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氢能源“降成本”为何困难重重

健忘的雨
明亮的萝莉
2023-01-29 20:36:41

氢能源“降成本”为何困难重重?

最佳答案
幸福的水蜜桃
奋斗的大碗
2026-03-31 22:08:19

制氢方式决定降成本可能性不高

制氢的常见方式包括:

这是五种常见的制氢方式,第一种的常规燃料指的是天然气,均为不可再生的化石燃料;很显然这种方式不能普及,投入巨大的人力物力和财力去研发电动 汽车 ,初衷正是为了减少对常规能源的依赖,同时去减少二氧化碳排放,可是通过这种方式会产生大量的二氧化碳,会加剧温室效应;且国内天然气的储能比较有限,满足CNG车辆使用都有压力,更别提去制氢了。

甲醇重整制氢也标记哦常见,上世纪应用的很广泛,理论上用甲醇制氢确实能做到无排放,但是甲醇可不像江河水一样随处可取;制备甲醇主要是以一氧化碳、二氧化碳加压催化氢化法合成,使用的原料主要是天然气、石脑油、重油、煤炭和焦炭等,燃料是否清洁不能只看燃料本身,还要看获取或制造燃料是否存在污染,那么用甲醇制氢就不是理想选项了,车辆燃烧甲醇也没有什么意义。

工业副产品制氢主要是从焦炉煤气变压吸附工艺制氢,作为副产物仍旧要去看主体,主体本身不够清洁也就不用讨论氢气的规模化生产与应用了。水铝制氢技术近几年热度较高,但这种制氢的方式同样存在污染的问题,以目前的技术似乎就没有“清洁制氢”的理想方式,至此似乎决定了氢燃料普及无望,唯一的希望就是“电解水制氢”,然而看起来还是不靠谱。

2021年出现过“拉闸限电”,初衷不论是为了去垃圾产能还是对虚拟币行业进行打击,实际上也确实有用电紧张的问题;那么电解水制氢也就行不通了,电解水可以获得氢气,这是个很成熟的制氢方式,但是损耗也特别大。

氢燃料 汽车 不是“用氢气替代天然气”,以燃烧氢气产生热能的“燃气车”,本质实际是电动 汽车 。

氢气加注到氢燃料 汽车 的储氢罐里,增程模式中为消耗氢气发电,电流输入到电池组和电机以实现充电和驱动车辆行驶;这是典型的“增程式电动 汽车 ”,一公斤的氢在车辆上通过燃料电池发电,能转化出大约20kwh左右的电能。普通代步车高速巡航驾驶的电耗都在20kwh/100km以上,中大型车可以达到30kwh左右,也就是说“百公里氢耗可以达到1.0-2.0kg”。

但是用电解水制备一公斤的氢所消耗的电大约为60kwh左右,那么跳过“电制氢、氢转电”的流程,是不是等于这种氢燃料增程电车的实际耗电量达到了60-120kwh/100km左右了呢?实际上就是这样,这是在浪费有限的电能。

有些说法认为光伏发电、电解水制氢、氢燃料增程的方式可行,这看起来也有些天方夜谭;光伏发电的效率不高,按照 计算的话,1 的发电功率能有200瓦左右就算不错。假设一台车要加注5kg的氢,制氢需要耗电300kwh左右,想要在一小时内获得300kwh的电能,需要的是大约1500 的光伏发电板,发电板的成本是相当高的哦。

所以用这种方式制氢的成本也会非常之高,其次储氢罐的成本也非常高,目前每公斤高压储氢的成本在6000元上下,实制造成本极高、储备和运输成本极高,这样车即便量产也用不起,所以氢燃料 汽车 目前看来没有什么前景可言。

天和MCN发布,保留版权保护权利

我们单位就有负责制造氢气的车间,很危险!特爱容易爆炸,有一次爆炸,两百多公斤的阀门飞出好几公里!给附近老百姓的房子都震裂了。我们的技术就是烧煤然后产生一氧化碳在通过反应得到氢气,成本很高。氢气不易储存和运输,还爱爆炸!如果装到 汽车 上,稍微泄露一点,遇到一点打火就容易爆炸!

2022年,即将到来的北京冬奥会刮起了一阵氢能源的旋风。冬奥会的火炬传递,全部采用氢能源。在核心赛区,延庆和张家口投入了700余辆氢燃料大巴车,用于日常的交通运输。

这股“氢旋风”还刮到了A股市场上,氢能源概念红到发紫,刺激个股频频涨停——主营气体运输装备的京城股份,在去年12月份实现了14个涨停板,股价单月飙涨300%;主营高压容器的石重装实现了六连板;开发氢能电源产品的动力源,也在上月下旬连续三个涨停板。

这是氢能源在当下火热的缩影。与其他新能源相比,氢能源不仅储量大、无污染,还兼具零碳排的特性。每单位质量所蕴含的能量更是石油的3倍、煤炭的4-5倍。除此之外,氢能源应用场景广泛,氢燃料电池可以供给重载卡车、有轨电车、船舶、无人机、分布式发电等行业;绿色制氢还可消纳太阳能和风能发电间歇式、状态高低起伏不定的问题。

根据中国氢能联盟的预测,到2025和2035年,我国氢产业产值将分别达到1万亿和5万亿规模。

氢能前景固然广阔,但落地的困境却不容忽视。

在国外,日美的氢能源能占到各自能源总量的10%以上。日本拥有世界上数量最多加氢站,美国则拥有最低廉的氢能源价格,两国燃料电池应用均已经投入商业销售。

反观国内,当前氢能源的占比只有4%。据未来智库测算,2020年我国氢能总成本约为60-80元/kg,距离30元/kg的可商用价格相距甚远。

氢能源价格居高不下,还要追溯到制氢、储氢和运氢三大环节,它们使我国氢能发展面临着开局不利、技术瓶颈与规模化约束等重重难题,令“降成本”困难重重。

那么,氢能降成本难题究竟如何拆解?又如何破解?

01 点歪“ 科技 树”的制氢

中国的能源结构可以归纳为“富煤、贫油、少气”。这种特殊的结构令中国成了名副其实的“煤炭大国”——大量的化工产业平均每天要消耗掉95万吨的煤炭资源,同时产生巨量的化工副产物。

这些副产物中,焦炉气和氯碱等是极其便利的制氢原料。我国氢能源产业发展的初期,就依托化工生产中的副产物作为主供氢源的原材料,以节省制氢投资,降低成本。

借助原生资源的优势,短短几年间,我国就成为世界第一大产氢国。2020年中国氢气产量突破2500万吨,已连续多年位列世界第一。

但成也萧何,败也萧何。

依托化工副产物生产的氢能源,有个致命的问题——不能算作真正的“绿色能源”。

事实上按照制氢工艺的不同,氢能源大体分为 “灰氢”、“蓝氢”和“绿氢”三类。其中,借由对工业副产物进行提纯获取氢气,俗称“灰氢”。通过裂解煤炭或者天然气所得的氢气,便是“蓝氢”。“绿氢”则是通过可再生能源、电解水等方法,实现全程百分之百零碳排、零污染。

“灰氢”和“蓝氢”本质上仍然是用化石燃料提供能量,会产生大量的碳排放。相关研究表明,制造“蓝氢”所产生的碳足迹,比直接使用天然气或煤炭取暖高出20%,比使用柴油取暖高出约60%。而“灰氢”的污染还要高出18%-25%。纵使有碳捕捉与封存技术(CCS)降低碳排放,依旧是杯水车薪。

也就是说,要符合氢能源产业零碳排的核心理念,产业界只能期望于绿氢。

但中国的绿氢产能着实少得可怜。由于我国氢能源产业相较欧美日发展较晚,为了在短期内快速发展,我国优先选择了依托于优势资源煤炭发展氢产业,其代价便是,“绿氢”制备所需的基础建设的投资和相关技术迟迟未有发展。2020年,我国灰氢的占比超过60%,绿氢尚且不足1%。

一笔经济账可以看出绿氢与灰氢的成本差距:

在我国,电解水制氢的平均成本是38元/kg,其中电力成本要占到总成本的50%以上,而使用工业副产物制氢,平均成本仅仅只8-14元/kg。这意味着,工业电价要从当前的0.6kW·h对半折到0.3kW·h以下,绿氢才能在市场上具有竞争性。

但对标欧美日等国家,欧盟的绿氢的成本价低于14元/kg;美国的绿氢在12元/kg左右,而日本的绿氢成本固定在13.2元/kg。

如何让绿氢从奢侈品行列变成经济适用型,成为困扰中国氢能产业的一大难题。

而进一步拆分成本,造成绿氢高成本的两大因素分别是电力消耗量和架设电解槽费用。欧美给出的解答是政府引导+技术革新。

在欧盟,从2020起由政府牵头投资相继安装了6千兆瓦的可再生氢能电解槽,降低企业制造绿氢时电解槽的费用。

在技术上,欧盟摒弃采取工业用电电解水的模式,而使用PEM技术电解制氢。PEM技术的电解池结构紧凑、体积小,这使得其电解槽运行电流密度通常是碱性水电解槽的4倍以上,效率极高,平均每生产1立方米氢气可节省1千瓦时的电力。

想要让这个棵歪掉的“ 科技 树”回到正轨,就需要投入很高的时间成本和资金成本。

去年11月,中石化建成首座PEM氢气提纯设施,其阴极和阳极催化剂、双极板以及集电器等关键核心材料部件均实现国产化,制氢效率达85%以上。而这笔投资的门槛是数十亿,研发周期在两年以上。

宝丰能源也在斥巨资投入绿氢项目。其在互动平台上表示,2021年4月,耗时两年后,公司首批电解水制氢项目全部投产,预计年产2.4亿标方“绿氢”和1.2亿标方“绿氧”。据其公开披露数据,近两年来,宝丰能源在绿氢项目上已投入超过20亿元。

除了两家代表性头部企业以外,绝大多数中下游的企业,仍在生产灰氢。如何将点歪的灰氢 科技 树扭转回绿氢产业,必将需要长时间的产业引导。

02 被“氢脆”卡脖子的储氢

作为一种化学性质活泼的气体,氢气生产之后,需要用一种既安全又经济的方式储存起来。储氢不仅是令我国头疼的难题,而且在全世界,都没有很好的解决办法。

国内的主流方法是采取高压气态储氢。目前,我国储氢瓶的成本造价在27000元左右,同时配套设施的价格在15万元,对标美国,储氢瓶的价格也在22000元左右,略低于中国,但同样高昂。

高成本源于氢顽皮的特性,学术上称作“氢脆现象”。

所谓“氢脆”是指,氢气会在金属晶粒附近聚集起来,破坏金属的结构,让金属胀气变脆。氢气会在金属内累积成18.7兆帕的高压,这是地表气压187倍。更糟糕的是,氢脆一经产生,就消除不了。

氢脆在 历史 上引发过严重的事故。

1943年1月16日的晚上,俄勒冈州造船厂发出巨响,尚未交付的自由轮一下子断成了两半,这在当时引起了巨大的恐慌,众人都以为是纳粹的黑 科技 。

无独有偶,2013年,世界上最宽的桥,旧金山-奥克兰海湾大桥为即将到来的通车进行测试。然而仅仅2周,负责把桥面固定在水泥柱上的保险螺栓就出现了裂痕,96个保险螺栓里有30个坏掉了,使得这座大桥几乎成了废品。

为了缓解“氢脆”的困扰,全球想出了一种特殊的解决方法——低温液态储氢。将氢气压缩成液体,能大幅避开气态氢造成的安全隐患。

学界普遍认为,液氢储运技术是储氢技术发展的重要方向。

但目前,我国液氢储运技术相对落后,缺少大容量、低蒸发率的液氢存储设备的开发。仅有的一些研究,多聚焦在高压气态储氢方面。

例如,2020年,中科院宁波材料所使用高强高模碳纤维作为储氢瓶的内胆,大幅提升了储氢瓶性能。企业方面,京城股份投建了全亚洲最大的高压储氢瓶设计测试中心及生产线。

储氢成本的大山,路漫漫其修远兮。

03 “爹不疼妈不爱”的运氢

作为氢气“出厂”前的最后一步,运氢在整个氢能产业链中地位举足轻重。

然而长期以来,我国的氢气运输产业处于“爹不疼妈不爱”的境地,没有系统性的规划——几乎所有中央和地方层面的战略规划中,都提到了制氢和终端应用环节。

理论上,氢气运输产业分为短途和中长途两种。短途的运输可依赖长管拖车,中长距离的运输对成本敏感许多。其中一种经济的方式,是先将氢气转为高密度的液氢状态再进行运输。

液氢能适应陆运和海运的模式。在陆运上,液氢储罐最大容积可达到200立方米,是长管拖车模式的2倍。海运的液氢储罐最大容积可达到1000立方米,在欧洲和加拿大氢气运输中,就均采用液氢海运的模式。

如此重要的液氢在中国却产能极低。目前,液氢工厂仅有陕西兴平、海南文昌、中国航天 科技 集团有限公司第六研究院第101研究所和西昌卫星发射中心等,主要服务于航天发射, 总产能仅有4t/d, 最大的海南文昌液氢工厂产能也仅2t/d。目前, 中国民用液氢市场基本空白。

而对标欧美,美国是全球最大、最成熟的液氢生产和应用地域,拥有15座以上的液氢工厂, 全部是5t/d以上的中大规模,总产能达到375t/d。此外,亚洲有16座液氢工厂, 日本占了2/3。

另外一种是借由管道运输,但现实是,我国氢气管网严重不足,全国累计仅有100km输氢管道,且主要分布在环渤海湾、长江三角洲等地。在2016年的统计数据,全球共有4542km的氢气管道,其中美国有2608km的输氢管道, 欧洲有1598km的输氢管道。

目前,我国仅仅在《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》提到,期望在2030年建成1000m长的氢气运输管道。而对比国外,管道运输已经开始全面与上下游形成联动。

例如,德国在北莱茵至威斯特法伦州铺设的240km的氢气管道,在给用户供氢的同时这些氢气管道也为工业所用。德国Frankfurt的氢气管道直连加氢站与氯碱电解工厂,可以免去压缩机直接供氢。

总结来说,由于上层规划的缺失,我国氢能运输仍处于“地方割据”的局面,还未形成规模经济。

04 破题关键词:液氢

氢能源产业的相关的难题是多方面的,但抽丝剥茧,氢能源产业迫切需要解决的问题集中在存储和运输之上。

原理很简单,“绿氢”的生产技术可以逐步迭代,但氢气如果不能长期低成本地存储,生产再多的“绿氢”都是徒增消耗。

此外,氢气如果不能便捷运输,氢能的广泛应用就是无从谈起。对照电力行业,正是高压输电技术的成熟,电力才能在全国范围内大规模应用。

而储氢与运氢问题的源头,在于液氢。

无论是存储端的低温业态储氢技术,还是中长距离的液氢运输,都少不了大规模液氢的身影。因此,如何提升液氢产量、开发相关储运设备,是氢能应用降成本的关键。

欧美日氢能产业的发展也能佐证这一点。欧盟早《未来氢能和燃料电池展望总结报告》就提到液氢重要性,同时在液氢方面的投资也从不吝啬。2021年在法国,一个液氢厂的投资就超过1.5亿美元。

美国垄断了全球85%的液氢生产和应用,根据美国氢能分析中心的统计,在液氢的帮助下,美国的氢能源被大量用于石油化工行业和电子、冶金等行业,两大行业平均每年要消耗掉82000吨的液氢。

日本则在液氢加氢站方面走在了前列。液氢加氢站具有占地小,储量大的优势,甚至能完成制氢就发生在加氢站里。

目前,日本有建成142座,占全球加氢站总数的25%,依托于加氢站,日本燃料 汽车 投放使用全球领先,燃料 汽车 的商业化也是全球最好的。

所以,中国的液氢亟需从当前军用、航天领域,走向大规模民用环节。

思考欧美日液氢的发展历程,我们有许多借鉴之处,概括而言,包括三点:

一、政策引导,为相关工作提前铺好路。2021年5月,国家相关部门陆续出台了《氢能 汽车 用燃料液氢》、《液氢生产系统技术规范》和《液氢贮存和运输技术要求》三个文件,制定了三项国家标准,这将对液氢发展起到关键性引领作用。

二、龙头企业牵头,建成大规模氢液化系统。液氢生产工厂的建设成本高,必须由龙头企业率先投产,提高生产规模,才能有效降低单位成本。

三、系统整合相关资源,发挥产学研机制作用。例如,建立政府、研究机构和企业的氢能源产学研合作平台,将科研产品第一时间应用到实际生产当中。

05 结语

世界已进入双碳时代。国际氢能委员会预计,2050 年氢能源将占全球能源消耗总量的18%,催生年产值2.5万亿美元的产业。

世界各国对氢能源越发重视,欧美日各国氢能源产业的规划已经做到了2050年后,并且还在迭代更新;而在我国,自2021年氢能被列为“十四五”规划重点发展产业后,国家和各地政府迅速出台了400多项政策,规划了2025年之前的产业发展目标。

一场事关产业政策、技术竞技的产业争霸赛已经打响。

最新回答
香蕉芹菜
温柔的钢笔
2026-03-31 22:08:19

发展前景:

作为一种来源广泛、清洁低碳、应用场景丰富的二次能源,氢能有利于推动传统化石能源清洁高效利用和支撑可再生能源大规模发展。近年来,氢能及氢燃料电池产业逐步成为全球能源技术革命和未来能源绿色转型发展的重要方向。

【拓展资料】

特点:

氢能是公认的清洁能源,作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。21世纪,我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划,并且我国已在氢能领域取得了多方面的进展,在不久的将来有望成为氢能技术和应用领先的国家之一,也被国际公认为最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。

当今世界开发新能源迫在眉睫,原因是所用的能源如石油、天然气、煤,石油气均属不可再生资源,地球上存量有限,而人类生存又时刻离不开能源,所以必须寻找新的能源。随着化石燃料耗量的日益增加,其储量日益减少,终有一天这些资源、能源将要枯竭,这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样的二次能源。氢位于元素周期表之首,原子序数为1,常温常压下为气态,超低温高压下为液态。作为一种理想的新的含能体能源,它具有以下特点:

1.重量最轻:标准状态下,密度为0.0899g/L,-252.7℃时,可成为液体,若将压力增大到数百个大气压,液氢可变为金属氢。

3.导热性最好:比大多数气体的导热系数高出10倍。

4.储量丰富:据估计它构成了宇宙质量的75%,它主要以化合物的形态贮存于水中,而水是地球上最广泛的物质。据推算,如把海水中的氢全部提取出来,它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。

5.回收利用:利用氢能源的汽车排出的废物只是水,所以可以再次分解氢,再次回收利用。

6.理想的发热值:除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,为142351kJ/kg,是汽油发热值的3倍。

7.燃烧性能好:点燃快,与空气混合时有广泛的可燃范围,而且燃点高,燃烧速度快。

8.环保:与其他燃料相比氢燃烧时最清洁,除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质,少量的氨气经过适当处理也不会污染环境,氢取代化石燃料能最大限度地减弱温室效应。

9.利用形式多:既可以通过燃烧产生热能,在热力发动机中产生机械功,又可以作为能源材料用于燃料电池,或转换成固态氢用作结构材料。

10.多种形态:以气态、液态或固态的金属氢化物出现,能适应贮运及各种应用环境的不同要求。

11.耗损少:可以取消远距离高压输电,代以远近距离管道输氢,安全性相对提高,能源无效损耗减小。

12.利用率高:氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患,利用率高。

13.运输方便:氢可以减轻燃料自重,可以增加运载工具有效载荷,这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益优于其他能源。

怕孤独的画笔
微笑的星星
2026-03-31 22:08:19

我国可再生能源制氢将会在2030年实现平价,相信大家对于氢能还没有一个具体的了解。随着我国的发展和经济实力的不断提高,科学技术也是变得越来越高级,对于很多资源也是实现了可以再生,因为现在很多资源在使用的过程中会对我们的环境产生破坏,比如煤炭。所以说我们也是在不断的开发出新的洁净能源。氢能就是这些能源当中的一种,在未来,它具有非常好的发展前景,所以在未来的生活当中,氢能可能会作为我们最主要的使用能源出现。

首先我们要对氢能源有一定的了解,氢能源就是可再生的二次能源,它能够通过一些可再生的方式从其他反应那里制出来氢能源,这也是它之所以是清洁能源的主要原因,因为我们知道,很多能源是不可再生的,就比如说煤炭,如果说我们对于煤炭过度开采的话,那么肯定会出现匮乏的现象,因为煤炭作为自然资源,它是长期储藏在地下的并且不会再生。如果我们对它过度使用的话,肯定有一天会出现灭绝的现象,氢能并不会,它属于可再生能源,我们使用完以后可以从其他的反应当中来制取这样就能够达到一个循环的作用,也是出于这个角度亲能才会被作为是清洁能源被开发。

当氢能实现平价以后将会有非同凡响的意义,首先对于我们国家来说就会实现一更高级的能源使用形式。因为氢能是可再生的清洁能源。所以说在未来将会让我们的科学研究变得更加高效,且清洁将不会再对我们的生活环境产生破坏。在近几年因为过于注重国家的发展,而忽略了能源对于环境的破坏,导致我们现在的生态环境已经发生了质的改变,温室效应的影响也是越来越严重。所以氢能能的出现将会在很大程度上改变这样的局面,并且也会被其他国家所效仿,这就是氢能最大的用处。

其次就是在它实现平价之后,将会有更多的人能够使用的起亲能,在之前我们仅有煤炭的时候,很多人就因为经济实力的原因,没有使用煤炭的经济条件。再到现在大家都普遍使用天然气,也仍然有一些贫困地区依然无法享受到这一待遇。那么在未来,如果说氢能能够实现平价的话,我国的大部分居民都会有生活条件来使用如此清洁的可再生能源,这将会对大家的生活和各方面带来很多的便利,并且还会节省大家的金钱,对于提高我们国家的居民水平有很大的帮助。

腼腆的手机
单身的抽屉
2026-03-31 22:08:19

近年来,我国大力推动氢能产业发展,已初步形成“全产业链”布局。日前,中国工程院院士、清华大学教授周天勇在接受媒体采访时表示:“未来10年,氢能产业将成为我国能源结构优化调整、促进绿色低碳发展、支撑国家经济高质量发展和推动经济结构战略性调整的重要力量。

业内专家指出,氢产业是21世纪全球最具发展潜力的新兴产业之一,是全球未来能源结构优化调整、促进绿色低碳发展的重要手段。在产业政策扶持、氢能技术研发和市场应用等多方面支持下,我国氢燃料电池汽车已经开始量产并投放市场,相关技术已处于国际领先水平,这为氢能及燃料电池汽车发展奠定坚实基础。

要围绕燃料电池汽车的核心技术攻关,加大研发投入,积极培育市场,推动燃料电池汽车产业化发展。积极推进示范应用,开展燃料电池汽车示范运营经验和示范运行技术标准研究,提升规模化示范运行能力。加快建设充电设施和加氢网络,完善基础设施配套机制,开展氢燃料电池车辆推广运营试点示范。

到2025年,形成覆盖全国大部分区域、具备较强示范带动作用和规模化应用能力的氢燃料电池产业体系。燃料电池汽车以燃料电池为核心组成的系统,在纯电动汽车产业规模达2万亿元以上的同时,燃料电池汽车产业也呈现出快速发展态势。我国燃料电池汽车起步较晚、应用不广,目前仅能实现纯电动汽车、插电式混合动力汽车、纯电动物流车的应用规模在市场中占比不大。 燃料电池汽车被称为继电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车之后,第四代汽车技术平台。燃料电池技术主要包括电堆/电堆、电控系统和动力总成三个主要部分。

可靠的大树
娇气的康乃馨
2026-03-31 22:08:19

氢能更重要的是作为一种清洁能源和良好的能源载体,具有清洁高效、可储能、可运输、应用场景丰富等特点。

氢是二次能源,通过多种方式制取,资源制约小,利用燃料电池,氢能通过电化学反应直接转化成电能和水,不排放污染物,相比汽柴油、天然气等化石燃料,其转化效率不受卡诺循环限制,发电效率超过 50%,是零污染的高效能源。

氢能是实现电力、热力、液体燃料等各种能源品种之间转化的媒介,是在可预见的未来实现跨能源网络协同优化的唯一途径。当前能源体系主要由电网、热网、油气管网共同构成,凭借燃料电池技术,氢能可以在不同能源网络之间进行转化,可以同时将可再生能源与化石燃料转化成电力和热力,也可通过逆反应产生氢燃料替代化石燃料或进行能源存储,从而实现不同能源网络之间的协同优化。

随着可再生能源渗透率不断提高,季节性乃至年度调峰需求也将与日俱增,储能在未来能源系统中的作用不断显现,但是电化学储能及储热难以满足长周期、大容量储能需求。氢能可以更经济地实现电能或热能的长周期、大规模存储,可成为解决弃风、弃光、弃水问题的重要途径,保障未来高比例可再生能源体系的安全稳定运行。

氢能应用模式丰富,能够帮助工业、建筑、交通等主要终端应用领域实现低碳化,包括作为燃料电池 汽车 应用于交通运输领域,作为储能介质支持大规模可再生能源的整合和发电,应用于分布式发电或热电联产为建筑提供电和热,为工业领域直接提供清洁的能源或原料等。

日本、韩国、美国、德国和法国等国都从国家层面制定了氢能产业发展战略规划与线路,如日本的《氢能基本战略》、美国的《氢能经济路线图》、欧盟的《欧洲绿色协议》中的“绿氢战略”、韩国的《氢经济发展线路图》等,持续支持氢燃料电池的研发、推进氢燃料电池试点示范以及多领域应用,已在产业链构建、氢燃料电池 汽车 研发方面取得优势。根据国际氢能联合会发布的《氢能源未来发展趋势调研报告》预测,至2050年,氢燃料电池 汽车 将占全球机动车的20 25%,创造2.5万亿美元的市值,承担全球约18%的能源需求。

《中国制造2025》、《能源技术革命创新行动计划(2016-2030)》、《国家创新驱动发展战略纲要》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《“十三五”国家 科技 创新规划》等都将氢能与燃料电池列为重要任务,作为引领产业变革的颠覆性技术和战略性新兴产业,提出系统推进氢能 汽车 的研发、产业化和商业化。

今年以来,国家政策倾斜力度加大。6月22日,国家能源局发布了《2020年能源工作指导意见》,从改革创新和推动新技术产业化的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。

中国首部《能源法》再次征求意见。其中,氢能被列为能源范畴,是中国第一次从法律上确认了氢能属于能源。

目前,全国有20多个省份发布了氢能产业发展规划,在长三角、珠三角、京津冀等地区,氢能已形成一些小规模的示范应用。在一些地方形成了制备、储运、加注燃料电池和下游应用的完整产业链。

其中,山东省国内首个省级氢能中长期规划,山东3677战略打造氢经济带。省政府办公厅印发的《山东省氢能产业中长期发展规划(2020-2030年)》,以2019年为基准年,规划期限为2020-2030年,内容主要包括发展环境、总体要求、发展路径与空间布局、重点发展任务、保障措施和环境影响评价等6个部分。3月26日印发《济青烟国际招商产业园建设行动方案(2020-2025年)》,新能源 汽车 、氢能等字眼出现频率很高,也和山东省省级氢能规划相呼应。济南“中国氢谷”、青岛“东方氢岛”两大高地随着《方案》要拔地而起。潍坊市人民政府办公室印发了《潍坊市促进加氢站建设及运营扶持办法》。本办法适用于对在本市进行加氢站建设、加氢站加氢的企业给予补贴,即按日加氢能力和建成年限分别给予50~600万元补贴。

2019年,中国石油对外依存度首次突破70%的关口,而天然气对外依存度也高达45%。自2018年中美贸易战爆发以来,高度依赖海外油气进口所带来的能源安全隐患越来越让决策层与 社会 各界侧目。新冠疫情又进一步暴露了在紧急状态下产业链全球化的隐患和风险,致使原本已有抬头之势的逆全球化趋势进一步加深,将能源安全的地位上升到新的政治高度。

全球气候变化是21世纪人类面临的最复杂的挑战之一,减缓气候变化的措施之一是减少温室气体的人为排放。中国是仅次于美国的第二大碳排放国家,已承诺力争2030年前二氧化碳排放达到峰值2060年前实现碳中和。在碳中和的道路上,氢能是一个不可或缺的二次能源形式

尽管氢能发展前景广阔,但当前也面临着产业基础薄弱、装备和燃料成本偏高以及存在安全性争议等方面的问题。目前我国制氢技术相对成熟且具备一定产业化基础,全国化石能源制氢和工业副产氢已具相当规模,碱性电解水制氢技术成熟。但在氢气储运技术、燃料电池终端应用技术方面与国际先进水平相比仍有较大的差距。

譬如在储运方面,实现氢能规模化、低成本的储运仍然是我国乃至全球共同面临的难题。高压气氢作为目前国内外主流的氢能储运模式,还存在储氢密度仍然不够高、储运成本太高等问题。

氢气是二次能源,需要通过一定的方法利用其它能源制取,目前主要包括以下方法:

天然气中的烷烃在适当的压力和温度下,在转化炉中发生一系列化学反应生成包含一氧化碳和氢气的转化气,转化气再经过换热、冷凝等过程,使气体在自动化的控制下通过装有多种吸附剂的PSA装置后,一氧化碳、二氧化碳等杂质被吸附塔吸附,从而得到氢气。

以煤为原料制取含氢气体的方法主要有两种:一是煤的焦化,二是煤的气化。焦化是指煤在隔绝空气条件下,在90-1000 制取焦碳,副产品为焦炉煤气。焦炉煤气组成中含氢气55-60%左右。煤的气化是指煤在高温常压或加压下,与气化剂反应转化成气体产物,组成主要是氢及一氧化碳,经转化后可制得纯氢。

通常不直接用石油制氢,而用石油初步裂解后的产品,如石脑油、重油、石油焦以及炼厂干气制氢。石脑油制氢主要工艺过程有石脑油脱硫转化、CO变换、PSA,其工艺流程与天然气制氢极为相似;重油制氢是在一定压力下与水蒸气及氧气反应制得含氢气体产物;石油焦制氢与煤制氢非常相似,是在煤制氢的基础上发展起来的;炼厂干气制氢主要是轻烃水蒸气重整加上变压吸附分离法,与天然气制氢非常相似。

氯碱工业采用电解盐水的方式生产氯气和烧碱,在电解槽阳极生成氯气,阴极生成氢气,阴极附近生成烧碱,氢气进入脱氧塔脱除其中氧气,然后经过变压吸附脱除其中N2、H2、CO2、H2O等杂质,可获得高纯度氢气。

甲醇蒸汽重整制氢由于氢收率高,能量利用合理,过程控制简单,便于工业操作而更多地被采用。甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下在催化剂的作用下,发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应,生成氢和二氧化碳,重整反应生成的H2和CO2,再经过变压吸附法(PSA)将H2和CO2分离,得到高纯氢气。

电解水制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的碱性电解槽(ALK)中通入直流电,水分子在电极上发生电化学反应,分解成氢气和氧气。也可使用PEM电解槽直接电解纯水产生氢气。此方式可利用光电、风电以及水电等清洁能源进行电解水制取氢气。

(1)风力发电机组的原理及特点:风力发电机组通过控制风轮转速,达成在低风速下最优能量捕捉;在高风速时,保持风轮转速和功率稳定。因此,在额定风速前(大部分工作状态),风力发电机组发岀的有功功率一直在随着风的改变而波动,表现在秒级上的发电功率波动性。另外,风力发电机组是一个电流源,也就是说风电机组每时每刻在跟随电网的50Hz交流电频率,把能量通过电流的方式输岀给电网。如果没有电网的电压维持,目前的风电机组很难独立发电。

(2)光伏发电:光伏电池将太阳能转化为电能,光伏逆变器一方面通过控制,追踪光伏电池的最佳功率点,一方面作为电流源,跟踪电网50Hz交流电频率,把能量通过电流方式输岀到电网。由于阳光在分钟级上变化不大,相对于风电,波动性较小。但是光伏发电表现出昼夜的间歇性。

光伏发电制氢主要利用光伏发电系统所发直流电直接供应制氢站制氢用电。主要有3种技术路线。

碱性电解槽制氢。 该种电解槽的结构简单,适合大规模制氢,价格较便宜,效率偏低约70%~80%,主要设备包括电源、阴阳极、横膈膜、电解液和电解槽箱体组成,电解液通常为氢氧化钠溶液,电解槽主要包括单极式和双极式。

质子交换膜电解槽(PEM Electrolyzer)制氢。 效率较碱性电解槽效率更高,主要使用了离子交换技术。电解槽主要由聚合物薄膜、阴阳两电极组成,由于较高的质子传导性,电解槽工作电流可大大提高,从而提升电解效率。

固体氧化物电解槽(Solid Oxide Electrolyzer)制氢。 可在高温下工作,部分电能可由热能替代,效率高、成本低,固体氧化物电解槽是三种电解槽中效率最高的设备,反应后的废热可与汽轮机、制冷系统进行联合循环利用,提升效率,可达到90%。

电解水制氢技术路线成熟,目前未大规模推广关键因素为电价问题,以目前工业用电用来制氢成本过高,市场竞争力较差。

甲醇制氢投资较低,适合2500Nm3以下制氢规模,按照1Nm3氢气消耗0.72千克甲醇,甲醇价格按2319元 / 吨计算,制氢成本如下表:甲醇制氢成本表

天然气制氢单位投资成本低,在1000Nm3以上经济性较好,按照1Nm3氢气消耗0.6Nm3天然气,天然气价格按1.82元/Nm3计算,制氢成本下表:

天然气制氢成本表

以1000Nm3/h 水电解制氢为例,总投资约1400万元,按照1Nm3氢气消耗5kWh 电能计算,不同电价测算制氢成本分析如下表:

光伏发电制氢成本表

由此分析,光伏发电制氢电价控制在0.3元 / 千瓦时以下时,制氢成本才具有竞争力。按照目前市场价格进行测算,以100MW光伏发电直流系统造价如下表:

光伏发电直流系统造价

以一类资源区域为例,首年光伏利用小时数为1700小 时 计 算,其他参数为 :装机容量100MW,建设期1年,资本金投资比例20%,流动资金10元 /kW,借款期限10年,还本付息方式为等额本息,长期贷款利率4.90%,折旧年限20年,残值率5%,维修费率0.5%,人员数量5,人工年平均工资7万元,福利费及其他70%,保险费率0.23%,材料费3元 /kW,其他费用10元 /kW。按照全部投资内部收益率满足8% 反算电价,并分别分析计算造价为2.3亿、2亿、1.8亿、1.6亿元时的电价。通过计算,在满足全部投资内部收益率为 8% 时,不同造价下的电价如下表:

不同造价反算电价

光伏发电制氢在资源一类区域已具备经济可行性,较天然气制氢、甲醇制氢成本较低,随着光伏发电成本的持续下降,光伏发电制氢竞争力将进一步增强。本文未考虑氢气运输成本,光伏发电直供电制氢应与需求方靠近,资源一类区域主要集中在西北区域,该区域氢气用户主要为炼化、化工企业,用气量较大,对制氢站规模要求较大。

光伏组件价格下降较快,随着价格进一步降低,部分二类资源区光伏发电制氢也将具有竞争力,该类区域相对靠近负荷中心,经济发达,氢气需求量较大。光伏发电制氢工艺简单、运维难度低,制氢规模可根据场地和需求进行模块化组合,随着燃料电池技术的进步,分布式可再生能源制氢供应燃料电池也将是未来重要发展趋势。

氢气的运输方式可根据氢气状态不同分为气态氢气(GH2)输送、液态氢气(LH2)输送和固态氢气(SH2)输送。选择何种运输方式,需基于以下四点综合考虑:运输过程的能量效率、氢的运输量、运输过程氢的损耗和运输里程。

在用量小、用户分散的情况下,气氢通常通过储氢容器装在车、船等运输工具上进行输送,用量大时一般采用管道输送。液氢运输多用车船等运输工具。

虽然氢气运输方式众多,但从发展趋势来看,我国主要以气氢拖车运输(tube trailer)、气氢管道运输(pipeline)和液氢罐车运输(liquid truck)三种运氢方式为主。

长管拖车是国内最普遍的运氢方式。这种方法在技术上已经相当成熟。但由于氢气密度很小,而储氢容器自重大,所运输氢气的重量只占总运输重量的1~2%。因此长管拖车运氢只适用于运输距离较近(运输半径200公里)和输送量较低的场景。

其工作流程如下:将净化后的产品氢气经过压缩机压缩至20MPa,通过装气柱装入长管拖车,运输至目的地后,装有氢气的管束与车头分离,经由卸气柱和调压站,将管束内的氢气卸入加氢站的高压、中压、低压储氢罐中分级储存。

该方法的运输效率较低。国内标准规定长管拖车气瓶公称工作压力为10-30MPa,运输氢气的气瓶多为20MPa。

以上海南亮公司生产的TT11-2140-H2-20-I型集装管束箱为例,其工作压力为20MPa,每次可充装体积为4164Nm3、质量为347kg的氢气,装载后总质量33168kg,运输效率1.05%。国内生产长管拖车的主要厂商有中集安瑞科、鲁西化工、上海南亮、浦江气体、山东滨华氢能源等。

长管拖车运氢成本测算

为测算长管拖车运氢的成本,我们的基本假设如下:

(1)加氢站规模为500kg/天,距离氢源点100km;

(2)长管拖车满载氢气质量350kg,管束中氢气残余率20%,每日工作时间15h;

(3)拖车平均时速50km/h,百公里耗油量25升,柴油价格7元/升;

(4)动力车头价格40万元/台,以10年进行折旧;管束价格120万元/台,以20年进行折旧,折旧方式均为直线法;

(5)拖车充卸氢气时长5h;

(6)氢气压缩过程耗电1kwh/kg,电价0.6元/kwh;

(7)每台拖车配备两名司机,灌装、卸气各配备一名操作人员,工资10万元/人·年;

(8)车辆保险费用1万元/年,保养费用0.3元/km,过路费0.6元/km;根据以上假设,可测算出规模为500kg/d、距离氢源点100km的加氢站,运氢成本为8.66元/kg。

测算过程如下表:

运输成本随距离增加大幅上升。当运输距离为50km时,氢气的运输成本5.43元/kg,随着运输距离的增加,长管拖车运输成本逐渐上升。

距离500km时运输成本达到20.18元/kg。

考虑到经济性问题,长管拖车运氢一般适用于200km内的短距离运输。

提高管束工作压力可降低运氢成本

由于国内标准约束,长管拖车的最高工作压力限制在20MPa,而国际上已经推出50MPa的氢气长管拖车。

若国内放宽对储运压力的标准,相同容积的管束可以容纳更多氢气,从而降低运输成本。

当运输距离为100km时,工作压力分别为20MPa、50MPa的长管拖车运输成本为8.66元/kg、5.60元/kg,后者约为前者的64.67%。

具有发展潜力的低成本运氢方式,但我国氢气管网发展不足,建设需提速。

低压管道运氢适合大规模、长距离的运氢方式。由于氢气需在低压状态(工作压力1~4MPa)下运输,因此相比高压运氢能耗更低,但管道建设的初始投资较大。

我国布局氢气管网布局有较大提升空间。美国和欧洲是世界上最早发展氢气管网的地区,已有70年 历史 。

根据PNNL在2016年的统计数据,全球共有4542公里的氢气管道,其中美国有2608公里的输氢管道,欧洲有1598公里的输氢管道,而中国仅有100公里。

随着氢能产业的快速发展,日益增加的氢气需求量将推动我国氢气管网建设。

氢气管道造价高、投资大,天然气管道运氢可降低成本

天然气管道是世界上规模最大的管道,占世界管道总长度的一半以上,相比之下氢气管道数量很少。据IEA报告,目前世界上有300万公里的天然气管道,氢气管道仅有5000公里,现有的氢气管道均由制氢企业运营,用于向化工和炼油设备运送成品氢气。

由于管材易发生氢脆现象(即金属与氢气反应而引起韧性下降),从而造成氢气逃逸,因此需选用含炭量低的材料作为运氢管道。美国氢气管道的造价为31~94万美元/km,而天然气管道的造价仅为12.5~50万美元/km,氢气管道的造价是天然气管道造价的两倍以上。

虽然氢气在管道中的流速是天然气的2.8倍,但由于氢气的体积能量密度小,同体积氢气的能量密度仅为天然气的三分之一,因此用同一管道输送相同能量的氢气和天然气,用于押送氢气的泵站压缩机功率高于压送天然气的压缩机功率,导致氢气的输送成本偏高。

氢气输运网络基础设施建设需要巨大的资本投入和较长的建设周期,管道的建设还涉及占地拆建问题,这些因素都阻碍了氢气管道的建设。

研究表明,含20%体积比氢气的天然气-氢气混合燃料可以直接使用目前的天然气输运管道,无需任何改造。

在天然气管网中掺混不超过20%的氢气,运输结束后对混合气体进行氢气提纯,这样既可以充分利用现有管道设施,出于经济性考虑,也能降低氢气的运送成本。

目前国外已有部分国家采用了这种方法。

为测算管道运氢的成本,我们参考济源-洛阳氢气管道的基本参数,做出如下假设:

(1)管道长度25km,总投资额1.46亿元,则单位长度投资额584万元/km;(10)年输氢能力为10.04万吨,运输过程中氢气损耗率8%;

(2)管线配气站的直接与间接维护费用以投资额的15%计算;

(3)氢气压缩过程耗电1kwh/kg,电价0.6元/kwh;

(4)管道寿命20年,以直线法进行折旧。

根据以上假设,可测算出长度25m、年输送能力10.04万吨的氢气管道,运氢价格为0.86元/kg。

当输送距离为100km时,运氢成本为1.20元/kg,仅为同等距离下气氢拖车成本的1/5,通过管道运输氢气是一种降低成本的可靠方法。

适合长距离运输,国内外应用差距明显,但液氢运输相比气氢效率更高,国内应用程度有限。

液氢罐车运输系统由动力车头、整车拖盘和液氢储罐3部分组成。

由于液氢的运输温度需保持在-253 以下,与外部环境温差较大,为保证液氢储存的密封和隔热性能,对液氢储罐的材料和工艺有很高的要求,使其初始投资成本较高。

液氢罐车运输是将将氢气深度冷冻至21K液化,再将液氢装在压力通常为0.6兆帕的圆筒形专用低温绝热槽罐内进行运输的方法。

由于液氢的体积能量密度达到8.5MJ/L,液氢槽罐车的容量大约为65m3,每次可净运输约4000kg氢气,是气氢拖车单车运量的10倍多,大大提高了运输效率,适合大批量、远距离运输。

但缺点是制取液氢的能耗较大(液化相同热值的氢气耗电量是压缩氢气的11倍以上),并且液氢储存、输送过程均有一定的蒸发损耗。

在国外尤其是欧、美、日等国家,液氢技术发展已经相对较为成熟,液氢在储运等环节已进入规模化应用阶段,某些地区液氢槽车运输超过了气氢运输规模。

而国内目前仅用于航天及军事领域,这是由于液氢生产、运输、储存装置等标准均为军用标准,无民用标准,极大地限制了液氢罐车在民用领域的应用。

国内相关企业已着手研发相应的液氢储罐、液氢槽车,如中集圣达因、富瑞氢能等公司已开发出国产液氢储运产品。

2019年6月26日,全国氢能标准化技术委员会发布关于对《氢能 汽车 用燃料液氢》、《液氢生产系统技术规范》和《液氢贮存和运输安全技术要求》三项国家标准征求意见的函。

液氢相关标准和政策规范形成后,储氢密度和传输效率都更高的低温液态储氢将是未来重要的发展方向。

为测算液氢槽车运输的成本,我们的基本假设如下:

(1)加氢站规模为500kg/天,距离氢源点100km;

(2)槽车装载量为15000加仑(约68m3,即4000kg),每日工作时间15h;

(3)槽车平均时速50km/h,百公里耗油量25升,柴油价格7元/升;

(4)液氢槽车价格约为50万美元/辆,以10年进行折旧,折旧方式为直线法;

(5)槽车充卸液氢时长6.5h;

(6)氢气压缩过程耗电11kwh/kg,电价0.6元/kwh;

(7)每台拖车配备两名司机,灌装、卸载各配备一名操作人员,工资10万元/人·年;

(8)车辆保险费用1万元/年,保养费用0.3元/km,过路费0.6元/km。根据以上假设,可测算出规模为500kg/d、距离氢源点100km的加氢站,运氢成本为13.57元/kg。

测算过程如下表:

液氢罐车成本变动对距离不敏感。当加氢站距离氢源点50~500km时,液氢槽车的运输价格在13.51~14.01元/kg范围内小幅提升。虽然运输成本随着距离增加而提高,但提高的幅度并不大。这是因为成本中占比最大的一项——液化过程中消耗的电费(约占60%左右)仅与载氢量有关,与距离无关。而与距离呈正相关的油费、路费等占比并不大,液氢罐车在长距离运输下更具成本优势。

第四章 加氢站建设

1.投资估算

加氢站投资主要包含设备投资、土建工程投资以及设计、监理、审批等费用。

项目投资估算表如下:

序号 名 称 费用(万元) 备注

1 工艺设备 222.00

1.1 增压系统 160.00

1.2 加注系统 56.00

1.3 卸车系统 6.00

2 现场管道、仪表电缆等 12.00

3 PLC柜、火焰探头、氢气泄漏探头、视频监控等 28.00

4 设备安装及调试 40.00 含辅材

5 土建工程 80.00

6 设计、监理、审批等费用 45.00

7 合计 424.00

2.运营成本估算

加氢站建成后,运营成本包括土地租金、设备折旧、运营维护成本、人员工资等。

项目总投资为424万元,固定资产采用直线法综合折旧,不计残值,按照10年折旧摊销,每年42.4万元。

每年运维成本包括设备维护费、管理费及人工成本费、电费和水费等,其中设备维护费用约55万元,管理费及人工(4名工人)成本费15万元,电费及水费30万元,每年运维成本费用为100万元。

本项目单站占地面积约2亩,参照目前服务区征地费用,土地租金暂按每年每亩10万元计取,单站每年土地租金为20万元。

3.效益测算

加氢站对外销售价格为35元/kg,进销价差一般为20元/kg。

本次加氢站项目设计日加氢能力:500kg/d,加注压力:35MPa;按照其70%加注负荷计算,日加注350kg,年可实现加注量120000kg。

按照价差收入,年毛利润额估算为252万元。

经济效益情况分析:

序号 名称 单位 金额(万元) 备注

1 价差收入(毛利润) 万元 240.00

2 土地租金 万元 20.00

3 年运行成本 万元 100.00

4 折旧及摊销 万元 42.4 按10年折旧

5 年税前利润 万元 97.6

5 税金及附加 万元 24.4

6 年利润 万元 73.2

静态投资回收期为:424万元/73.2万元 5.79年。

但是当前投运氢燃料车辆较少,但氢能源在政策利好下不断发展中,当前预测存在较大的困难和不可预见性,测算中取设计负荷的70%进行的估算。

山东省下发国内首个省级氢能中长期规划,山东3677战略打造鲁氢经济带,济南“中国氢谷”、青岛“东方氢岛”两大高地随着《方案》要拔地而起,具有广阔的发展前景和潜力,在当前国家碳达峰、碳中和战略背景下,氢能必将迎来大发展阶段。

淡淡的航空
大意的乌龟
2026-03-31 22:08:19

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。

现代的钢笔
怡然的往事
2026-03-31 22:08:19

氢能源首次写入政府工作报告,让这行业成为大家关注的焦点。业内人士认为,氢燃料电池具有零排放、零污染的特性,是终极新能源动力解决方案。燃料电池发展将掀起新一轮能源革命,未来氢燃料电池市场规模可达万亿级别。在政策的支持下,未来氢能或将迎来产业爆发。

氢能源首次写入政府工作报告

3月15日,国务院新闻办举行吹风会就政府工作报告的83处修订进行了解读。其中有一条引起市场注意——“推动充电、加氢等设施建设”,这是氢能源首次写入政府工作报告。业内认为,此次政府工作报告的修订标志着政府对氢能源利用的重视。

氢能源首次写入政府工作报告让这一行业成为大家关注的焦点。据悉,氢能是一种二次能源,它是通过一定的方法利用其它能源制取的,而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采,几乎完全依靠化石燃料,氢能源被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。

“氢能在可再生能源存储方面具有的独特优势。”业内人士指出,与抽水蓄能、压缩空气、二次电池等储能方式相比,氢储能具有地理环境制约少、规模适应性宽、投资成本低、环境友好等显著特征。氢燃料电池具有零排放、零污染的特性,被认为是未来清洁环保的理想技术,是终极新能源动力解决方案。燃料电池发展将掀起一轮能源革命,氢将取代一部分石油成为能源体系中的重要一环,未来氢燃料电池市场规模可达万亿级别。

近日,国内首个风电制氢工业应用项目沽源风电制氢综合利用示范项目再获新进展。根据项目方发布的消息,目前该项目的全程建构物结构、全程建筑物装饰装修已完工,制氢设备全部安装就位,制氢系统管道完成95%,下一步将对设备进行调试。

资料显示,河北沽源风电制氢项目为河北省重点项目,总投资20.3亿元,该项目由河北建投新能源有限公司投资,与德国McPhy、Encon等公司进行技术合作,引进德国风电制氢先进技术及设备,在沽源县建设200兆瓦容量风电场、10兆瓦电解水制氢系统以及氢气综合利用系统三部分。

而在燃料电池方面,我国从2001年就确立了“863计划电动汽车重大专项”项目, 确定三纵三横战略,以纯电动、混合电动和燃料电池汽车为三纵,以多能源动力总成控制、驱动电机和动力蓄电池为三横。随着燃料电池产业发展逐渐成熟,支持力度逐渐加大。2016年11月,《“十三五”战略性新兴产业发展规划》提出系统推进燃料电池汽车研发和产业化。

《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》则进一步描出了中国氢能的发展路线图:到2020年中国燃料电池车辆要达到10000辆、加氢站数量达到100座,行业总产值达到3000亿元;到2030年燃料电池车辆保有量要“撞线”200万,加氢站数量达到1000座,产业产值将突破一万亿元。

安信证券分析师邓永康报告中提到,两会期间众多代表多次提及发展氢燃料电池产业的提案、建议等,主要包括战略地位提升、加大技术研发投入、补贴政策和完善基础实施等,市场关注度空前高涨。

燃料电池商业化大幕开启

随着中国经济的快速发展,汽车工业已经成为中国的支柱产业之一。2007年中国已成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车市场。与此同时,汽车燃油消耗也达到8000万吨,约占中国石油总需求量的1/4。在能源供应日益紧张的今天,发展新能源汽车已迫在眉睫。用氢能作为汽车的燃料无疑是最佳选择之一。

天风证券分析师杨藻、杨星宇指出,2019年将成为燃料电池汽车商业化元年,未来燃料电池车用系统在中国将主要应用在商用车领域。天风证券报告称,电动汽车已经初步解决“能用”问题,下一步是解决“好用”。而电动车在商用车领域应用有着成本高、充电不便、冬季使用体验欠佳等痛点,燃料电池是最有前景的辅助解决方案之一。电动车大规模推广带来的三电技术进步也为燃料电池汽车推广打下坚实基础。

安信证券分析师邓永康表示,根据 Information Trends 报告数据,2017年全球燃料电池乘用车实现3260辆销售规模,同比增长超40%。根据中汽协数据,中国燃料电池乘用车暂无产品上市,主要以燃料电池商用车为主,2018年实现1527辆销售规模,同比增长20%,未来随着“十城千辆”推广实施,销售规模未来将会有大幅提升。

燃料电池汽车商业化领域的又一个历史性里程碑是,2018年8月份潍柴动力对巴拉德进行约1.63亿美元的股权投资,将持有其19.9%股权,成为巴拉德第一大股东。同时潍柴宣布2021年前为商用车提供至少2000套燃料电池模组,这是全球历史上规模最大的商用车燃料电池汽车部署计划。

根据Fuji Keizai预测,到2025年全球燃料电池市场有望达到5.2万亿日元(约合人民币3400亿元),其中燃料电池汽车市场规模将超过50%。2011年燃料电池汽车市场仅为3亿日元,未来随着技术升级、加氢站等基础设施的完善、政策支持力度加大,预计到2025年全球燃料电池汽车市场有望扩大到2.91万亿日元(约合人民币1900亿元),占整体市场一半以上。

分析人士指出,氢能源行业首次写入政府工作报告,标志着政府对氢能源利用的重视。在政策的支持下,随着燃料电池核心技术加速突破,未来氢能或将迎来产业爆发。相关概念股,如东华能源(002221)、鸿达兴业(002002)、厚普股份(300471)、滨化股份(601678)、雪人股份(002639)、大洋电机(002249)值得重点关注。

个股点将台

东华能源(002221)

公司去年底透露已建成江苏地区首个商业化运营的加氢站。公司表示,氢能源能广泛运用于燃料电池车辆、发电、储能,以及掺入天然气用于工业和民用燃气等领域,可代替石油和天然气。氢能产业内涵丰富。公司重视氢能综合利用,下一阶段将要打通氢能利用全产业链通道,充分发挥氢能经济效益优势,进一步提升LPG深加工全产业链的竞争优势。

公开资料显示,东华能源主要业务范围涵盖烷烃资源国际国内贸易、终端零售、烷烃资源深加工以及氢能综合利用等。机构分析指出,公司去年变更募投资金投入宁波PDH三期、宁波洞库及连云港码头储罐等项目。未来3-5年预计建成7套PDH及下游深加工项目,预计19-21年将每年保持1-2套PDH项目投产之节奏,到2022年公司PDH和配套PP总产能预计将达456万吨和320万吨,进一步巩固龙头地位,看好公司主业的长期成长性和在氢能和新材料行业的延伸布局。

此外,东华能源受让多家公司股权,大力发展氢能源。公司3月6日公告称,全资子公司东华汽车拟受让王尚德所持有的东华能源控股子公司东华清洁能源的33.33%股权。公司拟受让全资子南京东华、太仓东华和控股子公司宁波新材料持有的张家港新材料23.66%股权,公司拟受让宁波化学20%股权,上述股权转让完成后,张家港新材料成为公司的全资子公司,宁波化学成为公司的全资子公司。

分析指出,目前氢能与燃料电池汽车产业已进入商业化初期阶段。在政策的支持下,随着燃料电池核心技术加速突破,氢能源产业链企业有望受益,作为氢能龙头的东华能源成长空间巨大。

厚普股份(300471)

去年11月2日,厚普股份发布公告称全资子公司四川厚普卓越氢能科技有限公司与法国液化空气集团全资子公司液化空气先进技术有限公司共同投资在成都设立一家从事氢燃料电池电动车加氢站的开发、生产及销售的合资公司。双方将共同推进氢能产业链的发展以促进中国氢气加注基础设施的建设。并于2018年11月2日在公司签订了《合资条款清单》。

厚普股份表示,公司在氢能发展政策的指示下,与液化空气先进技术有限公司设立合资公司,将实现与法国液化空气集团在氢能方面的资源共享,共同推进氢能产业链及促进氢气加注基础设施的建设。本次合作将为双方在国内及国际市场开展氢能业务打下坚实的基础,将加强公司的可持续发展能力,推进公司未来氢能业务的发展。

公开资料显示,法国液化空气集团是在工业和医疗气体领域技术和服务的全球领导者,其在全球拥有员工65000余名,业务遍及全球80多个,并为350多万客户和患者提供服务。公司在全球参与建设及投资运营的加氢站有100余座(含70Mpa加氢站)及8座液氢装置,具有丰富的加注站设备数据及相关技术。

业内人士指出,厚普股份主营业务立足于清洁能源的高端设备制造及相应的能源工程咨询、设计、施工。目前,公司已在加氢站领域逐步形成了从工程设计、核心部件研发、成套设备集成、系统平台集成、加氢站安装调试和售后服务等覆盖整个产业链的服务能力,成功打造加氢站设计能力、核心部件开发实力、与多方客户的良好关系及完善的售后服务体系四大核心优势。燃料电池汽车商业对公司形成长期利好。

鸿达兴业(002002)

公司2月18日晚间发布公告称,公司与北京航天试验技术研究所“101所”签署《氢能项目合作协议》,旨在从氢能技术研发、装备研制推广等方面开展合作,利用各自的优势将氢能产业做大做强。

公告显示101所成立于1958年,是我国规模最大、功能最全、技术先进的航天动力地面综合试验研究基地,我国唯一的氢氧发动机研究试验基地。在长期的科研和应用中,掌握了液氢较大规模制取、储存、长途运输和安全运用技术,研制了相应设备,实现了大规模液氢储存和使用,形成了公路、铁路运输和局域内管道输送相结合的液氢综合转运体系,为我国氢氧火箭研制和发射提供保障,是目前国内涉氢研究试验基础条件最为完善的单位。

鸿达兴业表示,公司与101所从氢能技术研发、装备研制推广等方面开展合作,对于推动氢气的生产及应用发展具有重要意义。双方合作可为对方带来独特和有价值的技能、视角以及商业利益,同时将为公司进军氢能源领域打下坚实基础,有助于公司加快布局制氢、储氢、运氢及氢能应用的完整产业链。进一步提高公司的核心竞争力,为公司持续、快速、稳定发展提供有力保障。

而这并非鸿达兴业首度涉足氢能产业。2018年12月18日公司公告称全资子公司乌海化工为提高氯碱装置生产氢气的利用效率,进一步提高资源能源利用率,完善产业结构,拟投资建设加氢站项目。今年1月31日晚间公司公告全资子公司乌海化工收到内蒙古自治区乌海市发改委的项目备案批复文件,同意其在乌海市海勃湾区、海南区、乌达区共计建设8座加氢站。

南方汇通(000920)

公司通近年来在膜业务领域持续发力,其全资子公司时代沃顿是国内第一大反渗透膜生产商,同时也是全球范围内为数不多的完全掌握膜片制造核心技术和全流程膜组件制备工艺,并具有规模化生产能力的制造商。公司2018年半年报透露出的信息显示,目前公司电池隔膜中试生产线运行良好,实现稳定生产,正在积极推进市场开拓。

分析人士认为,电池膜未来有望成为公司新的盈利点。申万宏源分析师刘晓宁认为,膜技术是水处理主要方向,当前国内纳滤膜和板式超滤膜仍以进口为主,公司预期未来将凭借成本优势提升份额增加销售量。

除了深耕膜在环保应用市场外,南方汇通还增加能源膜研究开发。2017年公司自主研发的电池隔膜开始进入中试阶段;2018年电池隔膜中试生产线运行良好,实现稳定生产。南方汇通表示,公司不排除进一步延伸技术路线,拓宽产品结构的可能性。国泰君安分析师徐强表示,高性能分离膜的自主开发与生产能力仍旧是公司的成长主线,电池隔膜未来有望成为公司新的盈利点。

值得关注的是,氢燃料电池汽车发展对电池隔膜的意义重大。据了解,相比锂电池,氢燃料电池能够更好的解决续航里程焦虑及快速补充能源的问题,但氢燃料电池也因为关键技术难以攻克面临重重阻碍,而目前全球能够商业化供应氢燃料电池质子交换膜材料的公司只有美国杜邦。但南方汇通掌握反渗透膜尖端重要技术,让公司在燃料电池市场这片万亿级的新蓝海中跻身前列。

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(文章来源:投资快报)

高兴的月光
欢呼的柠檬
2026-03-31 22:08:19
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