氢云链，还给人类一个清洁的“粮食-水-能源”
技术前沿
千亿市场，压缩机会诞生怎样的独角兽企业？
氢燃料电池汽车的发展，促进了氢气压缩机的振兴。作为给氢燃料电池汽车提供氢气的基础设施，加氢站的数量在不断增长，意味着氢气压缩机市场快速发展。据中国氢能联盟预计，到2050年，中国加氢站存量将达到10000座，年产值也将超过千亿。同时，因为加氢站是各地区明确发布补贴政策的环节之一，多级补贴的政策明确，所以站用压缩机的前景可观；站用压缩机存在较高的技术壁垒，未来极有可能出现独角兽企业。目前，国内加氢站较多采用的是液驱式和隔膜式压缩机，其中离子液体压缩机主要由林德在部分项目中进行示范应用。01相关项目情况如图表1所示，氢云链整理近半年多以来相关标志性项目，发现目前加氢站和压缩机的发展存在以下4个特点：1、大型化加氢母站是趋势。从近半年项目来看，产业园的加氢母站项目明显增多。在3月23日国家级氢能产业政策发布后，氢云链团队携手张存满教授和赵吉诗博士召开了相关的《政策》的分析论坛，张教授就认为，加氢站必须大型化，这有利于实现土地的集约化、设备投资优化和运营成本的优化。2、特定场景下的站用压缩机将增多。以中集安瑞科的第二代小型撬装式35MPa加氢装置为例，其用于港口码头、场内物料搬运、燃料电池整车厂等用氢场景，为氢能叉车、测试车辆、运行车辆等提供氢气加注。受制于氢储运问题，相关的产业园闭环项目将会营生更多特定场景下使用的站用压缩机。3、高压高排量是趋势也是行业发展的必要。国内压缩机厂商于2021年年底分别进行了35MPa和70Mpa的攻关，其中丰电金凯威和北京低碳院合作开发的隔膜压缩机更是在测试阶段达到了87.5MPa，同时在氢气的排量上也在进行相关的攻关。国产车载储氢系统也在进行相应的技术攻关——70MPa四型瓶。4、出口将是企业另一个较大的赢利点。虽然国产水平较国际先进水平存在一定的差距，但是中低压的产品存在一定的出口成本竞争优势，以开山股份全资子公司LMF为例，其成功向俄罗斯出口了4台最高160bar氢气压缩机，最大流量每小时14000m³。未来随着国产化的进一步推进，出口将是相关企业的另一个重要赢利点。图表1 国内压缩机相关项目情况来源：氢云链数据库另一方面，压缩机的标准也在完善中，目前，国内首个《加氢站用隔膜压缩机安全使用技术规范》的中国工业气体工业协会团体标准在2022年3月1月已获准发布实施，相关标准由丰电金凯威牵头起草。2022年，国家已在4个文件中重点提及了氢能产业的标准制定，在扶持政策下，可以预见后续压缩机的发展也是相对较快的。02小结加氢站建设一直是国内氢能产业建设的重点环节，也是各地补贴的重点环节。随着国家专项政策出台和示范城市群的启动，氢能应用场景增加，运营强度提升，对加氢设施的建设速度，产品种类，技术水平及服务能力都出现新的要求。作为主要的加氢设备，压缩机一方面面临着市场规模扩大的机遇，另一方面也面临着技术要求提升、需求场景从单场景向多场景发展、产品供应能力要求提升等挑战。压缩机厂商需要根据市场变化情况，前曕性布局各类应用场景，根据实践扎实推技术发展，以抢得千亿市场先机。编辑：风氢扬 校对：氢氢我心 审核：氢云小仙女来源：氢云链声明：文章内容仅供参考，并不代表氢云链赞同其观点或证实其描述，部分图文来源网络，氢云链整理发布，如有侵权请联系作者删除
2022-5-10 17:50
中国石油大学(北京)李叶青：绿色甲烷如何实现在天然气管道中存储太阳能和风能？
目前备受关注的氨氢储能和液态阳光（甲醇）储能，其本质是电转X（Power-to-X）工艺，即将可再生能源产生电力—电解水制绿氢—绿氢+CO2或者N2获得绿色甲醇（“液态阳光”）或者绿氨，实现可再生能源的存储、分配和利用。这一概念最早由德国学者在上世纪初提出，即模拟光合作用，将太阳能和风能，通过电解水制氢，H2/CO2进行甲烷化反应生产甲烷CH4（合成天然气SNG）并注入/存储于发达的天然气管网中。虽然SNG燃烧后仍会产生碳排放，但由于其生产过程中消耗了CO2，整体上实现了CO2的循环利用，是一种净零排放的零碳绿色天然气。该过程被称作电转气Power-to-Gas（PtG）工艺，或者电转甲烷Power-to-Methane，并获取了一系列的专利授权。在PtG工艺提出后，众多学者受到启发，相继提出了Power-to-eFuels、Power-to-Liquids、Power-to-Ammonia、Power-to-Chemicals，即电转燃料、电转液、电转氨、电转化工品等工艺概念。截至2019年全球约有146个电解水制氢工业示范项目，其中60个项目是包含H2/CO2甲烷化工艺的电转甲烷项目。在H2/CO2甲烷化技术方面，目前实现商业化的公司仅有德国的Man Energy和Electrochaea。前者采用化学法甲烷化（高温高压、镍基催化剂），是德国大众旗下子公司。后者采用生物法甲烷化（低温低压、厌氧菌生物催化剂），其投资方除知名风险投资公司外，还包括能源巨头法国燃气集团下属STORENGY、大型油服公司美国贝克休斯和可再生能源服务商瑞士Energie360o。中国石油大学(北京)新能源与材料学院李叶青团队早在2015年即成功开展了H2/CO2生物法甲烷化的实验室验证，以厌氧菌群做为生物催化剂催化合成甲烷。该团队的技术应用范围广泛，原料气不限于H2/CO2，可利用沼气、氢气、合成气、热解气等作为气源。在半连续运行100余天过程中未发现失稳现象，甲烷含量大于92% (H2:CO2=4:1)；系统最大处理能力为12.6 m3/m3/d (原料配比H2:CO:CO2=5:4:1，5L反应器，连续运行1个月)，容积甲烷产率为3 m3/m3/d (原料配比H2:CO:CO2=5:4:1)。目前团队已着手进行放大中试，将通过引入气体分布等手段将甲烷化效率提高到对标世界顶尖公司的水平。项目团队正联合北京中研正达绿色科技有限公司与相关企业和政府接洽落地，为未来大规模推广做准备。图表1 SNG生产及应用生态体系来源：《Power-to-Gas and Power-to-X—The History and Results of Developing a New Storage Concept》李教授团队提出了风光、电网、碳捕集、燃气管网和交通能源系统耦合的综合能源碳中和网络，交通能源系统除了纯电动车和氢燃料电池车外，还引入了CNG/LNG车，后者与燃料电池车相比技术成熟用户接受度高，且无需额外的基础设施建设，更适合我国国情，采用来自电转甲烷工艺的绿色天然气，同样可以实现重型公路交通领域的脱碳。绿色SNG与绿色甲醇和绿氨同样值得大力推广。目前绿氢的储运难题严重制约了其规模化发展。避免储运的唯一办法是就地在线电网制氢，然而我国煤电比例过高，电网制氢比煤制氢碳排放高60%-100%。根据彭博新能源BNEF的数据，目前不受地域限制（比如盐穴、枯竭气田等）且具备中等规模（至少几周时间）的纯氢储氢方式仅有液氢，储氢成本目前最高可达4.57美金/公斤，未来最低的估计为0.95美金/公斤（约人民币6元/公斤）。根据亚联高科的实地考察，浮云到佛山仅130公里的真实运氢成本，在战略协议最低价的基础上尚且高达14元/公斤，这并不包含储氢和各环节的转化能耗。如此高昂的储运成本，会导致绿氢至规模用户成本过高，从而抑制绿氢需求，反过来导致绿氢生产规模化和成本降低路径受阻。至用户成本高抑制需求，需求不足抑制生产，即绿氢面临“蛋生鸡鸡生蛋”的问题。那么最终的解决方案只能是通过Power-to-X链条将氢转化为不需要额外储运基础设施的绿色甲烷、甲醇或者氨，通过零碳的X代替绿氢渗透至对应的需要脱碳的行业。尽管天然气听起来跟民生更为接近，比起甲醇和氨有天然的劣势，但事实并非如此。绿色甲烷（SNG）的优势1- 每kWh成本与氨和醇接近对于最重要的三个X，甲烷、甲醇和氨（甲醇采用CO2加氢），其成本结构中的合成步骤相差不大，比如合成氨设备成本高，但是氮分离比甲烷和甲醇需要的碳捕集成本低，结果是总体上三者合成成本接近。能效（不考虑余热利用）相差也不大，氨会低一些。因此，总体上单位kWh可再生电力生产的单位kWh产品的成本基本一致的。三者在涉及能源领域的应用，比如交通、供暖、储能等，每吨价格没有实际意义，kWh价格更有意义且三者接近。2- 绿色甲烷的用途广，应用技术成熟通过对比工业、交通和发电/储能等潜在脱碳领域的应用潜力，如图表2所示，可以发现：图表2 不同X在不同脱碳领域的应用潜力来源：中研正达整理氢是王者，几乎主要排放的任何领域都可以用氢脱碳。甲烷和甲醇差不多，甲烷更成熟、应用面略广；仅有甲醇在化工原料上（MTO）的应用以及氨在化肥上的应用是甲烷不具备的；氨在能源上的应用仍处于非常初期的阶段。3- 绿色甲烷的市场容量足够大2021年全国交通用气量509亿立方米，假设全部由绿色SNG替代，则对应绿氢消耗量为1834万吨；全国的氨和甲醇产能用绿氢约2100万吨，即交通用气量对应耗氢堪比全国合成氨和甲醇总产能用氢。4- 绿色甲烷在重型交通领域具备经济性如图表3对比可以发现，绿色甲烷在重卡领域应用潜力很大。以Power-to-X的效率为50%、电价0.15元/kWh、电耗占生产成本的60%（合成步骤占40%），可粗略估算产品成本为0.15/50%/60%=0.5元/kWh，折合7000元/吨。LNG加气站比较成熟，参与LNG重卡生产和研发的车企也较多，产品线成熟，消费端客户接受度高。图表3 绿色甲烷在重卡领域的经济型来源：中研正达整理5- 电-氢-甲烷-LNG重卡是公路运输脱碳的低成本路径考虑电价0.15元/kWh，绿氢生产成本可以低至10元/公斤。但绿氢至规模用户的成本仍高达0.84元/kWh，而变成SNG的至规模用户成本仅为0.53元/kWh，无需补贴即可满足车用LNG经济性。而绿氢用于车用绿色甲烷，则仅需满足周边有天然气管网即可；甚至没有管网，直接压缩成LNG运输给加气站的成本也非常低廉（500公里距离每公斤仅0.35元）。以消耗500万吨每年绿氢为例，10元/公斤生产成本为基础。在缺乏纯氢管网和盐穴储氢的情况下，根据德国某机构的测算，以广东省（1/2德国面积）为例，满足50万吨 ...
2022-3-9 15:26
3月7日 | 九部门印发“十四五” 东西部科技合作实施方案：共同开展大规模氢能技术开发与成果转化应用；山东淄博将于今年打造200辆氢燃料电池汽车应用场景
「热点新闻」是氢云链旗下的全新栏目，主要包含国内外上针对氢能、燃料电池等内容方面最新新闻信息，地方政策，技术革新等，每天一期。在这里，你可以全面了解全球氢能发展的最新动态。1、九部门印发“十四五” 东西部科技合作实施方案：共同开展大规模氢能技术开发与成果转化应用3月4日，科技部等九部门印发《“十四五” 东西部科技合作实施方案》，《方案》指出，依托呼包鄂创新型城市群，共同开展大规模储能、氢能、智能电网等清洁能源技术开发与成果转化应用；支持宁夏联合中国农业科学院以及东部省市，开展氢能生产等领域研发中试和成果转化平台。2、山东淄博将于今年打造200辆氢燃料电池汽车应用场景2月18日，淄博市召开第十六届人民代表大会第一次会议，发布2022年政府工作报告。2022年经济社会发展目标任务和重点工作中指出，实施新经济培育“沃土”行动，举办2022氢能产业发展创新峰会，年内形成600辆无人驾驶、200辆氢燃料电池汽车应用场景，推动自动驾驶应用示范项目列入省重大科技创新示范工程，打造氢能和燃料电池、新能源汽车、自动驾驶等产业新地标。3、打造国内一流氢能产业基地！氢通新能源与内蒙古包头签订战略协议3月3日，为充分利用包头市的产业资源和氢能发展基础，以及国内独一无二的应用场景优势，加快融入“一带一路”倡议，氢通新能源创始人、董事长兼CEO任亚辉在上海会场代表氢通(上海)新能源科技有限公司，通过视频连线方式与包头市九原区委副书记、政府区长刘小平签署了战略合作协议。4、众宇将连续配套武汉氢燃料市政用车3月3日，武汉经济技术开发区（汉南区）（下简称武汉经开区）发布氢燃料电池环卫车项目中标公告，武汉众宇动力系统科技有限公司（下称众宇）将为该项目中标车型提供氢燃料电池系统。这是自配套武汉经开区氢燃料公交车之后，众宇连续为武汉快速发展氢能产业、打造世界级氢能城市提供支撑与保障。5、西门子能源获得世界上第一座大型商用电子甲醇生产设施氢电解槽订单西门子能源公司从欧洲能源公司获得了一份交付电解槽的订单。这家丹麦绿色能源项目的开发和运营商正在建设世界上第一座大型商用电子甲醇（e-Methanol）生产设施，由西门子能源公司的一个50MW电解工厂提供氢气。欢迎关注氢云链，获取更多氢能资讯。免责声明：以上内容来源于网络，氢云链编辑整理，所发内容不代表本平台立场，如侵权请联系删除！氢云链平台联系电话：13265621906，邮箱： bp@qingyunlian.com ，地址：深圳市南山区瑞思商业中心1405
2022-3-7 09:44
《力学与实践》“氢进万家”专题征稿
推进氢能产业发展，加快能源绿色转型，是实现我国“双碳”战略目标、应对全球气候变化挑战的有效举措。我国氢能产业正步入发展快车道，城镇地区用氢需求将不断提升，如何实现氢能的规模化、经济安全输运是制约“氢进万家”的关键问题。利用现役天然气管道掺氢输送有着显著优势，而掺氢比例的提升，要求在管材相容性、管道连接工艺、管输工艺、事故特征规律、系统完整性管理等方面开展深入研究，完善基础理论，开发关键设备和软件，建立标准体系，开展示范验证，积累应用经验。与此同时，开展终端应用设备（如家用燃气具、燃料电池等）适应性研究，对于真正入户应用同样具有重要意义。力学与实践 期刊邀请中国科学院力学研究所赵建福研究员与国家电投集团科学技术研究院鲁仰辉高级工程师共同组建专题“氢进万家”。客座主编介绍赵建福中国科学院力学研究所中国科学院大学 博士，中国科学院力学研究所研究员、中国科学院大学岗位教授，《力学与实践》期刊编委。长期从事微重力流体物理科学基础研究与空间热控技术应用研发，主持完成了多项微重力流体物理科学空间实验项目和地面研究项目，参与嫦娥三号月球着陆器/巡视器热控分系统、嫦娥五号热控系统流体回路工质排放及实践二十号深低温热传输空间演示验证试验等重大航天工程任务，在多介质、多相复杂流动与传热传质领域有深厚造诣。担任国际微重力科学旗舰刊物Microgravity Science and Technology副主编、中国载人空间站工程航天技术试验领域专家工作组（空间热管理技术）和中国载人航天工程空间科学与应用领域专家组（流体物理领域）委员、中国空间科学学会常务理事等。鲁仰辉国家电投集团科学技术研究院高级工程师，国家电投集团科学技术研究院碳中和研究中心副主任（主持工作）。长期从事新能源和碳中和相关技术研究，主持或参与多项国家核电重大专项、工信部工业转型升级（中国制造2025）项目和集团公司重点课题，获得北京市科学技术奖等省部级奖6项。近年来在掺氢天然气管道安全关键技术研究及验证方面，初步建立了在役管道输送掺氢天然气适应性评价方法、管道寿命和最大容许裂纹尺寸预测方法，形成了在役掺氢天然气管道安全保障技术，并利用朝阳市天然气掺氢示范项目开展了0~10%掺氢安全输送技术验证，为我国大规模输氢技术发展和推广应用提供了良好技术储备。征稿详情征稿范围：重点包括但不限于以下领域：氢能输配体系发展规划、管材与纯氢/掺氢气体相容性及管道连接工艺、掺氢天然气传质输运机理及管输工艺、纯氢/掺氢管道安全事故特征演化规律及完整性管理、掺氢天然气管道输运中的关键设备及系统安全运行验证、家用纯氢/掺氢燃气具终端应用技术、燃料电池技术等。征稿类型：来稿应观点明确、论据充分、数据可靠、层次分明、文理通顺，具有创新性、高水平、重要参考价值的原创性研究成果或高质量综述。投稿栏目：氢进万家投稿截止日期：2022年2月28日投稿网址及二维码：http://lxsj.cstam.org.cn/Journalx_lxysj/authorLogOn.action力学与实践 期刊介绍《力学与实践》创刊于1979年，是由中国科学院主管，中国力学学会与中国科学院力学研究所共同主办的综合性学术期刊。本刊为中文科技核心期刊、中文核心期刊，并被Scopus数据库收录。主要栏目：专题综述：主要报道力学及其交叉学科或重大技术专题的研究现状和展望；应用研究：刊登力学理论和方法在工程技术中的应用，或从工程实践中提炼出的新课题；教育研究：刊登力学教学改革、力学课程内容及教学方法研究、教学经验的介绍；力学纵横：介绍有突出成就的力学工作者、力学史、力学趣话、新书评介、学术活动、学术机构、消息动态等，侧重力学科普内容。
2021-12-30 11:14
程一兵院士：氢-氨融合颠覆性产业化技术发展趋势
程一兵（澳大利亚工程院院士、澳大利亚 Monash（蒙纳士）大学终身荣誉教授、武汉理工大学学科首席教授、佛山仙湖实验室学术委员会副主任）：大家下午好！我是来自佛山仙湖实验室的程一兵。今天与大家分享一下我们仙湖实验室对氢氨融合颠覆性技术及产业化发展的认识与规划。下面我主要从氨能的燃烧特性以及国外对氨能燃烧的研究，介绍零碳氨能技术和仙湖实验室在氨能、氢氨融合方面的一些思考。“双碳”达标目前是推动能源技术革命的最大驱动力。氢能是实现“双碳”达标的重要技术途径，它的来源丰富，可以利用光伏、风电通过电解水制氢。氢既可以通过燃料电池来发电，也是一种高温燃料，所以它是具有高热值、高能量转化性、无毒性的、可再生、可持续的理想清洁能源。除了成本的挑战以外，氢能还有储运方面的诸多难题。氢气非常活泼，在和空气混合以后，容易产生燃烧和爆炸。同时，氢是元素周期表中最小的原子，在高温、高压下可以穿透钢板，因此对储存材料的要求非常高。氢气的液化温度达到-253℃，因此液氢的制备过程能耗很大，安全储运液氢成本高、技术难度大。国内外有一些研究把氨能作为储氢的一个介质。对氨本身我们并不陌生。氨是化肥，也就是氮气和氢气合成的氨，主要应用于农业、化工、制药等行业，全世界已有大规模生产。全球氨气的年产量达到1.8亿吨，而且液氨输运的技术和安全规范已经非常成熟。现在人们把氨作为一种新能源进行研究，主要是基于两个考量：一是作为储氢介质，同时它还是一个零碳燃料。氨的新能源功能之一是作为氢能载体，因为1个氨含有3个氢和1个氮。它很容易液化，只要-33℃就可以液化，或者在常温下10个大气压就可液化；氨的点火温度比氢高很多，相对氢气要更安全，方便运载。大家在公路上可以看到运氨的车，也可以通过管道运输。现在的思路是氨合成后，一部分用于化肥，另一部分可作为氢能的载体输运。氨的裂解也是非常成熟的技术，加温后变成氮气和氢气。氨的另一个新能源功能是作为零碳燃料，这是我今天想着重介绍的。氨本身是一种零碳化合物，同时它的能量密度很高，是液氢的1.5倍，它和氧的燃烧反应产物是水和氮气。我们知道氮气约占空气78%，氮气本身并不是一个有害气体，所以氨燃烧是零碳排放。但是氨气作为燃料应用的研究相对较少，全世界目前已知的能高温燃烧的燃料绝大部分都是化石燃料，是含碳的燃料。真正不含碳并具有实用性的燃料只有两种，就是氢和氨。但是氨气燃烧有自己的特点，氨不容易燃烧，这对安全储运是一个优点，但对利用氨能作为燃料增加了技术挑战。对氨燃烧技术，国外做了一些研究，国内做得还不够。高温燃烧产 物是二氧化碳的一个主要来源，刚才郭烈锦院士也讲到，碳排放主要来自发电、供热和制造业。据分析，到2050年、2060年即便全球实现碳中和，仍然有接近1/4的能源要依赖燃料，这一部分燃料靠什么？据分析有六大工业很难摆脱对燃料的依赖，包括海运、长途重载汽车、炼钢、高温工业制造（如玻璃、水泥、陶瓷）、航空、长期储能等。这些领域对高温燃料的需求可能不可缺少，那么我们怎么办？比如说建材行业，建材制造业是我国碳排放的一个大户，占我国碳排放的14%左右。佛山是陶瓷生产的重镇，中国很大一部分建筑陶瓷就是佛山生产的。火力发电、钢铁冶炼都是碳排放大户，因此必须开展低碳或者零碳燃烧技术的研究。陶瓷、水泥、玻璃都是在高于1000多度的高温下制备的，在这些领域用什么做燃料来达到碳中和？从这个角度来说，我们可以考虑用氢和氨进行燃烧。氨燃料和其它燃料相比，它的能量密度高，具体能量成本比较低，但是氨燃料存在几个挑战：一是燃烧速度和热值都比较低，它的燃烧速度远远低于氢，这对于工业应用有一定问题。二是发热量相对来说比较低，它的热值比其他的天然气、氢都要低，点火比较困难，不太容易点燃和实现稳定燃烧，对于用作燃料来说，如何让它稳定地烧起来就是一个技术挑战。下面介绍一下国外在这方面做的一些研究。这个方面在国内研究得相对较少，我重点介绍一下日本在这个方面做的一些研究。日本政府在2014年启动了日本重整战略，要重整日本的经济，设立了10个国家重大研究计划，其中之一就是能源载体重大研究计划，投资约合人民币2.5亿元，耗时5年。这个计划的出发点就是为了解决氢能储运困难的问题。他们寻找了三个比较有可能作为氢能储运载体的技术，一是液氢，就是把氢液化；二是用有机化合物合成的含氢有机化合物；三是氨。他们主要研究了这三种液态氢能载体的制造、运输、储运和应用。这里面包括三大块：一是怎么样合成、制备这三种液态燃料，二是怎么样安全地运输这三种液态燃料，三是怎么样应用这三个氢的载体。日本很多著名的大学和企业，比如东北大学、大阪大学、三菱重工等都参与了这项研究，其中对包括氢能和氨能的燃烧技术做了很多的研究，我着重介绍一下燃烧的情况。首先介绍一下在内燃机里的燃烧。这是日本东北大学小林秀昭教授牵头做的氨燃烧研究。如果氨气能形成视频上所显示的这样的稳定燃烧，就可以工业应用了，但是能将氨气燃烧成这样不是很容易，这里面有很多技术挑战。通过日本研究人员的研究，可以看到要使氨稳定燃烧非常困难，它很可能烧了一下会熄火。所以怎么样能够使氨进行高速稳定燃烧，日本在这方面做了很多的工作，他们的技术现在已经到了可以应用的阶段。日本的东北大学、丰田和IHI公司对氨燃烧的涡轮机、汽轮机都进行了研究。因为日本不像中国有巨大的硅酸盐建筑材料制造业，所以日本的重点是用于发电。氨的燃烧不会有碳排放，但是可能产生氮氧化合物。日本对如何控制氨燃 烧产物里的氮氧化合物也做了很多研究，他们能够把氮氧化物控制在100ppm甚至10ppm以下。这是三菱重工目前在开发的4万千瓦100%纯氨燃烧发电机，2025年要实现实用化。这个视频是氨燃烧在工业窑炉的应用，可用于钢铁、玻璃、陶瓷行业。这个工作主要是日本大阪大学的赤松史光教授牵头的，他们是在实验室里面用模拟的工业炉，用氨来燃烧10-100千瓦的燃烧炉。虽然炉子比较小，但是这个燃烧器是工业级规模的。我刚才讲了，要实现这样的稳定火焰本身就是一门技术，日本在这方面做了相当的研究，取得了比较好的结果。他们在10千瓦的炉子上和船用的内燃机上都做了很多研究。他们这个研究计划从2014 ...
2021-12-17 18:18
主动作为、提早入局！氢能产业全国看广东，广东看南海
在业内，流传着这么一句话：氢能产业全国看广东，广东看南海。在推进氢能源发展领域，广东担当体现在一个“早”字：主动作为、提早入局。过去十年，“改革先锋”广东，探索制定了全国首个加氢站行政审批验收流程，出台了全国首个加氢站建设运营及氢能源车辆运行扶持政策等。结合现有产业基础，广东正在着力推进氢能产业链培育工程，在未来五年内全力打造一条大湾区“氢”走廊。这意味着，若发展顺利，广东氢能产业有望有五年内走向成熟。广东氢能市场，也正在进一步打开、放大。1/提早入局担起氢能“急先锋”5月26日，“仙湖1号”氢能游船在广东佛山南海仙湖下水。“仙湖1号”氢能游船，是广东省内首艘氢能游船，标志着佛山南海正式跨入氢能船舶时代。游船上用的是30kW氢燃料电堆，续航可达10小时以上。这对佛山来说已经不是什么新鲜事。在它的城市主干道上，随时可“偶遇”顶部略高的新型公交车。那高出的顶部，正是装载着汽车的动力系统——氢燃料电池。相比传统公交车，其环保性能更佳、加注时间更短、续航里程更长。这类燃料汽车，在南海已有847辆。南海也因此成为国内燃料电池汽车运行规模最大的地区。可以说，佛山南海是广东过去十年来发展氢能产业的“急先锋”。作为制造业大区，佛山南海曾经面临的问题，也是珠三角城市的共同痛点：庞大的制造业对能源的消耗和需求十分可观。无论是从高质量发展还是城市环境的维度来考量，能源转型都是迟早的事情。被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源的氢能，自2009年起就描绘进了佛山的发展蓝图中。2009年，广顺新能源落户南海丹灶。作为国内唯一具备生产氢燃料电池压气机等核心部件能力的企业，它为南海氢能产业带来了火种。两年后，南海拿出3300亩土地，在丹灶布局广东新能源汽车产业基地。2011年和2013年，南海先后联合国家机构举办了两届燃料电池及氢能技术发展国际峰会。“在2013年峰会上，我们跟上级领导做了沟通，也组织专家做了论证，决定率先探索燃料电池客车示范项目。”南海区发改局副局长蔡德权在多年的氢能发展过程中一直身处其中，在他看来，南海选择燃料电池汽车项目，又是一次敢为人先的举措。当时，已有一定汽车产业基础的南海，在对汽车产业做下一步发展规划的时候，发现新能源汽车将是可持续发展的重要趋势，“当时业内有纯电、插电、燃料电池三个产品方向，我们判断插电是过渡产品；纯电的有很多城市已经发展得很好了，技术力量不太强的南海再进入这个领域不占优势。”2014年，联合国开发计划署和科技部在做第三期的燃料电池示范项目，就将已经开始探索编制产业发展方案的佛山纳入其中，同期纳入的还有北京、上海和郑州。“其他城市有大型的车企、有高校资源，佛山的基础是最差的。”蔡德权说，尽管如此，“我们还是不断想办法实现弯道超车”。2014年7月，在考察过纽约湾区、旧金山湾区和东京湾区纷纷布局氢能产业后，佛山率先在对口帮扶云浮产业共建平台——佛山（云浮）产业转移工业园，开始大力引进国际前沿技术和龙头企业。行业龙头国鸿氢能在此落户，与巴拉德共建了全球产能最大的氢燃料电堆生产线；飞驰客车建成年产5000辆氢能汽车整车的柔性化生产基地。2017年，云浮首批量产的28辆氢能源城市公交车正式投入使用，分别投放到佛山、云浮两市使用，率先在国内正式开通氢能公交车试运行示范线路。时至今日，佛山发展氢能和燃料电池汽车，并不是国内最早的地区，却公认是国内步伐最快、成效最显著的城市。2/大手笔扶持剑指“中国氢谷”2020年9月，国家五部委发文组织开展燃料电池示范城市群，广东城市群包括佛山、广州、深圳、珠海、中山、阳江、云浮、东莞。牵头城市定为佛山。从这个城市群名单也可看到，在广东，不独佛山，不少城市都在布局氢能的发展。2018年9月，国家能源局综合司批复广州开发区建设新能源综合利用示范区。作为发展新材料、新能源的主战场，黄埔区、广州开发区超前布局氢能产业核心技术，提出打造“中国氢谷”。2019年3月，国内最大的氢燃料电池膜电极生产线落地；2019年8月，黄埔区、广州开发区出台“氢能10条”，设立规模50亿元的氢能产业基金。今年，“氢能10条”升级，对氢能产业实行全链条扶持的综合力度，全国最大。截至目前，黄埔区、广州开发区已兑现相关补贴超1200万元。在聚集高端领军人才和技术创新方面，科研院所、高校、专业机构云集的广州更是优势明显。目前，黄埔已成功引进国际著名电化学及燃料电池专家，建立起氢能创新中心，致力于攻克低铂催化剂、膜电极和电堆等方面核心技术。中能建广东院、广东省科学院稀有金属研究所、华南理工大学等有关团队，正开展着相关的技术研发并取得一定的成绩。广州汽车集团、广州供电局、广州发展集团等企业，也主动开展产学研的课题研究。在落地应用上，广州被关注度甚高。2019年，广汽传祺GAM6480成为国内第三款登上工信部《新能源汽车推广应用推荐车型目录》的燃料电池乘用车，也是国内首辆燃料电池SUV；去年5月底，广州市首条氢燃料电池公交示范线路，在黄埔落地运营。今年5月9日，广汽埃安“氢能第一车”——AIONLXFuelCell亮相；6月初，来自黄埔的氢燃料电池物流车的物资保障车队，驶进疫情管控区荔湾区群众的视线……5月底广州抗疫期间，来自黄埔区的氢能冷链配送车队，协助广州市供销总社等配送物资，为荔湾区实施封闭式管理区的居民提供生活物资补给保障。南都资料图据黄埔区发展和改革局相关负责人表示，力争到2025年，全区实现“三个5”的目标：5000辆氢燃料电池汽车示范应用、500亿元氢能产业规模、50万吨碳排放减排量。3/组团发力培育氢能全产业链在广东的氢能产业“跑道“上，佛山和广州已率先起跑，东莞、茂名等城市也在加紧布局中 ——2020年3月，东华能源（茂名）烷烃资源综合利用项目在省长马兴瑞的见证下，在茂名市滨海新区绿色化工和氢能产业园投资建顺利动工建设。今年年初，东华能源更是通过内部决策，总投资增至1000亿元。这个计划在2025年6月前建成的项目，成为茂名建市以来引进的最大民营工业项目。茂名也意欲借此在未来10年内，发展成为粤西氢能产业重镇，实现茂名从“油城”向“氢城”的战略转变。今年初，东莞市发布7大战略性新兴产业基地规划建设实施方案，其中“东莞水乡新能源产业基地”落户麻涌镇，随 ...
2021-7-1 12:23
氢云技术 | 氢气与富氢水在农业生产上的应用分析
作者：刘照启、张蔚然、韩 鑫 、白京波摘 要：氢气是一种无色无味的气体，具有还原性，溶于水后形成富氢水，目前氢气与富氢水广泛应用于医疗、化工、食品等 行业，并发挥着积极的作用，其在农业上的应用刚刚起步。简述了氢气与富氢水在农业生产上的应用及其作用，分析了使用氢气与富氢水的优点和目前存在的问题，总结归纳了氢气与富氢水未来的发展方向和应用前景。1、概述氢气是一种无色无味、无毒无害的惰性气体，是自然界中已知密度最小的双原子分子，密度仅为空气的 1/14，其性质稳定，不易与其他物质发生反应，但氢元素可与众多元素形成化合物。氢气可燃、易爆炸，同时也是最清洁的燃料，常温常压下在水中的溶解度很低。富氢水是氢气溶于水后形成的，具有还原性和抗氧化能力，但氢气仍是以分子的形式存在于富氢水中。常用的富氢水的制取方法主要分为两种：一种是电解水方法制取，即将电解水产生的氢气通入水中形成富氢水；第二种是通过氢化物分解制取，例如将 MgH2 放入水中即可产生氢气，氢气溶于水形成富氢水。目前，氢气与富氢水广泛应用在医疗、化工、食品等行业，并发挥着积极的作用，在农业上的应用刚刚起步，等待着广大学者去探索和发现。2、氢气与富氢水的主要作用2.1 改良土质使用氢气处理土壤可有效改良植株根系环境，使其有利于植物生长发育，减弱各种恶劣条件对其生长 发育的影响。2.2 促进种子萌发、幼苗生长通过氢气处理种子或者土壤，可以调节种子的生理活动，加快萌发速度，提高出芽率和存活率；通过富氢水处理幼苗，可以有效保证根尖细胞的完整性，促进幼苗的生长发育。例如，使用富氢水处理小苍兰植株，可有效增加叶长和叶宽、缩短开花时间，促进其生长发育，增加小苍兰大球、小球的鲜重和干重。2.3 调节植物生长状态氢气可以调节植物的生理功能，并可以参与到植物的激素调节中去，促进植物生成营养物质，加快其生长发育，效果可表现为增加株高等。用富氢水灌溉小麦可有效调节小麦叶片气孔的大小，使其适应环境的改变，调节小麦根尖形态，促进根部生长。2.4 提高植物的抗逆能力氢气可有效提高植物细胞的活性，清除植物体内的自由基，促进基因的表达，使其生成足够的营养物质，进而促进枝干、叶片的生长，以抵抗重金属危害和各种恶劣条件，例如在 Cu2+ 浓度过高会阻碍植物的生 长，富氢水可以通过保持细胞的完整性和增大植物气孔来减少铜的胁迫，提高植物的抗逆能力。2.5 提高果蔬保鲜时长由于氢气具有还原性，可有效提高果蔬抗氧化能力，降低果蔬的呼吸作用，进而提高其保鲜时长。3、氢气与富氢水应用的优点与问题3.1 应用的优点3.1.1 安全性好目前，在作物病虫害的防治过程中，大多数农民以背负式喷药箱为主，在施药过程中可能会对农民的皮肤、呼吸道造成损伤，如果早期使用富氢水可增强植物 抵抗病虫害的能力，减少农药的使用，提高安全性；在施肥过程中，也可能对皮肤造成伤害，富氢水是一种理 想的肥料，使用富氢水代替部分化肥可增加土地肥力， 提高农业生产的安全性。3.1.2 代替化学药剂，无污染氢气是一种新型的肥料，无毒、无害，目前我国使用农药、化肥过多，造成了土质下降和环境污染，如果在植物生长过程中使用氢气或富氢水，可有效代替部分化肥、农药，作业过程无污染、无残留，并可有效提高土质，促进植物的生长发育。3.1.3 提高产量在种子萌发的过程中，通过氢气处理可有效提高出芽率，进而提高产量，实现增产增收；在幼苗期，通过富氢水灌溉也可提高植物的抗逆性，进而实现增产。3.2 存在的问题3.2.1 富氢水浓度易降低氢气在水中的溶解度低，制备好的富氢水不易于储存，从制备好富氢水到喷洒或者灌溉，中间过程时间 较长，浓度下降幅度大，影响其作用效果，从而错过作物最佳的治理时期。3.2.2 氢气具有易燃性氢气在使用过程中不安全因素有许多，农业生产 过程中使用氢气需要专业人员进行相关操作，推广使用难度大，在使用过程中要严格控制氢气的浓度，同时控制周围的火源，做好安全防范措施以防发生火灾。3.2.3 技术达不到要求目前，对于氢气在植物生长发育中能起到哪些作用还没有充分的研究，也没有大量的试验和数据，更谈不上应用，并且制氢、监测、调控设备的研发也达不到要求，将氢气与富氢水广泛投入到农业生产中难以在短时间内实现，需要广大研发人员进一步研究与实践。4、氢气与富氢水的应用前景氢气与富氢水在植物生长的各个阶段均能发挥积 极的作用，具有重要的研究价值。在农业生产中，合理使用氢气与富氢水可有效减少农药、化肥的使用，促进生态农业的发展。国内外对氢气与富氢水的研究取得了一定的成果，但是对于其作用机理、范围、方式的研 究仍不够深入，缺少突破性的进展。目前，通过试验研究氢气促进植株生长发育的作用机理和潜在影响是主要任务；如何解决氢气在水中较长时间地保持较高的溶解度和稳定性是研究的重点，将理论研究不断与实践相结合，氢气与富氢水的应用会有突破性的发展，进而逐步广泛地应用到农业生产中。编辑：氢氢我心 校对：风氢扬 审核：氢云小仙女来源：山东理工大学农业工程与食品科学学院、山东思远农业开发有限公司声明：文章内容仅供参考，并不代表氢云链赞同其观点或证实其描述，部分图文来源网络，氢云链整理发布，如有侵权请联系作者删除（微信号：qingyangqyl） ... ...
2021-6-4 11:33
氢云技术 | 氢气与富氢水在农业生产上的应用分析
作者：刘照启、张蔚然、韩 鑫 、白京波摘 要：氢气是一种无色无味的气体，具有还原性，溶于水后形成富氢水，目前氢气与富氢水广泛应用于医疗、化工、食品等 行业，并发挥着积极的作用，其在农业上的应用刚刚起步。简述了氢气与富氢水在农业生产上的应用及其作用，分析了使用氢气与富氢水的优点和目前存在的问题，总结归纳了氢气与富氢水未来的发展方向和应用前景。1、概述氢气是一种无色无味、无毒无害的惰性气体，是自然界中已知密度最小的双原子分子，密度仅为空气的 1/14，其性质稳定，不易与其他物质发生反应，但氢元素可与众多元素形成化合物。氢气可燃、易爆炸，同时也是最清洁的燃料，常温常压下在水中的溶解度很低。富氢水是氢气溶于水后形成的，具有还原性和抗氧化能力，但氢气仍是以分子的形式存在于富氢水中。常用的富氢水的制取方法主要分为两种：一种是电解水方法制取，即将电解水产生的氢气通入水中形成富氢水；第二种是通过氢化物分解制取，例如将 MgH2 放入水中即可产生氢气，氢气溶于水形成富氢水。目前，氢气与富氢水广泛应用在医疗、化工、食品等行业，并发挥着积极的作用，在农业上的应用刚刚起步，等待着广大学者去探索和发现。2、氢气与富氢水的主要作用2.1 改良土质使用氢气处理土壤可有效改良植株根系环境，使其有利于植物生长发育，减弱各种恶劣条件对其生长 发育的影响。2.2 促进种子萌发、幼苗生长通过氢气处理种子或者土壤，可以调节种子的生理活动，加快萌发速度，提高出芽率和存活率；通过富氢水处理幼苗，可以有效保证根尖细胞的完整性，促进幼苗的生长发育。例如，使用富氢水处理小苍兰植株，可有效增加叶长和叶宽、缩短开花时间，促进其生长发育，增加小苍兰大球、小球的鲜重和干重。2.3 调节植物生长状态氢气可以调节植物的生理功能，并可以参与到植物的激素调节中去，促进植物生成营养物质，加快其生长发育，效果可表现为增加株高等。用富氢水灌溉小麦可有效调节小麦叶片气孔的大小，使其适应环境的改变，调节小麦根尖形态，促进根部生长。2.4 提高植物的抗逆能力氢气可有效提高植物细胞的活性，清除植物体内的自由基，促进基因的表达，使其生成足够的营养物质，进而促进枝干、叶片的生长，以抵抗重金属危害和各种恶劣条件，例如在 Cu2+ 浓度过高会阻碍植物的生 长，富氢水可以通过保持细胞的完整性和增大植物气孔来减少铜的胁迫，提高植物的抗逆能力。2.5 提高果蔬保鲜时长由于氢气具有还原性，可有效提高果蔬抗氧化能力，降低果蔬的呼吸作用，进而提高其保鲜时长。3、氢气与富氢水应用的优点与问题3.1 应用的优点3.1.1 安全性好目前，在作物病虫害的防治过程中，大多数农民以背负式喷药箱为主，在施药过程中可能会对农民的皮肤、呼吸道造成损伤，如果早期使用富氢水可增强植物 抵抗病虫害的能力，减少农药的使用，提高安全性；在施肥过程中，也可能对皮肤造成伤害，富氢水是一种理 想的肥料，使用富氢水代替部分化肥可增加土地肥力， 提高农业生产的安全性。3.1.2 代替化学药剂，无污染氢气是一种新型的肥料，无毒、无害，目前我国使用农药、化肥过多，造成了土质下降和环境污染，如果在植物生长过程中使用氢气或富氢水，可有效代替部分化肥、农药，作业过程无污染、无残留，并可有效提高土质，促进植物的生长发育。3.1.3 提高产量在种子萌发的过程中，通过氢气处理可有效提高出芽率，进而提高产量，实现增产增收；在幼苗期，通过富氢水灌溉也可提高植物的抗逆性，进而实现增产。3.2 存在的问题3.2.1 富氢水浓度易降低氢气在水中的溶解度低，制备好的富氢水不易于储存，从制备好富氢水到喷洒或者灌溉，中间过程时间 较长，浓度下降幅度大，影响其作用效果，从而错过作物最佳的治理时期。3.2.2 氢气具有易燃性氢气在使用过程中不安全因素有许多，农业生产 过程中使用氢气需要专业人员进行相关操作，推广使用难度大，在使用过程中要严格控制氢气的浓度，同时控制周围的火源，做好安全防范措施以防发生火灾。3.2.3 技术达不到要求目前，对于氢气在植物生长发育中能起到哪些作用还没有充分的研究，也没有大量的试验和数据，更谈不上应用，并且制氢、监测、调控设备的研发也达不到要求，将氢气与富氢水广泛投入到农业生产中难以在短时间内实现，需要广大研发人员进一步研究与实践。4、氢气与富氢水的应用前景氢气与富氢水在植物生长的各个阶段均能发挥积 极的作用，具有重要的研究价值。在农业生产中，合理使用氢气与富氢水可有效减少农药、化肥的使用，促进生态农业的发展。国内外对氢气与富氢水的研究取得了一定的成果，但是对于其作用机理、范围、方式的研 究仍不够深入，缺少突破性的进展。目前，通过试验研究氢气促进植株生长发育的作用机理和潜在影响是主要任务；如何解决氢气在水中较长时间地保持较高的溶解度和稳定性是研究的重点，将理论研究不断与实践相结合，氢气与富氢水的应用会有突破性的发展，进而逐步广泛地应用到农业生产中。编辑：氢氢我心 校对：风氢扬 审核：氢云小仙女来源：山东理工大学农业工程与食品科学学院、山东思远农业开发有限公司声明：文章内容仅供参考，并不代表氢云链赞同其观点或证实其描述，部分图文来源网络，氢云链整理发布，如有侵权请联系作者删除（微信号：qingyangqyl） ...
2021-6-3 15:15
一文了解商业加氢站建设全过程项目管理
1 引言氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的二次能源，可通过一次能源、二次能源及工业领域等多种途径获取，也可广泛应用于工业、建筑、交通、电力行业，是未来构建以清洁能源为主的多元能源供给系统的重要载体。美国、日本、德国等发达国家均出台了国家层面的氢能战略发展规划。我国政府高度重视氢能产业发展，以习近平总书记“四个革命，一个合作”能源安全新战略为指引，将氢能产业列为战略新兴产业，大力推动氢能核心技术研发和产业培育。当前，我国已有多个省市出台了氢能产业发展专项规划和指导意见。加氢站等加氢基础设施是链接上游氢气制备和下游氢气应用的关键环节，是制约氢能产业的发展关键所在。我国也在持续加大对加氢站建设支持力度，2020年5月，国家财政部下发氢能汽车“十城千辆”征求意见函，推动和支持重点城市和区域氢燃料汽车和加氢基础建设应用示范。截至2019年底，我国累计建成的加氢站66座，但国内大部分已建成的加氢站为科研示范性质，普遍存在设计建设标准和质量不高、审批和验收不规范、智能化程度低等问题。严格按照规范设计建设的纯商业化运作的加氢站少之又少，相关研究也处于初步阶段。本文结合国家能源集团首个商业加氢站示范项目的建设管理经验，对商业加氢站立项选址、设计报建、工程建设、调试、验收和取证等阶段重点工作如何开展，从建设单位项目管理的视角进行了解读。如皋加氢站依托国家能源集团氢能重大科研示范项目，严格按照国标进行建设。该加氢站位于如皋市开发区益寿北路与惠民西路交汇路口东南侧，安装有2台氢气压缩机，系统平均压缩能力可达1100NM3/h；总固定储氢容量600kg，整个加氢站平均日加氢能力达到1000kg。项目于2018年8月10日正式启动建设，2019年11月21日完成整站单机和系统联合调试，是国内首个35MPa/70MPa双模国际标准、行政审批完备的示范性、科普性、商业型加氢站。2 加氢站立项和选址加氢站项目选址好坏直接决定了项目的成败，选址需要综合考虑产业政策、经济技术性、地理位置等因素。（1）加氢站选址时应符合当地产业政策和规划，特别是要关注拟选址用地性质。在行业发展初期，部分地方政府为鼓励加氢站建设，允许在工业用地等非商服属性土地上建设加氢站，但从长期商业运作和规避风险角度考虑，建议项目选址初期就锁定商服用地，筑牢商业加氢站合法、合规建设经营的基础。（2）选址时要综合考虑站外建筑物、构筑物的安全间距。例如各类建筑、厂房、各类物品仓库、变配电站、铁路、城市道路、进出道口、高架桥、架空通信线路等，要充分考虑市政消防用水，氢源距离、进出管束车行驶区域等限制性因素，严格按照国家现行有关标准、规范的规定来确定合理的站址。（3）加氢站选址要注重手续完备性。选址过程中应及时取得规划、土地、交通、住建、应急等部门综合选址批复意见，并以此加快办理项目核准或立项备案文件。3 加氢站设计和报建3.1 加氢站设计3.1.1 加氢站站内设施和建构物组成加氢站按照功能通常分为卸氢、压缩、设备、加氢和辅助服务等5大区域，主要由卸气柱、氢压机、冷冻机、冷水机、储氢罐、加氢机、氢气及氮气管路系统、站房、罩棚等设备和构建筑物组成。3.1.2加氢站建设全过程主要依据标准和规范加氢站建设过程中主要遵循的法规、标准、规范包括：《加氢站技术规范》GB50516—2010、《氢气站设计规范》GB50177—2005、《加氢站安全技术规范》GB/T34584—-2017、《氢气使用安全技术规程》GB4692—2008、《城镇燃气设计规范》GB50028—2006、《建筑设计防火规范》GB50016—2014、《供配电系统设计规范》GB50052—2009、《工业金属管道设计规范》GB50316—-2000（2008年版）、《流体输送用不锈钢无缝钢管》GB/T14976—20、《压力管道规范-工业管道》GB/T20801.5—200、《压力容器》GB150.1~150.4—2011、《压力容器压力管道设计许可规则》TSG1001-2008、《压力管道安全技术监察规程——工业管道》TSGD0001—2009、《特种设备安全监察条例》（国务院令第549号2009年）、《固定式压力容器安全技术监察规程》TSG21—2016等。3.1.3设计重点内容加氢站设计包含工艺、建筑、结构、给排水、暖通、电气、智能化等多个专业。设计过程中要综合考虑安全性、可靠性、经济性、先进性，以及生产与运维等多种需求，出于氢气安全的考虑，安全、工艺、防雷、消防和站控系统设计是加氢站设计工作的重点内容。（1）安全设计：加氢站在开展正式施工图设计之前，必须委托有专业资质的第三方机构编制安全评价和安全设施设计文件。在开展专家论证基础上，按照《危险化学品建设项目安全监督管理办法》（国家安全生产监督管理总局第79号令）规定，由建设单位向应急管理局提出申请，应急管理局出具相应审查意见。在此基础上，设计单位需要对涉及安全诸因素进行定量和定性分析，做好安全专项细化设计。以如皋站为例，除进行本质安全设计（安全阀、紧急拉断阀、泄放阀、紧急切断阀、电气防爆、防雷防静电）外，加氢站还设计了红外安防系统、电子周界、动作识别和告警、消防探测（气体浓度探测、火焰探测、温度探测）报警和机械排风、消防灭火与急停等与安全密切相关的系统。（2）工艺设计：加氢站工艺设计需要综合考虑氢气压缩能力、站内储氢能力、氢气运输能力、日加注能力、峰值加注能力、连续加注能力、加注效率、加氢预冷能力、有效加氢时间、综合能耗等参数指标，并结合生产运营需求，确定工艺方案（一级或二级压缩），选择氢压机的种类和排气量等参数，完成工艺系统（PID图）设计。由于氢气特有氢脆现象，对运行环境（无油、无尘、耐高压）有很高的要求，在设计计算和综合比选过程中，需要重点考虑选择与工艺方案相匹配的管件、阀门以及管道连接方式。其中，氢气管道及附件应考虑氢的相容性要求，选用具有优良承压能力、密封性、施工维修便捷性的管道和连接方式。高压氢气管道主要有焊接和卡套接头，高压管道用卡套连接方式主要有螺纹卡套和双卡套2种，按照美国石油协会SNAI/API6A标准的相关规定，一般在压力为35~100MPa采用高压螺纹卡套密封方式，低于35MPa的高压管道采用双卡套密封方式。如皋加氢站设计了70MPa/35MPa双模系统，部分管道工作和试验压力接近100MPa，管材选择了316L的不锈钢管，在管件连接方式上主要采用了高 ...
2020-12-14 08:58
氢云报告：浅谈氢气提纯方法的选取
氢气无色、无味、无毒，燃烧热值高，达到142.35kJ/g，且燃烧无碳排放。氢气燃烧生成水，水电解又可以生产氢气。随着气候变暖、大气污染等问题日益严重，全球能源结构调整及能源效率提高面临着更高的挑战。氢能作为高效、清洁的二次能源，在能源市场上优势突出，对推动能源生产与消费的意义重大。氢气来源广泛，不同方法制取的原料气所含杂质种类、氢气纯度和制氢成本不同；氢气的利用形式多样，但不同应用场合对氢气纯度和杂质含量有显著差异，因此根据原料气和产品气的条件和指标，选取技术可靠、经济性好的提纯方法至关重要。本文综述了不同来源含氢原料气的基本情况，介绍了不同应用场合对氢气纯度、杂质含量的基本要求，对比分析了氢气分离提纯的常用方法。1、氢气的主要来源目前主要制氢方法有煤气化制氢、天然气制氢、甲醇制氢、工业副产氢和电解水制氢等。各种方法得到的含氢原料气的纯度、杂质种类和成本如表1所示，其中以一步电解水得到的含氢原料气纯度最高，制氢成本也相对较高，适合为用氢量相对较小但对氢气纯度、杂质含量要求苛刻的行业提供氢源。以煤、天然气、甲醇、石脑油等为原料制得氢气成本相对较低，但是原料气中氢气含量较低，需进行提纯处理，工艺流程相对复杂，可为用氢量大的产业提供氢源。表1常见含氢气源基本情况2、不同应用场合对氢的要求氢气既是化工原料也是能源载体。目前，氢的四大单一用途（包括纯氢和混合氢）分别是：炼油（33%）、合成氨（27%）、合成甲醇（11%）和直接还原铁矿石生产钢铁（3%）。其他用途的纯氢虽然占比较小，但应用领域很广泛，包括冶金、航天、电子、玻璃、精细化工、能源等。氢气作为一种清洁的新能源载体可用于燃料电池，将太阳能、风能等可再生能源储存，未来市场前景广阔。不同应用场合对氢气纯度、杂质含量要求有显著差异，如表2所示。表2 不同应用场合对氢气纯度和杂质含量的基本要求及主要氢气来源在合成氨、甲醇的生产中，为防止催化剂中毒，保证产品质量，原料气中硫化物等毒物必须预先去除，使杂质含量降低至符合要求。炼厂用氢的纯度和压力对加氢处理单元的设计和操作有着显著的影响。通常炼厂基于经济性、操作灵活性、可靠性以及易于未来流程拓展的原则来选取合适的氢气分离技术。在冶金和陶瓷工业，氢气可用于有色金属（钛、钨、钼等）的还原制取，防止金属或陶瓷（TiO2、Al2O3、BeO等）材料在高温煅烧时被烧结或被氧化；在玻璃工业，氢气可防止锡槽中的液态锡被氧化而增加锡耗；在半导体工业，氢气可用于晶体和衬底的制备、氧化、退火、外延、干蚀刻以及化学气相沉积工序。由于氢气与上述行业中产品直接接触，氢气的纯度和杂质含量普遍要求较高，如表2所示。目前大多数厂家采用电解水制氢或外购高纯氢等方式来满足生产需求。很多对氢气纯度和杂质要求极为苛刻的厂家还配置了氢气纯化器进一步纯化氢气。近年来，燃料电池得到了长足的发展，尤其是以质子交换膜燃料电池（PEMFC）为主的交通和便携电源领域。PEMFC的电解质为高分子膜，主要燃料为氢气，具有功率密度高、低温启动、结构紧凑等优势。国内外很多研究表明，氢气或空气中微量杂质可能会严重毒害PEMFC的膜电极组件，例如硫化物、CO与催化剂铂的吸附性比氢更强，优先于氢气占据催化剂表面的活性位点且不易脱除，造成催化剂中毒，使燃料电池的寿命和性能大幅度降低。Ahluwalia等对体积分数0.25%以内的CO2杂质气体对燃料电池的影响进行了研究，发现CO2会与H2发生变换反应生成CO，进而影响电池性能。N2、Ar、He虽然不会对催化剂铂产生直接影响，但是由于它们对氢气的稀释作用，影响氢气的扩散，进而影响到催化效率，使燃料电池的性能下降。PEMFC对氢气中部分杂质（CO、硫化物等）的要求苛刻，但对氢气纯度的要求明显低于高纯氢（99.999%）。通常纯氢（99.99%）经过额外的净化过程，将CO、CO2等杂质降至所需要的水平后，就能满足燃料电池的用氢需求。3、氢气的主要提纯方法采用不同方法制得的含氢原料气中氢气纯度普遍较低，为满足特定应用对氢气纯度和杂质含量的要求，还需经提纯处理。从富氢气体中去除杂质得到5N以上（≥99.999%）纯度的氢气大致可分为三个处理过程。第一步是对粗氢进行预处理，去除对后续分离过程有害的特定污染物，使其转化为易于分离的物质，传统的物理或化学吸收法、化学反应法是实现这一目的的有效方法；第二步是去除主要杂质和次要杂质，得到一个可接受的纯氢水平（5N及以下），常用的分离方法有变压吸附（PSA）分离、低温分离、聚合物膜分离等；第三步是采用低温吸附、钯膜分离等方法进一步提纯氢气到要求的指标（5N以上）。3.1 纯度5N及以下氢气的常用提纯方法表3总结了从富氢气体中提纯氢气的方法（PSA、低温分离、聚合物膜分离）。目前工业上大多采用PSA法提纯氢气至99%以上。表3 富氢气体常用提纯方法PSA分离技术的基本原理是基于在不同压力下，吸附剂对不同气体的选择性吸附能力不同，利用压力的周期性变化进行吸附和解吸，从而实现气体的分离和提纯。根据原料气中不同杂质种类，吸附剂可选取分子筛、活性炭、活性氧化铝等。PSA法具有灵活性高，技术成熟，装置可靠等优势。近年来，PSA技术逐渐完善，通过增加均压次数，可降低能量消耗；采用抽空工艺，氢气的回收率可提高到95%~97%；采用多床层多种吸附剂装填的方式，省去了某些气源的预处理或后处理的工序；采用快速变压吸附（RPSA），可实现小规模集成撬装；可通过与变温吸附、膜分离、低温分离等技术的结合，实现复杂多样的分离任务。深冷分离法是利用原料气中不同组分的相对挥发度的差异来实现氢气的分离和提纯。与甲烷和其他轻烃相比，氢具有较高的相对挥发度。随着温度的降低，碳氢化合物、二氧化碳、一氧化碳、氮气等气体先于氢气凝结分离出来。该工艺通常用于氢烃的分离。深冷分离法的成本高，对不同原料成分处理的灵活性差，有时需要补充制冷，被认为不如PSA或膜分离工艺可靠且还需对原料进行预处理，通常适用于含氢量比较低且需要回收分离多种产品的提纯处理，例如重整氢。聚合物膜分离法基本原理是根据不同气体在聚合物薄膜上的渗透速率的差异而实现分离的目的。目前最常见的聚合物膜有醋酸纤维（CA）、聚砜（PSF）、聚醚砜（PES）、聚酰亚胺（PI）、聚醚酰亚 ...
2020-7-13 09:20
氢云报告：氢燃料电池汽车产业发展研究报告
报告综述：燃料电池是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。利用质子交换膜技术，使氢气在覆盖有催化剂的质子交换膜作用下，在阳极将氢气催化分解成为质子，这些质子通过质子交换膜到达阴极，在氢气的分解过程中释放出电子，电子通过负载被引出到阴极，进而产生电能。伴随着电池反应，电池向外输出电能。只要保持氢气和氧气的供给，该燃料电池就会连续不断地产生电能。我国燃料电池汽车主要应用质子交换膜技术目前国内市场上能提供质子交换膜燃料电池技术的公司主要有上海神力科技有限公司和新源动力股份有限公司。2013-2017年，中国质子交换膜燃料电池行业市场规模呈现不断增长的趋势。其中，2013年市场规模为1.50亿元，到2017年增长至2.46亿元。单以技术而言，我国质子交换膜燃料电池技术已接近国外先进水平，阻碍其大规模商业化应用的原因主要有两点，一是价格过高，二是寿命问题。开发新材料是解决这两大问题的必经之路，也是目前质子交换膜燃料电池研究的热点。预计未来几年，伴随着行业的进一步发展，我国质子交换膜燃料电池行业市场规模将呈现出逐年增长态势，到2022年行业市场规模有望达到5亿元。
2020-5-14 15:05
氢云报告：氢安全研究现状及面临的挑战
引言：世界能源需求的不断增长和化石能源引起的环境污染问题都迫切呼唤着新能源的开发与利用。氢能具有来源多样、储运便捷、利用高效、清洁环保等特点，氢既是清洁能源，又是支撑化石能源清洁高效利用、可再生能源大规模储能的重要手段。21世纪以来，发达国家争相出台氢能技术发展规划，以便在未来的新能源竞争中占据主动权。我国也高度重视氢能燃料电池汽车的发展，《中国制造2025》(2015—2025年)将节能与新能源汽车列为十大重点发展领域之一，提出“实现大规模、低成本氢气制取、存储、运输、应用一体化”的战略目标，要大力发展氢能、燃料电池等新一代能源科技。2016年发布的《“十三五”国家科技创新规划(2016—2020)》中将氢能、燃料电池列为新一代引领产业变革的颠覆性能源技术。2019年《政府工作报告》强调“推动充电、加氢等设施建设”等内容，氢能首次被写入《政府工作报告》。截至2018年底，世界范围内已建成加氢站369座，其中我国已建成加氢站23座，占比约6%。根据《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》，2020年我国加氢站将达100座，2030年达到1000座。氢气易燃易爆、燃烧范围宽(4%～75%)、点火能量低、扩散系数大且易对材料力学性能产生劣化，在制备、储存、运输、加注和使用过程中均具有潜在的泄漏和爆炸危险，因此氢安全是氢能应用和大规模商业化推广的重要前提之一，并在世界范围内引起了广泛的关注。许多国家成立了专门的研究机构开展氢安全研究，以期在氢能产业化过程中占据主动权和制高点，如日本供氢及氢应用技术协会(HySUT)、日本氢能检测研究中心(HyTＲeC)、美国圣地亚国家实验室(SNL)、欧盟燃料电池和氢气联合协会(FCH2JU)、北爱尔兰氢安全工程研究中心(HySAFEＲ)、加拿大电力科技实验室(PowerTech)等。国际上也专门成立了国际氢安全协会(IA-Hysafe)来推动氢安全的发展。IA-Hysafe每两年组织一次国际氢安全会议(ICHS)，为展示和探讨氢安全领域的最新研究成果，以及分享氢安全相关信息、政策和数据提供了一个开放的平台。同时，国际氢能协会(IAHE)创立了《国际氢能杂志》(International Journal of HydrogenEnergy)，该杂志涵盖了氢的制取、储输、应用、标准化等各个领域，现阶段已成为氢能领域研究成果交流的主流期刊。为了保障氢能产业快速健康发展，我国相关机构也在氢安全领域开展了大量研究，如浙江大学成立了氢安全研究实验室，在氢气泄漏爆炸、氢与材料相容性、高压氢气快充温升、车载储氢气瓶耐火性能、氢风险评价等方面开展了较为系统的研究，并取得了重要的阶段性成果。郑津洋等在2016年首次对国内外氢安全研究现状进行了系统性总结，本文在其基础上，依次从氢泄漏与扩散、氢燃烧与爆炸、氢与金属材料相容性、氢风险评价4个方面介绍国内外近3年来氢安全研究的最新进展，明确氢安全发展面临的挑战与难点，并针对我国氢安全的发展提出建议。1、氢泄漏与扩散氢是自然界最轻的元素，具有易泄漏扩散的特性。氢气无色无味，泄漏后很难发觉，若在受限空间内泄漏，易形成氢气的积聚，存在引发着火爆炸事故的潜在威胁。液氢能量密度高，沸点低，泄漏后会造成周边空气的冷凝，若大规模泄漏易在地面形成液池，蒸发扩散后会与空气形成可燃气云，增加了发生着火爆炸的可能性。研究氢泄漏及扩散规律，明确上述领域的研究现状和挑战，对氢能的大规模应用具有重要意义。1.1 氢气泄漏与扩散根据氢气泄漏源与周围环境大气压之间压力比值的不同，氢气泄漏可分为亚声速射流和欠膨胀射流。亚声速射流在泄漏出口处已经充分膨胀，压力与周围环境压力相等，气流速度低于当地声速，泄漏后的氢浓度分布满足双曲线衰减规律;欠膨胀射流在泄漏口处速度等于当地声速，出口外射流气体继续膨胀加速，形成复杂的激波结构，氢浓度分布也更为复杂。SNL通过试验研究了稳态氢气欠膨胀射流出口处的激波结构，并测量了马赫盘的位置，结果表明，马赫盘的位置只与喷嘴直径和压力比有关。Takeno、Okabayashi等通过试验测量了不同压力和泄漏孔直径下氢浓度的分布，给出了射流方向上氢平均浓度、浓度波动和可燃概率的经验计算公式。由于欠膨胀射流真实浓度场的复杂性，氢气射流数值模拟研究通常采用“虚喷管”的方法进行简化，即假设所有气流均由一个等效于实际泄漏出口的虚拟管出口流出，出口压力与环境压力相等。Han等证明了虚喷管法计算得到的氢浓度分布满足双曲线衰减规律，但计算结果较真实值偏大。Andrei将直接数值模拟方法(DNS)与虚喷管法的射流计算结果进行对比，同样表明虚喷管法得到的可燃区域结果较DNS结果大30%左右。为了提高模拟结果的准确性，Tang等采用自适应网格细化技术(AMＲ)，在泄漏口处采用DNS方法，使得计算结果与试验结果具有很好的一致性。随着氢燃料电池汽车和小型储氢容器的市场化应用，很多学者针对氢在车库、隧道、维修站、储氢间等受限空间内的泄漏开展了大量研究。研究表明:当泄漏率一定时，受限空间内氢浓度的分布主要取决于空间受限程度和通风状况;氢在可通风室内空间泄漏后存在压力峰值现象，即使未被点燃仍会产生较大超压。近年来，压力峰值现象愈发受到科研人员的关注。Brennan等研究了储氢压力、超压泄放装置(PＲD)直径、通风口大小对峰值压力的影响，并依据上述参数得出了判断峰值压力的工程算图;Makarov等开展了不同通风条件下氢在车库内的泄漏试验，验证了压力峰值CFD模型的有效性。另外，FCH2JU开展了室内氢泄漏的基础性安全研究项目，给出了泄漏事故的预防和后果减缓措施。氢气泄漏与扩散研究主要面临的挑战如下:1)泄漏口形状、障碍物、氢浓度梯度及空气浮力对氢泄漏扩散的影响规律;2)基于虚喷管法的泄漏模型优化及多个通风口情形下峰值压力的预测方法;3)氢气/空气分层对PＲD泄放过程的影响;4)氢发生多处泄漏时，不同氢射流之间的相互作用与影响。1.2 液氢泄漏与扩散液氢的意外泄漏扩散规律研究是保障液氢安全使用的重点。美国国家航空航天局(NASA)、德国联邦材料研究与测试学会(BAM)和英国健康安全实验室(HSL)都成功开展了液氢的大规模泄漏试验，得到了可燃蒸汽云浓度、地面温度、蒸汽云耗散时间等宝贵数据，其中HSL液氢试验形成的地面空气冷凝见图1。液氢大规模泄漏试验的模拟研究也在进行中，国内外很多学者建立了一系列液氢泄漏模型，并 ...
2020-4-26 10:07
氢云观察：丰田Mirai燃料电池低温环境系统控制开发
从水热管理角度看，质子交换膜燃料电池低温启动成功的关键在于催化层被冰完全覆盖前温度上升至冰点之上。针对2008款FCHV-adv车型在低温启动阶段存在的水含量测量精度欠佳、启动过程氢气欠气等问题，丰田汽车公司在量产版Mirai分别采用了氧气传输阻力评估水含量和驻车吹扫排水等方法。丰田Mirai动力系统零下启动问题起源丰田Mirai燃料电池动力系统如上图所示，工作过程可大致描述为：氢瓶高压氢气经过压力调整后经喷射器进入电堆阳极，未参与反应氢气经循环泵循环利用再入堆；空气中氧气经空压机增压后进入电堆阴极，空气截止阀调节背压。阴极电化学反应的产物水绝大多数通过空气出口排出，但仍有一部分水分通过质子膜反扩散至阳极，通过阳极出口排出电堆。因此，在Mirai燃料电池系统的氢气供给系统中，安装了气液分离器，液态水通过电磁阀(purge valve)排出电堆，水蒸气再循环至电堆阳极入口改善电堆湿润性水平。但在低温环境下，燃料电池电堆和系统零部件内水分冷凝和结冰，影响发电效率。阳极欠气引起阴极碳腐蚀机制由于Mirai车辆停放期间，燃料电池堆两端热辐射导致电堆厚度方向温度分布不均，双极板之间也存在温差。水分从阴极反扩散到阳极，并在电堆朝向外侧的电池阳极中冷凝结冰，直到电堆温度分布均匀，如下图所示。此外，燃料电池系统中零部件冻结也是燃料电池发电中断的原因之一，如电化学反应产物水在电堆下游的空气截止阀(背压阀)和排水电磁阀处冻结。因此，在温度降至冰点以下之前，必须清除燃料电池系统组件中的残余水分。丰田FCHV-adv低温启动过程初始水含量和性能关系上图展示了丰田FCHV-adv中初始含水量Wini与燃料电池堆输出功率之间的关系。可以发现，使用上述控制策略来降低初始含水量Wini将导致电解质膜电阻增大，导致零度以下启动过程电堆输出功率降低。为保证Mirai在低温工况下对外输出所需功率，丰田汽车公司开发了3D fine-mesh流场，3D流场提高了阴极催化层可储存峰值水含量Wwsc，使得Mirai电堆初始含水量即使为上图峰值输出功率区域对应的含水量条件下也能实现冷启动。3D fine-mesh流场为一种3D精细网状流场，通过毛细力对催化层水分抽吸，提高水分排出能力。丰田3D流场X射线断层扫描成像因此，相比于2008款FCHV-adv，Mirai的储水能力Wwsc是其两倍，使Mirai电堆初始含水量Wini即使为峰值输出功率区域对应的含水量条件下也能实现冷启动。因此，通过停车吹扫控制初始含水量Wini在峰值输出功率对应区域。尽管低温启动性能可以实现，但含水量和高频阻抗关系的关系在峰值输出功率A区域关联较小，如下图所示。因此，采用和2008款FCHV-adv相同的高频阻抗测量方法，无法实现准确的水含量测量精度。此外，当初始含水量Wini提高，停车时阴极反扩散至阳极的水分含量也提高，这也是造成低温启动氢气欠气的一个重要原因。催化层示意和等效电路模型采用叠加正弦波电流和频率扫描得到Nyquist图，采用等效电路模型对其进行分析。高频阻抗谱和实轴交点表示燃料电池堆直流阻抗Rmem，半圆直径表示聚合物和液态水氧传输阻力总和(Rct,ion+Rct,wat)。因此，可通过频率扫频并从低频阻抗谱与实轴交点减去Rmem来计算总的聚合物和液态水氧传输阻力。液态水氧传输阻力和水含量关系丰田汽车公司针对Mirai还开发了驻车吹扫控制策略，即Mirai停车后驻车期间在燃料电池电堆内部水扩散到达平衡状态后(水分再分布)进行吹扫排水，如下图所示。丰田Mirai驻车吹扫此外，在对燃料电池系统组件吹扫时，驻车吹扫策略通过慢慢减少阳极氢气系统的吹扫流量来确保水不会从上游系统组件流入下游系统组件中。如下图所示，首先，采用氢气循环泵对电堆流场吹扫。接下来，降低氢气循环泵转速，完成流道出口吹扫。最后，通过增加阳极压力来增加电磁阀(purge valve)工作频率，对气液分离器/电磁阀的最下游部分进行吹扫。因此，通过精准的流量控制就可以从各项燃料电池系统组件中吹扫除水。
2020-4-15 09:45
氢云报告：氢气管道与天然气管道的对比分析
摘要:利用氢气管道是长距离氢能输运最为高效的方式之一，但相较于成熟的天然气管网体系，氢气管道建设量相对较少，近年来将天然气管道改造成氢气管道的方式受到研究人员的广泛关注。从建设现状、规范标准、材料选择、设计制造、事故后果和安全间距等方面，对氢气管道和天然气管道进行了系统的对比分析，为氢气管道的建设和天然气管道改造技术的应用提供一定的参考。引言氢能具有储运便捷、来源多样、洁净环保的突出优点，是21世纪新能源结构中的重要组成部分，许多国家均把发展氢能作为重要的能源战略。氢的输送是氢能利用的重要环节，安全高效的输氢技术是氢能大规模商业化发展的前提。依据氢在输送时所处状态的不同，可分为气态输氢、液态输氢和固态输氢，其中高压气态输氢是现阶段最为成熟的输氢方式。根据氢的输送距离、用氢要求以及用户的分布情况，高压氢气可以通过氢气管道和长管拖车进行输送，对于输送量大且距离较远的场合，利用管道输送是最为高效的方式。氢气管道可分为长距离输送管道和短距离配送管道。长输管道输氢压力较高，管道直径较大，主要用于制氢单元与氢气站之间的高压氢气的长距离、大规模输送;配送管道输氢压力较低，管道直径较小，主要用于氢气站与各个用户之间的中低压氢气的配送。氢气配送管道建设成本较低，但氢气长输管道建设难度大、成本高，目前氢气长输管道的造价约为63万美元/公里，天然气管道的造价仅为25万美元/公里左右，氢气管道的造价约为天然气管道的2．5倍。由于氢气长输管道昂贵的建设成本，利用现存天然气管道输送氢气与天然气混合气或将天然气管道改造为氢气管道的技术受到了研究人员广泛的关注。2019年，世界上第一条由天然气管道改造而成的氢气管道已在DowBenelux和Yara之间投入使用。但由于氢气易燃易爆且易造成金属材料脆化的性质，氢气管道与天然气管道存在着一定的差异，掺氢天然气输送技术和天然气管道改造技术的可行性仍需进一步的评估。本文从建设现状、规范标准、材料选择、设计制造、事故后果和安全间距6个方面，系统介绍氢气管道和天然气管道的区别，为氢气管道的建设、掺氢天然气的输送以及天然气管道的改造提供一定的参考。1、建设现状截至2017年，欧洲大约有1598公里氢气管道，输氢压力一般为2～10MPa，多采用无缝钢管，管道直径为0．3～1．0m，管道材料主要为X42，X52，X56等低强度管线钢;美国氢气管道总长度约为2575km，多采用埋地布置，输氢压力一般不超过7MPa，管道材料主要采用X52～X80范围内的管线钢，预期使用寿命15～30年。为降低氢气管道的材料成本，美国橡树岭国家实验室(OakＲidgeNationalLaboratory，OＲNL)和萨凡纳河国家实验室(SavannahＲiverNationalLaboratory，SＲNL)开展了高压氢环境下纤维增强聚合物(FＲP)材料的力学性能研究，美国能源部燃料电池技术工作组(FuelCellTechnologiesOffice，FCTO)开展了FＲP材料的标准化工作。2016年，ASMEB31．12将FＲP材料纳入标准，规定其最大服役压力不超过17MPa。我国氢气管道总里程约400km，主要分布在环渤海湾、长三角等地，位于河南省的济源与洛阳之间的氢气管道是我国目前里程最长、管径最大、压力最高、输送量最大的氢气管道，其管道里程为25km，管道直径508mm，输氢压力4MPa，年输氢量达到10．04万吨。按照《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》预计，到2030年，我国氢气管道将达到3000km。截至2016年，全球天然气管道总里程约127万公里，主要集中于北美、俄罗斯及中亚、欧洲、亚太地区，其中我国天然气管道总长约为6．7万公里，基本已经形成了贯穿全国、联通海外的天然气输送系统。天然气管道输气压力较高，一般为6～12MPa，近年来随着高强度管线钢的应用，设计压力可达到20MPa，管道直径一般为1．0～1．5m。相较于天然气管道，目前氢气管道的建设量仍然较少，管道直径和设计压力也均小于天然气管道。世界范围内氢气管道与天然气管道建设现状对比见表1。表1氢气管道与天然气管道建设现状对比2、规范标准随着经济全球化和一体化进程的加快，标准化成为氢能技术实施产业化的重要环节，也成为企业及其相关技术和产品占领全球市场的重要基础性工作，诸多国际标准化组织和国家标准化机构都成立了专门负责氢能领域有关标准化工作的部门，并持续对相关标准的研制进行资助。相关部门主要包括国际氢能技术委员会(International Organization for Standardization/Technica lCommittees197，ISO/TC197)、欧洲工业气体协会(European Industrial GasesAssociation，EIGA)和美国机械工程师学会(AmericanSociety of Mechanical Engineers，ASME)。国际氢能技术委员会ISO/TC197主要负责与氢能有关的生产、储存、运输、检测和使用等方面的标准化工作。我国与ISO/TC197对口的专业标准化技术委员会是全国氢能标准化技术委员会(SAC/TC309)，于2008年6月成立，秘书处承担单位为中国标准化研究院。SAC/TC309主要负责我国氢能生产、储运、应用等领域的标准化工作。世界范围内氢气管道的相关设计标准主要包括ASMEB31．12—2014《Hydrogen Piping and Pipelines》、CGAG－5．6—2005(2013年修订)《Hydrogen Pipeline Systems》和我国国家标准GB50177—2005《氢气站设计规范》、GB4962—2008《氢气使用安全技术规程》。ASME标准和IGC标准均适用于长距离氢气输送管道和短距离氢气配送管道的设计，但我国已发布的两个标准仅适用于供氢站、车间内氢气短距离配送管道，而可用于氢气长输管道的标准GB/T34542．5《氢气储存输送系统第5部分:氢气输送系统技术要求》正在编制过程中。现阶段天然气管道输送技术已经形成了较为完善的标准体系。国外天然气管道相关设计标准主要包括ASMEB31．8—2018《Gas Transmissionand Distribution Piping Systems》、CSAZ662—2011《Oiland Gas Pipeline Systems》和ASCEALA—2001《Guidelines for the Design of Buried Steel Pipe》。我国相应的标准规范主要为GB50251—2015《输气管道工程设计规范》，该标准从输气工艺、输气线路、结构设计、加工制造、安全检测、辅助设施等方面对天然气管道建设作出了系统全面的要求。3、材料选择与天然气环境相比，金属材料长期工作在氢环境下会造成力学性能的劣化，称为环境氢脆。金属材料的高压氢脆性能的主要研究 ...
2020-4-13 08:22
氢云报告：丰田Mirai燃料电池系统氢喷射器工作状态
供氢-回氢组件是车用燃料电池系统阳极氢供系统的重要组成部分，关系氢燃料电池发动机的燃料经济性、耐久性和水管理。氢喷射器是车用燃料电池系统阳极供氢的重要组件。丰田汽车公司Mirai燃料电池系统供氢组件采用日本爱三工业源自压缩天然气(CNG)供气技术，将3支喷嘴并行组成氢喷射器，通过调节各喷嘴开启时间和频次调节氢气供给量。Mirai燃料电池系统氢喷射器中的三支喷嘴是如何分工和合作的呢？丰田汽车公司第一代Mirai搭载了以塑料内胆和纤维缠绕为特征的IV型储氢瓶、以氢喷射器、氢循环泵和气液分离器为特征的供氢-回氢(阳极水管理)系统。Mirai携带容积总计122.4 L两支储氢瓶(前60 L，后62.4 L)，瓶体总质量87.5 kg(前42.8 kg，后44.7 kg)，峰值加注压力87.5 Mpa，正常工作压力70 Mpa，储氢密度5.7 wt%，加注时间3~5 min(加注时间受加注压力和环境温度影响)。储氢瓶采用树脂内胆、碳纤维强化树脂(CFRP)中层和玻璃纤维强化树脂外层结构。丰田Mirai燃料电池系统氢气供给示意丰田Mirai行驶模式启动工况下图展示了Mirai燃料电池系统启动(按下启动键)后20 s内燃料电池电堆工作情况。2~3 s后，Mirai燃料电池堆电压升至315V，电流为32A。此时功率为315 V×32 A=10kW，约为峰值功率(114 kW)的8.8%。10 s后，Mirai电堆电压升至40A，功率增加到13kW。上述过程中，Mirai仅使用了氢喷射器中一个喷嘴。为维持上述过程，氢循环泵转速从1500 rpm升至1800 rpm，且氢气喷射器工作频率变高。注意，上述过程氢气供应压力为122kPa，空气供应压力为100kPa。丰田Mirai测试行驶工况a)：车速；b)：加速时间密度下图显示了工况1下加速期间Mirai燃料电池堆的高性能表现。Mirai加速期间用时3.5s左右即可达到峰值功率。氢喷射器三支喷嘴根据功率需求逐渐开启工作，氢喷射器3(或称喷嘴3)在燃料电池堆功率到达70 kW后才开启。加速期间，电堆电流逐渐增加，电压逐渐降低。该期间，Mirai电堆最大电流468 A@244 V，此时车速仅40 km/h左右。各工况下丰田Mirai氢喷射器状态车速和载荷对Mirai氢喷射器的影响燃料电池和镍氢电池丰田Mirai燃料电池系统使用类似混合动力汽车的升压转换器来提高输出电压，Mirai搭载的DC-DC升压转换器可将燃料电池电堆电压从最大315 V增加到650 V，使Mirai驱动电机功率倍增。Mirai燃料电池系统运行期间获取上述电压的工作状态如下图所示。作者：燃料电池博士，来源：燃料电池干货
2020-4-10 08:39
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