养低碳环保意识:
“英国提出到2050年建成低碳到零碳经济社会,日本正致力于发展低碳和零碳技术,美国投入巨资研发从生物燃料、太阳能设备到二氧化碳零排放发电厂的环保技术,低碳和零碳经济争夺战,已在全球悄然打响”。低碳和零碳经济将使我们的生活环境焕然一新。作为社会的一员,大学生理应带头担当“低碳和零碳责任”,培养目身低碳意识。利用校园内各种渠道,如学生会、学生社团、公益讲座等宣传碳知识,在校内成立固定的低碳宣传日,让每位大学生了解目前的环境形势,转变思想,鼓励俭约追求和崇尚低碳生活,真正从生活中减少碳足迹。
2、做到垃圾分类
垃圾分类不仅可以回收可再利用资源,还可以避免不同垃圾相互混合带来的污染问题。可以发现,学校垃圾分类还没有真正的落实,教学楼、宿舍区的垃圾篓都为大圆筒,完全无法做到垃圾分类。因此,学校应该采取相应措施达到垃圾分类的效果。可在校园内征集分类垃圾桶设fl-~,J意大赛,并将最佳设计作品作为学校实际的分类垃圾桶。大学生环保意识较高,在存在分类垃圾篓的前提下,只要让大学生意识到垃圾分类的益处,我相信大学生们平时都会将垃圾分类,这样就会大大减少垃圾量,降低碳排放。
3、养成节约好习惯
大学生应倡导“低碳”生活,个人养成高效节制的低碳生活方式。提倡废弃物回收,打印时提倡双面打印,只用过单面的纸应回收再利用,可用于再打印或作为草.稿纸使用。少使用一次性塑料袋。同时,班级可设立“用纸分类回收箱”,统一将班级文件用纸、报刊、杂志等分别放入回收箱中,重复使用,提高利用率。
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文/赵学良 中国石化发展计划部,当代石油石化
1美国氢能及燃料电池产业概况
美国能源局从1970年就开始布局燃料电池研发,并一直处于世界领先地位。燃料电池备用电源和燃料电池叉车已具备市场竞争力,处于商业推广阶段;燃料电池乘用车处于政府补贴商业推广阶段;燃料电池巴士、大型货车、商用车处于行车实验验证阶段。2018年美国被评为国际氢能经济和燃料电池伙伴计划IPHE(International Partnership for Hydrogen and Fuel Cells in the Economy,为2003年由18个国家和欧盟共同发起成立的国际合作组织)主席国。
美国参议院决议确定2018年10月8日为美国国家氢能与燃料电池第四个纪念日,“参议院第664号决议”给出如下13点理由:
1)氢原子质量为1.008,而且是宇宙中含量最丰富的化学物质;
2)美国是燃料电池和氢能技术开发和部署的世界领先者;
3)氢燃料电池在美国太空计划中发挥了重要作用,帮助美国完成了登陆月球的任务;
4)私营企业、联邦和州政府、国家实验室以及高等教育机构持续提高燃料电池和氢能技术,以解决美国最迫切的能源、环境和经济问题;
5)利用氢和富氢燃料发电的燃料电池是清洁、高效的技术,被用于固定电源和备用电源、以及零排放轻型 汽车 、公共 汽车 、工业车辆和便携式电源;
6)固定式燃料电池正投入到连续和备用电源的使用中,以便在电网停电时为商业和能源消费者提供可靠的电力;
7)与传统发电技术相比,固定式燃料电池有助于减少用水量;
8)燃料电池轻型 汽车 和使用氢气的公共 汽车 可以完全复制内燃机车的经验,包括行驶里程和加油时间;
9)氢燃料电池工业车辆正在美国各地的物流中心和仓库部署,并出口到欧洲和亚洲;
10)氢气是一种无毒气体,可以从各种国内可获得的传统和可再生资源中获取,包括太阳能、
风能、沼气以及美国丰富的天然气;
11)氢和燃料电池可以储存能量以帮助增强
电网,并使可再生能源的部署机会最大化;
12)美国每年生产和使用超过1100万吨的氢气;
13)工程和安全人员及标准专业人员就氢气的交付、处理和使用已经达成共识,并已制定出相关协议。
2美国发展氢能及燃料电池的初衷
美国参议院决议的理由充分说明,从国家层面而言,发展氢能及燃料电池具有降低二氧化碳排放、减少空气污染等清洁环保层面的意义,同时还具有降低燃油消耗、提高可再生能源利用率及电网可靠性等增加能源自给率、保障国家能源安全的优点。2014年美国发布《全面能源战略》,将“发展低碳技术、为清洁能源奠基”作为放眼长远的战略支点,并明确提出,氢能作为替代性能源将在交通业转型中起到引领作用。
2.1减少温室气体排放
由于氢燃料电池具有高效率和温室气体近零排放的特性,燃料电池系统能够在很多应用领域实现温室气体减排。美国能源部研究了燃料电池的温室气体减排潜力。燃料电池应用于热电联产系统时,相比传统热电联产系统可减少35%~50%的排放;燃料电池货车相比燃油货车可减少55%~90%的排放;燃料电池叉车相比柴油叉车或动力电池叉车可减少35%的排放;燃料电池巴士比内燃机巴士效率高40%;燃料电池备用电源相比柴油发电机可减少60%的排放。
美国能源部对比测算了不同能源介质运输工具的油井到车轮(WTW)温室气体排放情况。天然气制氢-氢燃料电池路线每英里排放二氧化碳200克,低于美国现有电网取电-电动 汽车 路线230克和传统燃油车450克的排放标准。配有二氧化碳封存的煤气化制氢-氢燃料电池路线每英里排放二氧化碳95克,生物质气化制氢-氢燃料电池路线每英里排放二氧化碳仅37克。
2.2减少燃油消耗
燃料电池提供了一种几乎不消耗石油的提供动力方式,且可覆盖美国大部分的石油消耗,如 汽车 、巴士、备用发电机和辅助发电机等。美国能源部的研究结果表明,氢燃料电池轻型 汽车 相比汽油内燃机 汽车 可降低95%的燃油消耗,相比混合动力车可降低85%的燃油消耗,相比插电式混合动力车可降低80%的燃油消耗。可以看出,相较大规模使用生物燃料、提高内燃机效率(ICEV包括使用混合动力 汽车 ),燃料电池车大规模应用后可以大幅减少国家的石油消费,到2050年燃油消耗量将降到目前的40%左右。
2.3提高电网可靠性、最大程度部署可再生能源
美国能源部预估光伏和风电的建设成本将大幅下降,“太阳计划2030”(SUNSHOT2030)设定的目标是2030年光伏电站成本为3美分/千瓦时,2018年美国陆上风电成本已低至2.9美分/千瓦时。光伏和风电将得到迅速普及,预计到2050年风能装机容量将达到404吉瓦,装机容量占总容量的35%;光伏装机容量将达到632吉瓦,发电量占总发电量的19%。
根据国际能源署发布的研究报告《GettingWindandSunontotheGrid》,当电网中间歇性可再生能源(以风电、光伏为主)的比例超过15%时,就必须配置相应的储能设施。另外由于可再生能源的生产水平在不同时间段、不同季节之间存在显著差异,例如欧洲的太阳能发电在冬季比夏季低60%左右,但电力需求却增加40%,也需要配置大规模、长时间的储能设施才能提高可再生能源的利用小时数,减少“弃风”“弃光”。
丰田、通用、奔驰、林德等企业组成的氢能理事会研究表明,氢能是大规模储存电能的一种重要选择:相比超级电容、压缩空气、电池、飞轮储能、抽水蓄能,氢能更适合长期大量储存能量。当需要大规模储能时可以液氢或者氢化物的形式存储于地下盐穴,估计每个兆瓦时的成本在50~150美元之间,与受地质条件限制较大的抽水蓄能相当,显著低于其他的能量存储方式。
2.4高能源转化效率
燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能,效率非常高且不需要燃烧。氢燃料电池 汽车 的能量转化效率约60%,大约是汽油内燃机的两倍。
燃料电池用于固定电源,用天然气或丙烷发电效率大致为45%;如果将透平系统与高温燃料电池组合,发电效率可达到70%,结合热电联产系统效率可达80%,相比传统煤电、天然气发电45%~50%的综合效率提高35%~40%。
2.5降低污染物排放
美国能源部的研究课题表明,燃料电池发电系统比燃煤、燃气发电系统少排放75%~90%的氮氧化物、75%~80%的颗粒物(PM)。
2.6 H2@Scale计划
H2@Scale是美国能源部(DOE)的一项倡议,将利益相关者聚集在一起,促进可负担得起的氢气生产、运输、储存和利用,增加多个能源部门的收入。通过政府资助将国家实验室和工业界以项目形式整合在一起共同合作,以加快适用氢技术的早期研究、开发和示范。H2@Scale联盟促进了工业界和学术界合作,利用国家实验室世界级的研发能力,依赖私营部门进行至关重要的示范。
通过示范使尖端技术集成到现有系统中、验证未来部署的商业可行性,并指导未来的研发计划。美国目前生产超过1100万吨氢气,占全球供应量的1/6,主要用于炼油和化肥工业。大型基础设施包括超过1600英里的氢气管道、不断增长的加氢站和数千吨的地下储存洞穴。H2@Scale计划中氢能的地位与日本的氢能战略类似,把氢能作为一种重要的二次能源,氢能与电能之间可以相互转化。通过利用电解槽在发电量超过负荷时生产氢气,可以减少可再生能源的浪费,并有助于电网的稳定。从现有基本负荷(如核能)中产生的氢气也可以储存、分配,并用作多种用途的燃料。这些应用包括运输、固定动力、工艺或建筑用热,以及工业部门,如钢铁制造、氨生产和石油炼制。
3燃料电池商业化推广现状
截至2017年,在世界范围内共有超过70000台、共计650兆瓦燃料电池处于商业运行状态,其中移动领域应用占比接近70%,非移动领域应用占比30%,相关营收超过20亿美元。
截至2018年10月,美国共出售或者租赁超过6200辆燃料电池乘用车,包括丰田Mirai、本田Clarity、现代Tucson;建成39个加氢站;商业应用超过23000辆燃料电池叉车;商业化普及超过240兆瓦燃料电池备用电源,遍及美国40个州;FedEx、UPS在试用燃料电池快递车;多家公司试验运行共33辆燃料电池巴士,其中最长行驶里程已经超过50万公里。
3.1燃料电池备用电源应用现状
截至2017年底,据美国DOE统计数据显示,全美共销售8400套燃料电池备用电源,其中900套获得美国DOE经费支持,其他7500套未获支持。燃料电池将天然气转换成电能供大型超市、数据中心、生产企业及其他工商设施使用,能源转化效率从传统发电的30%~40%提高到60%~65%,加上热能利用可达90%,极大地减少了污染物排放,同时还减排二氧化碳。相较美国某些州的电网供电电费,使用燃料电池供电可节省一部分费用。
BloomEnergy是美国燃料电池发电的领军企业,其燃料电池成本2016年第一季度为5086美元/千瓦时,2018年第一季度降至3855美元/千瓦时;而其安装成本也从同期的1280美元/千瓦时降至526美元/千瓦时。
家得宝2014年在加利福尼亚试用安装第一套200千瓦的燃料电池备用电源。验证了其经济性后,到2016年底为其140家连锁超市都安装了燃料电池系统,并准备将全部170家店都安装上燃料电池备用电源。家得宝的首席财务官CarolTome曾披露:“使用燃料电池发电比从电网取电节省15%~20%的费用,同时减排大量二氧化碳。”
沃尔玛在加利福尼亚、新泽西的60家超市安装了燃料电池备用电源,用电规模按其单店用电量40%~60%确定,保障在电网断电时冷柜、照明系统、收款机可继续工作,不至于致使食物腐败,并在恶劣天气情况下继续为顾客服务,且使用燃料电池供电价格低于从电网取电价格。
Johnson&Johnson于2015年安装了1台500千瓦BloomEnergy燃料电池电源,经其测算20年的运转周期将总共节省1000万美元的费用,每年减排130万磅二氧化碳;Medtronic公司的报告显示,其安装的400千瓦燃料电池电源每年可节省电费230万美元,每年减排100万磅二氧化碳;Ratkovich公司的报告显示,其安装的500千瓦燃料电池电源每年可节省电费20万美元;JuniperNetworks公司的报告显示,其安装的1兆瓦燃料电池电源配合300千瓦太阳能电池每年可节省电费12万美元,每年减排270万磅二氧化碳。
3.2燃料电池叉车推广情况
据美国能源部2016年5月统计显示,2008年美国氢燃料电池叉车数量在500辆左右,到2016年,美国26个州的氢燃料电池叉车数量已经超过11000辆,年复合增速高达56%。而截至2017年底,统计数据显示全美共销售21838台燃料电池叉车,其中713台获得美国DOE经费支持,其他21125台并未获得DOE经费支持。713台燃料电池叉车共获得DOE970万美元经费支持。
目前在美国使用燃料电池叉车的公司包括但不限于亚马逊、宜家、宝马、可口可乐、奔驰、尼桑、联邦快递及一批食品公司,仅沃尔玛在其北美的19个配送中心就配备了3000辆燃料电池叉车。PlugPower、NuveraFuelCells和OorjaProtonics,Hydrogenics及H2Logic提供了绝大多数的燃料电池叉车。
亚马逊在2014年采购了535辆氢燃料电池叉车,在证明其成本效益的合理性后,于2017年4月收购了美国燃料电池制造商PlugPower23%的股权。除此之外,亚马逊为其11个大型仓库配备氢燃料电池叉车。2021年1月,电池巨头SK集团与旗下天然气子公司SKE&S各出资8000亿韩元,共约合13亿美元,收购PlugPower9.9%的股份。短短几年间PlugPower公司市值升值50倍。
相较内燃机叉车,氢燃料电池叉车没有任何污染物排放,因此广受食品工业青睐,更多被用于室内作业。相较电池叉车,氢燃料电池叉车可节省充电的时间和空间,并在整个轮班期间全功率运行,在冷藏仓库环境中运行时不会出现任何电压骤降的情况,从而提高运营效率和节省成本。
美国国家实验室(NREL)对动力电池叉车和燃料电池叉车的总运行成本进行了评估,包括电池和燃料电池系统的购置成本、支持基础设施的成本、维护成本、仓库空间成本和劳动力成本。考虑到所有这些成本,NREL发现燃料电池叉车的总体拥有成本比同类动力电池叉车要低。
燃料电池叉车的样本约60台,每天工作2~3班,每周6~7天。NREL发现,对于用于多班作业的Ⅰ类和Ⅱ类叉车,燃料电池可将总体拥有成本降低10%,从每辆叉车每年19700美元降至每辆叉车每年17800美元。三级叉车的拥有成本可降低5%,从每年12400美元降至每年11700美元。NREL的评估仅限于考虑电池和燃料电池叉车的拥有和运行成本,未评估燃料电池叉车提高生产力的潜在效益。
通过NRTL的敏感性分析,只要燃料电池叉车车队的数量足够大(敏感性分析中燃料电池叉车台数为30~100台)、多班次工作,燃料电池叉车的总操作费用会低于动力电池叉车。PLUGPOWER公司测算,对于拥有超过90辆二级叉车的客户,5年预计节省成本超过40万美元。
PLUGPOWER公司建设的加氢设施主要配合燃料电池叉车使用,建设在配送中心、工厂等厂房内,加注压力350千克,操作温度0~40 ,加注1台叉车耗时1分钟,与美国、日本通常建设的车用加氢设施有所区别。
3.3燃料电池乘用车及加氢站情况普及情况
美国的加氢站主要集中在加州地区和美国东北部地区,东北部地区项目由美国液化空气集团和丰田公司推动和主导,加州地区参与建设加氢站的企业包括空气产品公司、Shell、Linde、丰田、本田等公司。全美目前已投运加氢站39座,计划到2025年建成200座,2030年建成1000座。
截至2018年底,在美共销售Mirai、Clarity、TucsonFuelCellSUV共计6200辆。除丰田、本田、现代已有燃料电池车商业化推广外,奔驰最新推出了GLCF–Cell燃料电池车,宝马、奥迪、通用等企业也有燃料电池合作研发计划。
3.4燃料电池巴士试验运行结果
DOE于2012年制定的2016年燃料电池巴士技术预期指标及终极目标见表1。33辆试验运行的燃料电池巴士中,ACTransit公司的13辆由UTCPOWER公司提供燃料电池系统,Sunline、UCI、OTCA、MBTA、SARTA公司的12辆由Ballard公司提供燃料电池系统。根据统计,截至2018年2月28日,最好的1辆车运行总时长超过27330小时,超过DOE终极目标;12辆ACTransit运营车辆平均运行时长19000小时,达到了2016年预期目标值。ACTransit公司车辆从2006年开始逐步投入试验,试验结果基本达到预期;Sunline、UCI、OTCA、MBTA、SARTA等公司从2015年逐步投入车辆试验运行,周期较短,未达到验证燃料电池寿命的时限。
3.5燃料电池货车及商用车测试情况
丰田2017年推出第一代燃料电池卡车Alpha,在长滩和洛杉矶港口进行了近1万英里的测试和拖曳操作;2018年8月推出了第二代燃料电池卡车Beta,续航增加50%。Kenworth、Scania、Asko等传统卡车制造商在DOE、挪威政府科研资助下开展了氢燃料电池卡车的研发。PowerCell是一家低温质子交换膜电堆开发、制造及零售商,开发和生产世界顶级能量密度的固定和移动应用的燃料电堆,开发的100千瓦S3燃料电池供欧洲运输企业制造燃料电池卡车。Nikola为美国电动 汽车 制造商,宣称其制造的燃料电池卡车2020年正式上路测试,2022年正式上市销售,单价40万美元;通过其官方推特宣称已获得80亿美元的预订单,并计划与挪威NelHydrogen公司合作,2018年开始在全美陆续建设364个加氢站,并在2019年末陆续向公众开放,到2028年将累计达到700座。FedEx和UPS都在DOE的资助下开展燃料电池快递车辆运行试验。
4结论
1)美国高度重视氢能及燃料电池产业的发展,视氢能为未来不可或缺的、仅次于电能的重要二次能源,在未来的工业、交通运输、电网储能、供热发电等领域都将占有相当的比重。
2)美国在燃料电池领域开展了长期、深入、全面的技术研发以及工业验证实验。美国从20世纪70年代就开展了氢能相关领域的研究工作,在制氢、储氢、输氢、燃料电池、储能、相关安全环保事项、相关标准等领域技术储备雄厚。在燃料电池发电、燃料电池叉车、燃料电池商用车、燃料电池巴士、燃料电池载重货车等领域进行了长期的工业验证实验。
3)美国商业化推广燃料电池态度是积极的,方式是慎重而稳妥的。在有充分的技术储备后,美国政府仅利用少量的补贴进行了市场引导用于商业初期验证实验,实践证明这部分技术已经具备市场竞争力,有望看到未来美国在燃料电池领域取得更长足的进步,获得更多更广泛的应用。
4)燃料电池技术是保障国家能源安全重要的技术手段。氢能可有效整合多种化石能源和可再生能源,加大可再生能源部署、提高能源自给率、有效降低原油消耗,为 社会 提供一种环保、高效的能源,对保障国家能源安全具有重要意义。
5)氢能是可以安全部署和利用的。几万台氢燃料电池叉车十几年的安全运行经验,十几台氢燃料电池巴士上百万公里的运行试验,证明了氢气是可以被安全、高效利用的。
6)固定地点或固定线路、高运营负荷的的燃料电池应用场景更适用于氢能产业的初步推广。对比美国和日本的实践,美国的模式是1个加氢站服务1个物流中心数十台、数百台燃料电池叉车,制氢售氢企业和燃料电池用户的初始投资不高,而数十台满负荷运行的燃料电池叉车就可以平衡1个35兆帕加氢站的投资收益,制氢售氢企业和燃料电池应用企业的投资回报合理,产品在没有补贴的情况下得到迅速推广;而日本在本州岛大量建设加氢站,由于初期氢燃料电池乘用车售价较高、数量不足,平均每个站1天只服务几台车,制氢售氢企业处于全面亏损状态,同时由于加氢站的密度不够、使用不便,用户没有经济收益,一般用户也不愿意选择氢燃料电池乘用车替代燃油乘用车。燃料电池乘用车的继续推广需要制氢售氢企业坚定战略方向,等待燃料电池成本下降,燃料电池乘用车得到普及。
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