氢云链2022-6-13 14:55
2022年全球氢能产业目前整体处于示范应用阶段,多数氢能技术仍处于示范或原型阶段。随着国家氢能产业顶层设计出台,针对国内的氢能产业发展水平、阶段、技术难点和亟待解决的问题有哪些等产业关心的热点问题,郑津洋院士做了详细解答,为产业指点迷津。以下为氢云链整理资料的要点,供大家学习和参考。1、当前全球氢能产业整体处于示范应用阶段对于当前全球氢能产业发展整体处于什么阶段这个问题,郑院士表示:全球氢能产业目前整体处于示范应用阶段,多数氢能技术仍处于示范或原型阶段。比如,液态储氢、固态储氢、有机液体储氢、天然气管网掺氢、燃氢轮机、可应用于重型道路车辆的氢燃料电池等技术均处于示范阶段;而可应用于船舶、火车、飞机等的氢燃料电池技术处于原型阶段。提高氢能全产业链的技术经济性和市场竞争力是亟待解决的问题。美国能源部预期氢能2030年的发展目标为:1kg氢的生产和输运成本均达到1美元;重型车辆用燃料电池的寿命为25000h,成本为80美元/kW;电解槽的寿命为8万h,成本为300美元/kW。如果能够实现制氢成本与输运成本均为1美元/kg,则与天然气相比,氢气就具有了竞争力。相较于国外,国内的氢能产业发展水平如何?对此郑院士认为,中国氢能产业总体处于全球第二方阵的前列,并在变压吸附提纯氢、大容量高压储氢、固态储氢、供氢量吨级以上加氢站建设等方面走在国际前列;而且在北京2022年冬奥会上实现了氢燃料电池汽车应用规模、应用场景、保障服务及管理创新等多重突破;北京大兴氢能科技园站的日加氢能力达到4.8t,为全球最大。总体来说,中国仍然是氢能技术设备进口国,部分关键材料、核心零部件、关键装备仍需要依赖进口,如碳纸、加氢枪、氢流量计、氢安全阀、液氢容器等。2、不断攻克氢气安全储运难题氢气的储运是氢能技术的重要环节,而安全问题至关重要,郑院士在这方面进行了大量研究。氢气储运的难点有哪些?取得了哪些成果?目前研究或计划研究的方向是什么?郑院士坦言,他不能忘记的是,早在2002年,正是蒋利军等老师把他领进了储氢研究的大门,并持续深入研究了20余年,才取得了一些成就。氢能应用的关键在于储氢技术,即如何实现安全、高效、经济的氢气储存。当前,储氢方式主要有气态储氢、液态储氢和固态储氢这3种,相较而言,高压气态储氢具有设备结构简单、充装和排放速度快、温度适应范围宽等优点,是世界各国优先重点发展的储氢技术。储氢技术目前主要存在以下技术难点:高压储氢容器的压力高达98MPa,高压氢气易引起材料氢脆,造成容器突然断裂甚至爆炸,危害极大;此外,由于氢气分子小,易泄漏,高压密封难,侵入传感材料的氢会导致检测信号漂移,高压氢环境应变检测难度大。2002年之前,我国缺少材料高压氢脆原位检测能力,无法获得容器研制时亟需的材料在高压氢气环境中的力学性能。高压储氢容器氢气充放频繁,氢脆影响因素多且机制复杂,抗氢脆设计及制造存在很大难度。在我国,压力超35MPa的储氢容器长期处于空白,严重制约氢能发展。通过国家纵向支持和企业横向合作,郑院士带领团队取得了卓越的科技成果:针对高压氢脆原位检测难题,攻克高压氢气动密封、高压氢环境应变传感等关键技术,发明140MPa材料高压氢脆原位检测装置,使我国成为拥有140MPa材料高压氢脆原位检测技术的3个国家之一;牵头起草了金属高压氢脆检测评价方法的国家标准,并牵头制定了首部高压储氢容器产品国家标准;建立了首个国产材料高压氢脆数据库,为氢能高压储运设备研制提供了关键基础数据。 针对抗高压氢脆设计制造难题,郑院士团队提出以抗氢脆焊接薄内筒为核心的全多层高压储氢容器设计技术,与高压氢气接触的薄内筒采用抗高压氢脆性能优良的材料,其余则采用普通高压容器用钢。该技术利用薄内筒抗氢脆,内筒厚度约占筒体总厚度的1/8,通过厚钢带层承载,钢带逐层交错螺旋缠绕在内筒外,制造经济简便;采用钢带缠绕引起的预压缩应力,提高容器疲劳寿命;通过全多层技术实现了容器中氢气泄漏在线监测的全覆盖。其团队还发明了小孔内置式曲面耦合超声相控阵检测技术,即在储氢容器服役周期内,通过特制的检测设备,深入储氢容器内部对容器安全状态进行“体检”,解决了全多层高压储氢容器氢致损伤无损检测难题,打通了全多层高压储氢容器从设计、制造、检验检测的全技术链,同时解决了其经济性与安全性达到平衡的问题。其团队在车载轻质高压储氢技术研发方面也获得了一系列成果,开发了随车运动的高压氢气瓶,需要考虑火灾、频繁快充、碰撞等极端服役条件下的安全性,为此其团队发明了纤维全缠绕复合材料高压氢气瓶性能预测系列方法,实现了高压氢气瓶强度-寿命-耐火多维协同设计制造,并主导制定了高压氢气瓶产品国家标准。基于上述创新性技术,成果转化和落地也在有序推进。郑院士牵头制定了高压储氢主要国家标准9项,参与制定国家标准27项、联合国全球技术规范UNGTR13等国际标准5项,有力推动了行业的科技进步及产业发展。在丰田常熟加氢站,以及为北京冬奥会服务的中石化北京庆园街加氢站、王泉营加氢站,郑院士团队主持研制的98MPa高压储氢容器正在安全服役,不仅容积达到1m3,为世界最大,而且成本低,同时,在线检漏功能也大幅提升了容器的安全性。该研究成果已应用于氢能高压储运全行业,该用户包括中石化集团、国家能源集团、长城汽车、日本岩谷公司等国内外知名企业,核心装备在我国加氢站建设、氢燃料电池汽车发展中发挥着不可替代的关键作用,该技术于2021年获国家科技进步二等奖。郑院士团队目前的主要研究工作有:承担国家重点研发项目——加氢关键部件安全性能测试技术及装备研究”;针对加氢站氢气泄漏、自燃及加氢关键部件的断裂等突出问题,聚焦加氢关键部件安全性能测试,自主研制测试装备,制订技术标准,构建检测平台,为保障加氢站安全提供关键技术和检测设备支撑。关于临氢材料及其极端条件下的实验研究,蒋利军老师与郑院士进行了较为深入而专业的讨论。氢能装备的安全性与材料的选择密切相关,郑院士表示,他计划制定一个可进行低压、中压、高压、超高压临氢材料选择的标准或指南,目前中国还没有这样的标准或指南。他正在参与修订GB50177—2005《氢气站设计规范》,许多问题亟待解决,比如,需要弄明白什么 ...