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技术前沿

天然气管网掺氢是否安全，还存在哪些问题？: 天然气管网掺氢是解决碳排放和大规模氢能运输的重要手段，但高成本、安全隐患以及大众对氢认知度不够等是制约其发展的重要因素。HCNG（Hydrogen enriched with Compressed Natural Gas）又名Hythane，是天然气掺氢燃料的简称，它是将氢气与天然气按一定比例混合而得到的代用气体燃料，是“浅氢燃料”的一种。图天然气管道输送系统然而由于氢气与天然气（天然气主要由甲烷(85%)和少量乙烷(9%)、丙烷(3%)、氮(2%)和丁烷(1%)组成）的理化性质差别巨大，且氢气对金属材料的劣化作用及其较宽的燃烧极限和更快的燃烧速率，加之天然气管道输送本身具有危险性，利用现有天然气管道输送掺氢天然气的安全性问题亟待解决。部分国家和地区允许的最大掺氢比例（来源：IEA）在一些相关设备的规格方面也存在限制，掺氢上限取决于与其相连的设备，管网范围越大，设备越多，对掺氢上限的要求可能越严格。例如，掺氢后使用天然气作为原料的化工企业可能需要调整工艺和流程。现有燃气轮机的控制系统和密封无法适应高比例的氢气，掺氢比例需低于5%。已安装的燃气发动机因相同原因，氢的最大浓度为2%。欧洲标准规定燃气轮机所供天然气的氢含量必须低于1%。; 2020-3-1 18:00

氢云报告：氢气压缩机常见故障及分析: 摘要：氢气压缩机在石油化工汽油加氢精制、煤化工甲醇合成气输送等工艺中占有重要地位，一旦氢气压缩机出现故障，会导致装置停车甚至气体泄漏、着火、爆炸等事故，造成重大经济损失。本文将输送介质为氢气的活塞式压缩机作为研究对象，详细分析压缩机运行过程中经常出现的问题，并提出相应的维修建议，为化工企业安全负责人、设备操作人员提供借鉴。在大型化工流程中，很多气气、气液或气固反应需要在高压下进行，因此压缩机应用十分广泛，其中活塞式压缩机是比较常用的压缩机之一。活塞式压缩机压缩效率高、适应性强，可设计成低压、中压、高压和超高压（超过350MPa）。在等转速下，当排气压力波动时，活塞式压缩机的排气量基本保持不变。但是活塞式压缩机结构复杂、零部件繁多，操作或维护不当极易发生故障。在化学工业中，为了促进以氢气为原料的化学反应正常进行，通常将氢气压缩至高压，这就需要用到以氢气为主要输送介质的活塞式压缩机。如在合成氨工业中，氢氮混合气的进气压力为0.03MPa，经过6～7级压缩，最终排气压力达到31.4MPa；在煤化工合成气制甲醇过程中，氢与二氧化碳混合气进气压力2.5MPa，经过多级压缩最终排气压力达到5～10MPa（低压法）或35MPa（高压法）。1、氢气压缩机的工作原理及分类1.1 工作原理氢气压缩机结构较复杂，其结构简图见图1。较重要的组件有铸铁气缸、铸铁缸套、铸铁缸盖、铸铁曲轴、连杆、十字头（包括十字头滑道）、填料、活塞（包括活塞环）、刮油环、不锈钢活塞连杆、不锈钢气阀等，此外还有一些附属设备，如气体过滤器、缓冲器、润滑油管路等。同其它往复式压缩机一样，氢气压缩机包括吸气、压缩和排气3个过程。在电机驱动下，曲轴带动十字头、活塞连杆、活塞在气缸内往返运动，气体在活塞压缩下最后通过气阀排出。图1 氢气压缩机结构简图1.2 分类氢气压缩机按排气量范围和排气压力进行分类，具体类别如表1所示。表1 氢气压缩机分类按照基础地平面与气缸中心线的相对位置，氢气压缩机还可分为卧式压缩机（地平面与气缸中心线方向平行，主要有对置式、单侧式、对称平衡式）、立式压缩机（地平面与气缸中心线方向垂直）和角度式压缩机（地平面与气缸中心线方向成一定角度）。立式压缩机和气缸在曲轴一侧的卧式压缩机适用小气量工况。在卧式压缩机中，对称平衡式压缩机应用非常广泛，是大中型往复式压缩机的最佳选择对象之一。该压缩机的多个气缸平均分布在曲轴两侧，与气缸中心线方向呈180°夹角。对置式压缩机适用于压缩高压气体的工况，而角度式压缩机适用于中小型压缩机，其中角度式压缩机根据夹角又可分为W型（60°夹角）、L型（90°夹角）、扇型（40°夹角）等多种类型。2、氢气压缩机型号及字母含义为了便于快速识别压缩机结构特征、容积流量、工作压力等信息，氢气压缩机和其他常见化工动设备一样，有规定的型号，而且各字母具有不同含义，氢气压缩机型号示意图见图2。图2 氢气压缩机型号示意图图2型号末端的“差异”主要是为了把压缩机种类进行区分，一般尽量用字母、数字的组合表示。“压力”是指吸气在标准大气压下，经过压缩机压缩后公称排气压力的表压指示值。“公称容积流量”是指按照标准吸气位置所处的工况（压力、温度、气体组分），把压缩机排出气体流量进行换算后得到的流量。氢气压缩机“结构”和“特征”代表了压缩机的结构和具体特征，包含的各字母含义如表2和表3所示。表2 氢气压缩机结构字母及含义表3 氢气压缩机特征字母及含义3、氢气压缩机常见故障氢气压缩机组制造精度和维护要求较高，当氢气压缩机在电机驱动下运行时，曲轴快速旋转并往复运动。曲轴、连杆的一端与十字头部件相连接，十字头部件也在曲轴连杆的作用下，在滑道内往复运动，最终带动活塞往复运动，实现了氢气（或含氢混合气）的压缩。然而，在曲轴、连杆、十字头部件长期往复运动中，这些部件易发生磨损，一旦出现较严重磨损会影响其运行质量，需要及时发现并停机进行维修，以保障氢气压缩机的安全稳定运行。3.1 润滑油系统故障及原因分析氢气压缩机润滑油系统最常见的问题就是润滑油压力低。当氢气压缩机正常运行时，润滑油经过油泵加压输送到一级过滤器，依次通过外部润滑油冷却器、二级过滤器后，分为3路。第1路到压缩机油压表（包括远传仪表和现场仪表）；第2路到达大头瓦小段衬套，为其提供润滑；第3路达到补偿泵，以防止油压限制器漏油。在润滑油系统的正常维护过程中，应首先对各个油路系统进行外观检查，特别是管路静密封点，一旦出现漏油、油渍，要对存在泄漏的油路管线进行紧固。当氢气压缩机正常运行时，润滑油路系统的运行状态始终为负压，因此难以发现润滑油压力降低。为了准确判断，在润滑油管路各静密封点需要详细检查，对可能泄漏的管路进行更换，以消除潜在风险。此外，润滑油的品质需要严格检查，含水量、金属离子含量等都会加速润滑油变质。如果润滑油不凝气含量超标，润滑油压力可能会出现波动。拆检氢气压缩机润滑油供油管路，并根据二级滤网腔和润滑油冷却器之间的空隙大小，可以判断润滑油管路凝气情况，空隙大则表明凝气较多。通常有2个原因易造成该管路凝气：（1）润滑油对压缩机管路外界空气具有一定溶解度，难以避免少量空气溶入；（2）二段油压限制器装置回油，与少量未溶入的空气混合形成空气泡沫，该泡沫大量聚集时也会造成空隙变大。为解决该问题，应将回油管排出口尽量靠近润滑油过滤器吸入口的远端位置，避免空气泡沫集中到管路中。3.2 气阀、活门故障及其维修分析通常氢气压缩机每运行3～6个月，就要切换备机，对压缩机进行维护或检修。其中对气阀要重点检查，因为气阀的阀片容易积碳、堆积油泥或粉尘，气阀弹簧容易断裂。气阀压盖顶部存在若干顶丝，检修时应先把顶丝松开，置于干净的归纳盒或无尘布上，然后松开气阀压盖顶部螺栓、螺母，保留对角方向的两个螺栓、螺母不被拆下，直至气缸没有气体逸出，再全部拆下。最后取下压盖及活门压套，轻轻拉出活门，清理外表可能存在的油污、油泥进行材质检查。所有气阀在安装前都要用氮气打压试漏，确认不漏后才能进行安装。活门故障分析及处理办法详见表4。表4 活门故障分析及处理办法3.3 缸体气缸内壁的光滑和润滑十分重要，活塞在气缸内高速往复运动 ...; 2020-3-1 17:14

清华大学汽研院：中国氢能汽车产业发展战略研究报告: 【摘要】1、氢能作为高效的多用途能源，在中国能源市场的应用场景中优势突出，氢能经济发展逐渐成为中国社会关注焦点2、中国氢能产业发展具备政策及市场支撑，优势区域有望率先进入区域性氢能社会3、建议将氢能作为能源管理而非危化品处理，进一步明确氢能产业的国家主管部门4、氢能产业链相关国家标准及规范应尽快建立，并与国际标准协调完善，以期尽早释放中国氢能发展潜力5、燃料电池车是氢能应用的主要场景，加氢站建设是实现燃料电池车发展的必要条件加氢站建设应结合产业发展进行科学布局氢能与燃料电池车产业发展协同性较强中国新能源车汽车产业发展目前仍以政策驱动为主，在国家产业政策引导下，新能源汽车市场占比逐渐提高并最终形成市场驱动。纯电汽车（BEV）、燃料电池车（FCV）各自优劣势特点明显，因此在发展策略上，BEV与FCV存在明显差异，但互为补充。氢燃料电池车未来将成为氢能应用、推动氢能产业发展的主要动因之一。作为新能源汽车领域的后起之秀，燃料电池车凭借高效、清洁、续驶里程长、加氢快速、适应性强等特点得到市场广泛关注，同时也将加速燃料电池车的商业化进程。氢能产业与燃料电池车的发展存在协同性，加氢站是两者之间的关键纽带，因此加氢站的建设运营显得尤为重要，区位选择应结合氢源、市场需求情况、政府支持力度等区域特点综合分析。燃料电池车的发展应用取决于氢能社会的实现程度，否则燃料电池车只能是无本之木，燃料电池车的发展带来氢气需求，将促进氢能产业加速发展。但中国需进一步明确氢能产业的国家主管部门，氢能产业发展应立足能源而非危险化学品的管理思路，以期与现行国际法规及标准相协调。中国将从燃料电池商用车起步，市场前景广阔中国燃料电池车具备市场及政策支撑，在政府主导下，有望在商用车领域首先形成突破，2018年中国商用车产量已达1527辆。中国加氢站布局区域研究中国区域氢能社会的形成应具备政府政策的推动、氢源优势、地方的产业基础、龙头企业带动、经济环境良好、市场需求等要素，因此在进行加氢站的区域选择时应充分考虑这些要求。综合区域氢能社会形成各要素分析，长三角、珠三角及北京-张家口地区未来率先进入区域氢能社会的可能性较大，可率先进行加氢站布局。区位布局是加氢站建设运营的关键对加氢站建设运营而言，在关键地区进行功能区位的选择与运营效果直接相关，且至关重要。根据区域氢能-燃料电池车应用特点，在不同的发展阶段应选择不同的布局地点。早期建议以物流集散地、公交场站为主，中期围绕高速区域、长途汽车站、码头布局，后期可能实现氢能社会城市广泛布局。中国加氢站建设应以撬装式为主，固定式加氢站为辅加氢站建设方式主要分为三种：固定式加氢站、撬装式加氢站、临时加氢装置，加氢站技术路线应结合不同应用场景特点，选择不同加氢站建设模式。高压气态储氢是目前商业应用的主要方式，液氢加氢站是实现氢基础设施快速推广的可行模式，液氢可成为最具成本效益的氢气储运路线。中国氢能汽车产业发展战略研究总结1、国家政策推动+产业发展，燃料电池汽车有望在2025年迎来发展拐点，并在2030年左右开始进入商业化阶段2、中国燃料电池汽车会从商用车起步，最终会进入到乘用车领域3、中国氢能社会目标首先会从局部地区实现4、中国氢能标准体系建设仍有极大发展空间，企业应积极参与标准体系构建，并重点关注氢气储运、安全及检测标准5、加氢站氢气储存方式：高压气态存储→ 低温液态存储6、加氢站应结合制氢、储氢和运氢的区域特点选择不同的建站模式：初期以撬装式气态加氢站为主；固定式自制氢加氢站为辅7、加氢站建设区位选择应有侧重点，近期→运营企业集中加氢地区（物流中转+公交线路）；中期→运营路线重点布局（高速公路、长途汽车站）；长期→实现氢能社会城市广泛布局（来源：系能源汽车行业资讯、本文转载自《清华大学汽车产业与技术战略研究院》）; 2020-2-29 09:26

氢云报告：氢能与燃料电池发展现状及展望: 摘要：氢是一种洁净的二次能源载体，氢燃料电池具有能量转化率高、噪音低以及零排放等优点。氢气是连接可再生能源与传统化石能源的桥梁，通过氢能与燃料电池，可以实现未来洁净能源利用变革的愿景。世界主要发达国家都非常重视氢能的发展。目前，氢能和燃料电池已在部分领域中初步实现商业化。氢能燃料电池和燃料电池车的研究和商业化发展在日本、美国和欧洲较为迅速，他们不断在氢气生产、氢气储存和氢气利用方面进行创新。在氢能和燃料电池方面，中国紧跟世界发达国家的脚步，然而国内氢能和燃料电池产业链的不完善导致电池成本较高。因此，要加强关键材料研究，实现核心材料和部件的工业化和本土化，建立生产线，尽快完成产业链。中国已经在氢能和燃料电池产业链中部署了整车、系统和电堆，但燃料电池零部件的相关公司仍然很少，尤其是基本关键材料和部件，如质子交换膜、碳纸、催化剂、空气压缩机、氢气循环泵等。虽然国内公司已经开始涉及，但与国际先进产品相比，在可靠性和耐用性方面仍然存在很大差距，大多数关键组件仍然依赖进口。此外，氢气生产和运输的高成本、加氢站等基础设施的不完善，以及技术标准、检测体系的不健全，都限制了燃料电池车的发展。我国燃料电池汽车发展路径要通过商用车带动加氢站建设，降低氢气与燃料电池成本；发展氢燃料电池汽车产业集群，促进全产业链发展。在保障措施与政策需求方面，需要加强顶层设计，全面规划氢能燃料电池发展途径；加强研发投入，确保核心技术自主可控；统筹产业布局，引导产业链协调发展；加强标准制定，支撑技术进步与产业发展。文章分析了国内外氢能产业链结构以及氢燃料电池的发展现状，从产业化和技术两方面分析了国内氢能与燃料电池的发展现状及问题，并结合技术与产业特点提出了发展氢能与燃料电池的对策建议，对我国氢能与燃料电池的发展作出了展望。一、氢能与燃料电池的战略意义由于能源需求的日益增长，化石燃料的消耗与 CO2 排放总量快速上升，“清洁、低碳、安全、高效”的能源变革已是大势所趋。可再生能源（如太阳能、风能、水电等）作为替代能源大规模使用却受限于其固有的间歇性、波动性与随机性；而氢是一种洁净的二次能源载体，能方便地转换成电和热，转化效率较高，有多种来源途径。采用可再生能源实现大规模制氢，通过氢气的桥接作用，既可为燃料电池提供氢源，也可绿色转化为液体燃料，从而有可能实现由化石能源顺利过渡到可再生能源的可持续循环，催生可持续发展的氢能经济。氢能作为连接可再生能源与传统化石能源的桥梁，可以为实现“氢经济”与现在或“后化石能源时代”能源系统起到桥接作用。因此，氢能作为洁净能源利用是未来能源变革的重要组成部分。氢燃料电池具有燃料能量转化率高、噪音低以及零排放等优点，可广泛应用于汽车、飞机、列车等交通工具以及固定电站等方面。从燃料电池在载人航天、水下潜艇、分布式电站获得应用以来，燃料电池一直受到各国政府和企业的关注，其研发、示范和商业化应用的资金投入不断增加。在未来煤电占比相对较低的情况下，由于风能、太阳能等可再生能源技术规模的增大，整个上游的电源结构会越来越清洁。在这种结构下，新能源汽车特别是纯电动汽车、基于电解水制氢的燃料电池汽车，排放强度会明显下降。而燃料电池汽车不同于纯电动汽车的是，它实现了上游发电和终端用电在时间上的“分离”，进而使得氢能相比于波动性较大的风能和太阳能（纯电动车技术路线）的互补能力更强。因此，发展氢能和氢燃料电池具有巨大的能源战略意义。二、国外氢能与燃料电池发展现状及分析全球范围来看，世界主要发达国家从资源、环保等角度出发，都十分看重氢能的发展，目前氢能和燃料电池已在一些细分领域初步实现了商业化。2017 年全球燃料电池的装机量达到 670 兆瓦，移动类装机量 455.7 兆瓦，固定式装机量 213.5 兆瓦。截至 2017 年 12 月，全球燃料电池乘用车销售累计接近 6000 辆。丰田 Mirai 共计销售 5300 辆，其中美国 2900 辆，日本 2100 辆，欧洲 200 辆，占全球燃料电池乘用车总销量的九成以上。截至 2017 年年底，全球共有 328 座加氢站，欧洲拥有 139 座正在运行的加氢站，亚洲拥有 118 座，北美拥有 68 座。目前氢燃料电池及氢燃料电池汽车的研发与商业化应用在日本、美国、欧洲迅速发展，在制氢、储氢、加氢等环节持续创新。2.1 美国氢能与燃料电池发展现状美国氢能的生产和储运有 Air Products、Praxair 等世界先进的气体公司，并且有技术领先的质子膜纯水电解制氢公司，同时还掌握着液氢储气罐、储氢罐等核心技术。液氢方面，美国在液氢生产规模、液氢产量、价格方面都具有绝对优势。美国燃料电池乘用车和叉车保有量领先全球：丰田 Mirai 在美国销售了超过 2900 辆燃料电池汽车。美国拥有世界最大的燃料电池叉车企业 Plug Power，目前已有超过 2 万辆燃料电池叉车，进行了超过 600 万次加氢操作。加氢站建设方面，目前北美分布的 68 座加氢站仅 1 座位于加拿大，其余全部分布在美国，其加州地区集中度最高。美国燃料电池汽车液氢使用量非常高，全年液氢市场需求量的 14% 都被用于燃料电池车。2.2 日本氢能与燃料电池发展现状日本由于资源短缺，政府对氢能和燃料电池的推广力度在世界范围内都是最大的。目前，日本在家庭用燃料电池热电联供固定电站和燃料电池汽车商业化运作方面都是最成功的。早在 2014 年 4 月制定的“第四次能源基本计划”，日本政府就明确提出了加速建设和发展“氢能社会”的战略方向。所谓“氢能社会”是指将氢能广泛应用于社会日常生活和经济产业活动之中，与电力、热力共同构成二次能源的三大支柱。据此，2014 年 6 月，日本经济产业省制定了“氢能与燃料电池战略路线图”，提出了实现“氢能社会”目标分三步走的发展路线图：到 2025 年要加速推广和普及氢能利用的市场；到 2030 年要建立大规模氢能供给体系并实现氢燃料发电；到 2040 年要完成零碳氢燃料供给体系建设。截至 2018 年 1 月，日本燃料电池乘用车保有量约 2000 台，燃料电池大巴预计 2020 年增加到 100 台。从目前的燃料电池汽车价格、保有量和加注站数量来看，日本尚处于燃料电池汽车社会的摇篮期，预计 2050 年将是日本燃油汽车全面向燃料电池汽车过渡之年。2.3 欧洲 ...; 2020-2-27 15:10

氢云报告：氢能将成航运业低碳转型重要突破口: 随着减排措施逐步加码，绿色能源动力已成为未来的主要发展方向。这时，具备独特优异特性的氢能被推到聚光灯下。2019年12月，在第 20届中国国际海事展期间举办的中国船级社（CCS）绿色技术论坛上，由中国船舶集团自主设计研发的我国首艘氢燃料试点船舶设计方案正式对外发布，并获得中国船级社的原理认可（AiP）证书。本次我国首艘氢燃料试点船舶设计方案的发布，无疑将氢燃料的研究与应用向前推进了一大步，具有里程碑意义。氢能上船对于新型燃料，保障其安全应用最为关键。氢气具有燃点低、爆炸区间范围宽和扩散系数大等特点，长期以来被作为危化品管理。因此，明确氢的危险性，对氢安全事故后果及预防展开基础研究，从而为相关标准和法规的制定提供可靠依据，是氢能技术可持续发展和应用的重要保障。一直以来，氢安全备受政府重视。除标准体系技术规范的建设外，国内外氢能应用的实践也为氢的安全保障工作积累了丰富的经验。本次在第 20届中国国际海事展期间推出的我国首艘氢燃料试点船舶设计方案的船型为 500kW级内河氢燃料电池动力货船。该船是中国船舶集团广州船舶及海洋工程设计研究院（605院）自主设计研发的我国首艘以氢燃料电池为主动力源的内河船舶设计方案。该船为 2100吨级定点航线内河自卸货船，采用4x135kW质子交换膜氢燃料电池作为船舶主动力源，辅以 4x250kWh锂电池组进行调峰补偿，同时船舶载有 35MPa高压氢气瓶组储存氢气燃料，续航力约为 140公里，详见下图。中国船舶集团605院500kW级内河氢燃料电池动力货船目前该船的船舶总体技术设计和氢燃料动力系统原理设计工作已基本完成，并于 2019年 12月取得了中国船级社颁发的AIP证书。示范船的AiP认可主要参照 CCS《船舶应用替代燃料指南》第 2部分燃料电池系统，示范船的技术方案基本满足指南相关技术要求，安全风险可控。中国船舶集团 605院正联合中船动力院、广船国际等单位开展该船的研制工作，计划于 2021年底完成示范船的建造并在珠江水域示范运营。随着氢能优势的逐渐凸显，全球主要国家也纷纷开始对氢能与燃料电池的发展投以较高关注，美国、日本、德国等发达国家已经将氢能上升到国家能源战略高度，不断加大对氢能及燃料电池的研发和产业化扶持力度。近年来，为了使氢能上船，业界做了大量研究，且已获得显著成效。应用形式上，目前主要以燃料电池为主。早期，燃料电池系统在船舶上使用主要是游艇，并且许多游艇仅用于相对小的区域，如河流和湖泊，连续使用时间和功率的要求都不大。2003年以来，燃料电池在游船上主要作为辅助电源和主推进使用，功率范围在2 ～ 24kW，最早的燃料电池游船是“SailingYachtNo1”号，于 2013年 10月投入使用。在一般的商业应用方面，2008年 4月投入使用的 125吨观鲸船“SMART-H2ELDINGI”号。该船可容纳 150名乘客，辅助供电系统（APU）由压缩氢气供气的 10kW燃料电池系统构成，并可以在观鲸期间切换至由内燃机供电。全球首个在商业客轮上使用燃料电池的项目ZEMSHIP项目起始中国船舶集团605院500kW级内河氢燃料电池动力货船于 2007年，由欧盟 EU-Life项目资金资助，其目的是为了在环境敏感区域使用零排放的船舶并进行实际的测试，以推广此技术在航运界更广泛的应用。该船整合了两个峰值功率 48kW的燃料电池和 560V的铅蓄电池，船长为 25.5米，船宽 5.25米，可以运送 100名乘客。该船于2008年 8月投入使用。“FuelCellBoatAmsterdam”项目是为了实现欧洲内陆客船上燃料电池及氢能源的应用，以及相关的加注燃料设施的构建。该船长为 22米，船宽 4.25米，配备 60 ～ 70kW燃料电池系统，乘客数量为 100名。“FuelCellBoatAmsterdam”在荷兰Bodewes船厂建造，于 2009年初航行于 Amsterdam的运河上，用于运河旅游事业。“ZEMSHIPSProject-FCSALSTERWASSER”号“VikingLady”项目由挪威研究理事会、挪威创新署和德国联邦经济技术部赞助，是一艘 92.2m长的平台供应船，采用混合动力推进，配有 68x6.5kWh的燃料电池系统和电池组，该船在动力定位工况以及在港口时采用燃料电池及电池组供电，以降低排放和能耗，根据相关资料该船降低了 15%左右的能耗。“VikingLady”号，MTU公司燃料电池组和电气单线图氢能到底有多能？为了实现航运业减排目标，人们将目光对准了清洁能源，逐步加大了包括天然气、锂电池、燃料电池、太阳能、风能以及核能等新能源的研究和应用。在这众多的清洁能源中，最热的当属连国际海事组织（IMO）都为其背书的液化天然气（LNG）。然而，随着环保进程的推进，人们也逐渐意识到，LNG并不是真正的清洁能源。首先，LNG大部分由甲烷构成，其余部分非常复杂，无法确认其完整的清洁属性。其次，甲烷并不属于清洁气体，有数据显示，每立方米的甲烷所造成的温室效应约为二氧化碳的 20 ～ 25倍。由此，尽管LNG相对于煤炭和石油来说清洁许多，但其并不能满足最终的零碳目标。同时，上述能源均属于不可再生能源，存量有限，终有用完之日。因此，寻找新的、可再生的替代能源迫在眉睫。这时，出于对安全、环保、高效、可靠、经济等各方面因素的考虑，同样身处清洁能源梯队的氢能脱颖而出，成为航运业未来应用的焦点。氢 (H)，在元素周期表中排名第一位，是地球的重要组成元素，是大自然中最常见的物质，也是宇宙中含量最高的物质。据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书 2019》介绍，氢能属于清洁低碳能源。不论氢燃烧还是通过燃料电池的电化学反应，产物只有水，没有传统能源利用所产生的污染物及碳排放。此外，生成的水还可继续制氢，反复循环使用，真正实现低碳甚至零碳排放，有效缓解温室效应和环境污染。氢能的来源多样，储量丰富。作为二次能源，氢不仅可以通过煤炭、石油、天然气等化石能源重整、生物质热裂解或微生物发酵等途径制取，还可以来自焦化、氯碱、钢铁、冶金等工业副产气，也可以利用电解水制取，特别是与可再生能源发电结合，不仅实现全生命周期绿色清洁，更拓展了可再生能源的利用方式。氢能灵活高效。氢热值高 (140.4MJ/kg)，是同质量焦炭、汽油等化石燃料热值的 3 ～ 4倍，通过燃料电池可实现综合转化效率90%以上。氢能可以成为连接不同能源形式 (气、电、热等 )的桥梁，并与电力系统互补协同，是跨能源网络协同优化的理想互联媒介。氢能应用场景 ...; 2020-2-26 14:40

干货分享丨国内外燃料电池行业标准发展情况对比: 前言环境和能源已经成为全球共同关心的问题，燃料电池汽车作为能源结构调整的重要举措，是未来能源技术的重要发展方向。各个国家纷纷公布传统内燃机汽车的禁售时间，燃料电池汽车成为世界各大汽车厂商及研发机构的研究热点，都京等认为燃料电池汽车以其高效率和零排放的特点被认为具有广阔的发展前景。标准法规用于规范燃料电池行业，郭丽平认为必须引起社会各界的重视，为燃料电池的推广应用奠定基础。1、国外燃料电池标准进展自从丰田发布第一款氢燃料电池车MIRAI以来，使得氢燃料电池车再次得到广大OEM的重视，分别又有本田Clarity以及现代NEXO等氢燃料电池车型，掀起了新一轮的发展，各国也纷纷出台相关政策、法规鼓励燃料电池的发展。国际上现已形成比较完备的标准体系来规范和引领行业的发展。国际上目前已形成ISO、IEC两大燃料电池标准化组织。其中，ISO主要关注电动车辆，包括性能指标、试验方法；IEC则主要集中电相关零部件。两个组织协调合作，共同为燃料电池标准体系完善而努力，国际燃料电池标准化组织见表1。表1国际燃料电池标准化组织为了规范燃料电池行业发展，各国纷纷成立自己的标准化组织，完善标准体系，各国标准化组织见表2。表2各国标准化组织国际燃料电池标准体系目前已经覆盖系统性能、安全、可靠性3大层面。在燃料电池系统性能方面，国际上已有SAEJ2615-2100《汽车用燃料电池系统性能测试》，其中对燃料电池系统的启动特性、额定功率、峰值功率、动态响应特性和稳态特性试验做出了明确规定。在燃料电池安全性方面，国际上已有GTR13《氢和燃料电池车辆全球技术法规》，其中对安全性进行了全面的约束，确保燃料电池汽车安全性等级与传统汽车相当。在可靠性方面，国际上有IEC62282-2:2012《燃料电池技术第2部分燃料电池模块》，其中对不同环境条件与不同运行条件对燃料电池安全性的影响进行考核，适用于碱性燃料电池、聚合物电解质燃料电池和固体氧化物燃料电池等。2、国内燃料电池标准进展燃料电池涉及的产业链比较长，相关的标准化技术委员会也比较多，但是鉴于燃料电池技术此前一直处于研发阶段，真正制定燃料电池相关标准的技术委员会并不多，主要是与燃料电池直接相关的标准化技术委员会，包括全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会（SAC/TC342）、全国氢能标准化技术委员会（SAC/TC309）、全国汽车标准化技术委员会电动车辆分技术委员会（SAC/TC114/SC27）、全国气瓶标准化技术委员会车用高压燃料气瓶分技术委员会（SAC/TC31/SC8）。在全国标准化技术委员会的统一领导下，各个标委会协同合作，共同推进产业发展，中国燃料电池标准委员会见表3。表3燃料电池标准委员会经过社会各界的共同努力，我国燃料电池标准体系已经具备初步框架，根据中国汽车工程学会统计，截止2018年5月，中国国际标准化管理委员会发布国家标准、行业标准共计76项，其中涉及氢能基础设施、燃料电池整车、发电系统、发动机、电堆5个层面。在燃料电池领域相关国家标准逐步完善。在2017年，新发布燃料电池相关标准18项，包括GB/T35178—2017《燃料电池电动汽车氢气消耗量测量方法》、GB/T35544—2017《车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶》、GB/T33978—2017《道路车辆用质子交换膜燃料电池模块》；2018年新发布燃料电池相关标准1项，GB/T36288—2018《燃料电池电动汽车燃料电池电堆安全要求》等。另外，已有的一些标准如GB/T24549—2009《燃料电池电动汽车安全要求》、GB/T24554—2009《燃料电池发动机性能试验方法》等，共7项正在修订完善，完善整车体系安全规定、新增动力性、经济性、环境适应性测试共4项，使得现有标准更加完善。另一方面，《燃料电池电动汽车能量消耗量及续驶里程试验方法》、《燃料电池整车低温冷启动》、《燃料电池碰撞试验方法》、《燃料电池整车动力性试验方法》共4项标准也在紧锣密鼓的立项讨论、制定当中。3、国内外燃料电池标准对比同济大学基于与德国IPEK合作项目，对中国和德国燃料电池相关标准进行简要对比分析，对比分析结果见表4。表4中德燃料电池相关标准数量对比从表中对比分析可以看出，中国近年来燃料电池相关标准在数量上有一定优势，但在整车层面评价标准仍然较少。因此中国标准需统筹考虑、完善标准体系，使标准体系朝着更加系统化、规范化方向发展。中汽研王芳等针对整车、系统、气瓶、加氢口4个层面的国内外标准进行了对比分析，分析结果见表5。表5国内外标准对比分析从表中对比分析可以看出，国内标准虽然已经逐步覆盖整车氢安全、燃料消耗量、系统性能、气瓶以及加氢口性能等层面，但与国际相比，整车碰撞相关标准仍然欠缺。且部分标准仍未通过认证，未来标准体系的完善还需全行业的共同努力。4、结论及启示我国燃料电池标准体系已经具备初步框架，可以为我国氢燃料电池行业的发展提供一定的支持与保障，但在零部件领域的安全要求以及测试评价方法仍然欠缺，未来需要在实践中不断补充标准内容，完善标准体系，借鉴国外先进经验，为我国燃料电池行业的稳步发展创造良好的条件。（转自一汽新能源开发院，马秋玉） ...; 2020-2-25 18:01

燃料电池领域全球专利监控报告丨武汉探歌、潍柴动力分局第一: 各位读者大家好，每月一期的燃料电池领域全球专利监控报告又和大家见面啦。本期监控报告的内容主要包括三个部分，分别为：1、2020年1月燃料电池领域公开专利整体情况介绍；2、国内申请人专利公开情况介绍；3、部分申请人介绍及其公开专利解读，主要涉及燃料电池膜电极组件相关的专利解读。一、整体情况介绍1.1 专利公开地域情况2020年1月，燃料电池领域在全球范围内公开/授权的专利共921件，较上月相比，数量有一定下降。本月，中国地区的发明专利申请公开和实用新型专利授权公告数量总体与上月持平，发明授权公告较上月有所增加。部分公开国家/地区/组织以及数量情况如图1-1所示。图1-2 燃料电池专利1月公开/授权的技术分布1.3 申请人专利申请情况将专利申请人经过标准化处理后，对标准化申请人的专利申请数量进行统计，如图1-3所示。其中，丰田公司公开的专利为50件，发明授权公开27件，发明申请公开23件；本田公司专利公开数量为31件；LG公司公开专利24件，其公开专利技术分支主要集中在膜电极组件（催化剂）和双极板方面；潍柴动力公开相关专利18件；清华大学公开相关专利16件。图2-1 整车厂1月专利公开情况2.2 燃料电池企业1月专利公开情况国内燃料电池企业在1月的专利公开情况如图2-2所示。其中，潍柴动力公开了18件专利，主要涉及燃料电池系统控制、氢气泄漏检测、燃料气体供给控制等；西安新恒科测控公开8件专利，主要涉及“HT-PEM甲醇水燃料电池”相关技术；众宇动力和雄韬氢雄分别公开了8件和7件专利；烟台菱辰有4件关于“空压机”技术的实用新型专利授权公告。其他在1月公开了相关专利的企业还包括武汉中极氢能、亿华通、锋源氢能、深圳信宇人、上海华敬氢能等。图2-3 相关科研院所（校）1月专利公开情况（转自：燃料电池专利情报）; 2020-2-25 16:20

氢燃料电池汽车与锂电动车，谁将主宰未来新能源汽车未来？: 作者 | tom 高级新能源分析师我国油气资源匮乏，大幅度以来国外进口。为了保证国家能源安全，采取多元化能源发展路线。早期尝试了甲醇等生物质燃料，后又发展天然气、液化石油气燃料。随后又探索了超级电容、锂电池、燃料电池等技术，锂电池已经成功应用到交通领域，成为近年来新能源发展主力军。锂电池能量密度，续航里程偏低，加之安全性存疑，一直备受业内外争议。而氢燃料电池技术突破，超高能量密度，成为业内外关注焦点。本文将从全新一代锂离子电池技术——固态电池，与氢燃料电池技术发展，分析二者优劣势，预判未来应用前景，供读者参考。首先从全新一代锂电池技术——固态电池开始，分析目前固态电池技术产业化进程，及其技术优劣势。1、固态电池产业化只差临门一脚，但续航改善有限近一年多，台湾辉能开始与各大主机厂进行合作，测试电池包，这在氧化物固态电池领域具有标志意义。在10月22日东京车展上，丰田汽车CTO寺师茂树也表示，2020年东京奥运会示范运营固态电池汽车，2025年左右可以大规模生产固态电池汽车。以这些信息来看，辉能似乎在半固态电池产品和丰田硫化物全固态电池离量产越来越近。2、辉能半固态锂电池初步具备小批量生产能力近日，辉能CEO在某论坛上透漏了最新电池技术进展。通过论坛信息，我们可以看到目前辉能所谓固态电池并非全固态电池，而是采用添加少量有机电解液的半固态电池。添加少量有机电解液，可以大幅改善界面接触问题，使得电池性能几乎达到液态电池水平，同时在安全性、高低温性能、散热等方面还具有明显优势。这种半固态电池解决了目前液态锂电池安全问题，但没有解决能量密度问题。由于负极不能采用金属锂，其能量密度将不会有领先优势。表1 主要锂电池技术路线特征来源：氢云链半固态锂电池具有与液态锂电池非常相近结构，其生产可采用低温压合、卷式生产工艺，保证半固态电池生产成本与液态锂电池具有一定可比性。目前陶瓷电解质生产规模较小，成本仍然较高，使得半固态电池原材料成本偏高。另一方面目前半固态电磁生产良率仍然低于液态电池。大规模生产之后，半固态电池成本会大幅下降，但与液态电池相比，可能仍然会处于劣势。总体来看，半固态电池核心优势是安全性，中短期（3-5年）内，成本仍然处于较大劣势地位。图1 汇能固态电池辉能也意识到半固态电池不能完全解决现在里程焦虑，全固态金属锂电池也在积极开发当中。全固态电池由于不添加有机电解液，其界面接触问题需要通过其他手段来解决，目前仍然没有较好的解决方案。为了提高固态电池能量密度，金属锂负极非常合适的解决途径，但金属锂负极技术及相关界面问题是非常大挑战。虽然辉能朝固态电池迈进了“半步”，但实现真正全固态电池还有更艰难的“半步”要走。图2 固态电池产业发展趋势来源：氢云链3、丰田全固态电池可实现小批量生产能力早在2014年，丰田就透漏2025年左右要实现固态电池汽车量产。近日，丰田执行副总裁兼首席技术官寺岛茂树(Shigeki Terashi)在东京车展前夕透露，丰田将在2020年东京奥运会期间推出一款搭载固态电池技术的新能源车，该款车预计作为东京奥运会和残奥会上运动员及后期保障人员的出行巴士。图3 丰田固态电池样车根据公开技术资料显示，丰田采用了硫化物固态电解质技术路线，正极采用现有三元材料，负极采用石墨。关键生产工艺采用卷到卷方式进行，总体上与辉能生产工艺有一定相同之处。在电极浆料、压合技术上采用了新的配方和方法。丰田固态硫化物电池在工艺上与辉能最大不同，是不需额外注入少量电解液。丰田固态电池可能是真正意义上的固态电池，这使丰田未来实现金属锂负极、高电压正极材料应用，似乎水到渠成。从丰田所采用材料体系推算，其电池能量密度与辉能半固态电池相当，在能量密度方面不具备优势。由于无法获取生产良品率，无法判断其成本与辉能差异，且目前谈成本仍然为时尚早。在未来技术成熟的预期下，丰田和辉能所生产固态电池，成本可能较为接近。总体来看，目前丰田全固态硫化物电池体系，与辉能半固态电池体系优势基本相当，能量密度问题仍然无法完全解决。图4 丰田体积能量密度提升路径4、从理论上看，全固态电池是可以解决液态电池安全、能量密度问题的。辉能和丰田方案领先一步，提高了安全性，且实现低成本具有可行性（仍然需大规模生产验证）。未来通过高电压、金属锂，可进一步解决能量密度问题。丰田固态电池从目前的材料体系延伸到未来的高电压正极、金属锂负极材料，在工艺及材料体系方面更具有兼容性，因此其实现高能量密度固态电池量产可能会具有一定先发优势。根据锂电池新材料、新工艺研发周期推算，在各种技术难题顺利解决情况下，2025年之后高能量密度固态锂电池或可实现原型开发及小批量生产。固态电池未来能否取代液态电池，首要决定因素是成本差异，其次才是安全性。笔者认为固态电池有希望把成本做到具有与液态电池相当水平，但“好事多磨”，存在很多不确定因素。图5 不同种类锂离子电池能量密度另一方面从氢燃料电池产业化及技术分析，氢燃料电池技术优势及发展困境。自2014年底丰田推出第一代氢燃料电池以来，全球氢燃料电池汽车保有量已经突破万台，预计2020年底保有量突破两万台，市场将由导入期慢慢转入成长期。超长续航能力及环保性成为了氢燃料电池汽车最闪亮标签。全球各地政府也在加大对政策扶持力度，相关企业加大投入纷纷建设加氢站等基础设施，希望推动氢燃料电池汽车产业发展。新技术、新产业发展早期总会碰到各种各样问题，2019年可以称为氢燃料电池汽车发展早期的质疑阶段（早期动力电池也遭到严重质疑，起火爆炸、成本高......）。2019年以来多起氢气爆炸事件，导致业内外对氢气安全性充满质疑，同时加氢站建设投入高，氢气使用成本高，对氢燃料电池未来经济性也充满了担忧。笔者认为氢燃料电池安全性是技术问题，技术特征和使用成本才是市场定位的基准。下面笔者将从使用成本、产品特性分析，明确锂电和氢燃料电池在未来交通领域定位，供各位参考。5、成本为王，短途、轻载场景锂电更优优势采用煤制氢是目前成本最低氢气制造方案，有机构测算氢气生产成本约10元/Kg，即丰田mirai消耗能源成本为10元/百公里，目前煤电发电成本低于0.3元/度，按照特斯拉汽车20度/百公里，消 ...; 2020-2-25 12:21

干货分享丨四个关键问题读懂氢燃料电池技术: 近年来，当红的燃料电池技术频登新闻头条。利用氢气等清洁燃料，为从汽车到数据中心等众多应用提供电能，既高效又实现零排放。那么，燃料电池是什么?它又是如何工作呢?什么是燃料电池?燃料电池是一种能量转化装置，它将氢气、天然气或其它碳氢化合物燃料中的电化学能转化为电能。不同于传统蓄电池以储能的方式提供电能，燃料电池依靠外部燃料和氧气稳定供应，持续产生电能。其中，利用氢气作为燃料的燃料电池被称做——质子交换膜燃料电池(PEM或PEMFC)，也就是大家所熟知的氢能燃料电池。从驱动汽车行驶到为数据中心提供备用能源，氢燃料电池应用非常广泛。以氢燃料电动汽车为例，作为汽车动力总成的一部分，氢燃料电池产生的电能为电池提供能量补充，为用户提供多种能源选择，用户可根据燃料价格及应用场景灵活定制(利用氢气、电池或优化组合)。氢燃料电池是如何工作的?氢燃料电池的基本结构是两个电极(阴极和阳极)组成，两电极由质子交换膜电解质隔开。每个燃料电池只有几毫米厚度，数百个燃料电池堆积在一起，便形成一个燃料电池电堆。氢燃料电池电动汽车搭载的储氢罐中的氢气被输送到燃料电池的正极，在催化剂作用下分解成氢离子和电子。氢离子通过质子交换膜到达负极，与空气中的氧气反应生成水，相对应的电子通过外电路流向负极，产生电能并释放热量。在氢燃料电池电动汽车的动力总成中，氢燃料电池产生的电能, 通过电动机转换成机械动力，带动汽车机械传动结构工作，从而驱动汽车行驶，并可根据需要为高压电池组充电。氢燃料电池的反应副产物主要是水，在使用过程中真正实现“零排放”。氢燃料电池技术有哪些独特优势?与纯电动电池相比，燃料电池动力总成具有能量密度高、燃料补给速度快等独特优势。氢云链认为，从技术路线和发展趋势来看，纯电动更适用于日常短途使用场景，而氢燃料电池技术更适合中长途运输应用。随着运输距离增加，所需电池尺寸会相应增加，从而增加卡车自重，严重制约卡车的负载能力和速度。而相比于传统电池，燃料电池能量密度高，可显著减少电池体积和重量，在降低卡车自重的同时保证长续航里程。另一方面，当车辆能源补给时，与电池充电时间相比，氢燃料补给更迅速。此外，得益于模块化设计，燃料电池具有更大灵活性，可根据特定应用需求，定制燃料电池系统和储氢罐，满足用户不同需求。氢燃料电池应用目前面临哪些挑战?燃料电池技术应用前景广阔，但该技术尚处于发展阶段，其大规模应用仍受一些因素制约，排放法规、资金支持、技术发展、基础设施和总拥有成本(TCO)等将成为推动燃料电池汽车发展的关键。加氢站等基础设施的稀缺、前期车辆购置成本高，及氢气燃料价格高昂，是该技术面临的主要问题。此外，与传统化石燃料解决方案相比，氢燃料电池还面临着包括重量增加、功率密度降低，以及加氢时间增加等挑战。但众多业内人士正积极合作，不断推进技术发展及应用。; 2020-2-24 16:37

干货分享：家用燃料电池热电联供产品经济性的初步分析: 2019年，中央政府支持氢能产业的发展方向逐渐明确。我国2019年的《政府工作报告》提出推动加氢站等设施建设；4月，国家发改委发布《产业结构调整指导目录2019征求意见稿》提出“鼓励高效制氢、运氢及高密度储氢技术开发应用及设备制造”。国内主要能源企业也开始加速布局氢能产业。除氢燃料电池汽车外，发达国家和地区还在推广燃料电池固定式应用。美国BloomEnergy生产固体氧化物燃料电池（SOFC）发电系统主要用于数据中心和办公楼宇等商业用户，2017年销售量达到62MW。日本通产省制定并推动了ENE-FARM计划，由松下、东芝、爱信精机等生产商负责开发700W～750W家用燃料电池热电联供（CHP）系统。从2009年至今，共销售30万套产品。韩国可再生能源组合标准（RPS）要求，到2023年所有拥有500MW以上发电容量的国有和独立电力生产商需将可再生能源和绿色技术的发电份额增至10％。截至2018年，韩国已经部署了近300MW燃料电池电站，技术路线包括SOFC、PEMFC和熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）。本文分析日本家用燃料电池热电联供产品的基本经济性情况和在国内尤其是在上海商业化使用的前景。1日本“ENE-FARM”项目1.1技术特点“ENE-FARM”译为能源农场，该“农场”的原料是天然气，“产品”是电和热，设备利用天然气重整产生氢气，作为PEMFC的燃料，发电效率可达39%，热利用效率为56%，能源综合利用率达到95%，寿命为90000h以上，不需要特殊维护，在日本属于家用电器。1.2项目概况“ENE-FARM”计划由政府主导推动，燃气公司、制造企业、地产商和金融企业共同执行，是日本氢能社会战略的重要组成部分。自2009年，由松下、东芝、爱信等厂商研发生产，由东京燃气和大阪燃气等燃气公司向用户销售家用燃料电池热电联供产品。如图1所示，十年来各品牌产品累计销售300000套，政府每套补贴由最初的8.9万元逐年下降，直至2019年取消，产品寿命达10年。利用城市燃气重整产生氢气进行热电联供，具备灾备电源功能，在居民家中断电的情况下可供电8天。根据日本松下公司的测算，安装ENE-FARM设备后，家庭平均每年可节约3600元左右电费和燃气费，产品售价在100万日元（约人民币6.4万元）以内时，居民购买该产品具有经济性。东京民用电力价格见表2。每月电费由基础费+电量费+合同费构成。例如，一户家庭安装50A限流器，某月使用200kWh电，则电费计算公式为88.38+200×1.64+14.58=430.96（元）。表2东京民用电力价格表如表4、图2所示，普通居民和ENE-FARM用户的燃气价格均呈现用量越大、单价越低的特点，其中，月燃气用量大于30m3时，ENE-FARM用户每立方燃气价格更低。表4东京居民加入ENE-FARM计划前后每标立方燃气费图2东京居民加入ENE-FARM计划前后燃气价格2.3居民使用ENE-FARM产品的经济性ENE-FARM用户每月需承担设备折旧费和燃气费，产生电和热。假设普通居民需要分别购买电和燃气。据计算，月均燃气使用量超过77m3左右的家庭安装ENE-FARM产品有经济性，燃气用量越大，经济效果越明显，如表5和图3所示。表5东京居民安装ENE-FARM设备的经济性测算图3东京居民安装ENE-FARM产品的经济性具有经济性的原因包括：（1）燃气与电力存在一定价差。即如果把热电联供的燃气费用全部计入发电成本，则度电燃气费和单独购电的费用相当，余热价值相当于收益。在用气量较大时，余热的价值高于设备折旧成本，具备经济性。（2）存在燃气优惠价格。购买ENE-FARM产品后，无论燃气是否由燃料电池使用，该户居民使用的所有燃气均享受ENE-FARM套餐的价格。因此，有冬季采暖需求的家庭，可以另外安装燃气炉，或者购买装备外置燃气炉的ENE-FARM产品，燃气消耗量大时更具经济性。3上海地区使用ENE-FARM产品的经济性3.1上海气价、电价情况上海居民阶梯燃气价格和电力价格如表6、表7所示。表6上海居民用户阶梯气价3.2上海与东京单位热值的气价、电价对比假设上海、东京每户居民一年用气550m3、用电4000kWh，燃气热值36MJ/m3，东京居民安装30A限流器，燃气用量按月平均，上海居民用电峰谷电各占一半。如表8、表9所示，上海居民单位热值燃气和电力的价格比约为0.68，东京为0.43。表8上海民用单位热值电价与气价关系3.3在上海推广家用燃料电池CHP系统的经济性如表10所示，即使计算热利用的价值，将燃气费由发电和热利用分摊，度电成本依然高于电价。表10上海家用燃料电池CHP系统的经济性图4设备价格变化对度电成本的影响4.2燃气价格燃气价格每变化10%，度电成本同向变化2.86%。见图5。5结论及启示我国目前在燃料电池相关技术与国外还存在差距，用于供能领域的产品多处于研发阶段，尚未实现标准化、系列化，产量较小、价格较高。受资源禀赋、体制等因素影响，我国民用气价、电价不仅低于工商业，甚至低于实际成本。随着整个产业的快速发展，技术持续进步，产品成本预计会出现大幅度下降，在某些特定区域或特定场景将率先出现市场需求。（来源：《上海节能》，申能集团，朱信） ...; 2020-2-24 15:13

干货分享丨氢能源燃料电池的原理与应用: 2020-2-24 10:24

氢云分享：新能源汽车发展路线图: 新能源汽车发展路线图：新能源汽车发展路线图：油电混动-》插电式油电混动-》锂电池-》氢燃料电池。混动和插电式混动汽车的区别：插电式混合动力汽车，是新型的混合动力电动汽车。区别于传统汽油动力与电驱动结合的混合动力，插电式混合动力驱动原理、驱动单元与电动车相同，唯一不同的是车上装备有一台发电机。插电式混合动力汽车与普通混合动力汽车的区别：普通混合动力车的电池容量很小，仅在起/停、加/减速的时候供应/回收能量，不能外部充电，不能用纯电模式较长距离行驶；插电式混合动力车的电池相对比较大，可以外部充电，可以用纯电模式行驶，电池电量耗尽后再以混合动力模式（以内燃机为主）行驶，并适时向电池充电。锂电池和氢燃料电池的区别：锂电池造价成本低，商用化则更加成熟，这让它自然成为电动车厂的首选。然而它的能量密度低、易燃、反应产物有毒、充电慢等特征也是潜在的“隐患”，尤其在量产之后，各类问题也被自然放大。氢燃料电池可以直接加氢，补给时间短，续航能力也能够轻松达到500km以上，且排出物仅是水，完全无污染。这一优势轻松力压锂电池，也更符合环保的理念，但氢燃料使用过程中不可或缺的反应催化剂——铂稀有贵金属成本极高，且氢燃料充电站造价为特斯拉超级充电站的五、六倍，其高昂的成本成为氢燃料成为商用之路的拦路虎，事实上，也没有人愿意为环保买下这笔天价单。并且氢燃料具有重大安全隐患，解决不好，每辆车都是一颗炸弹。可以这么说，锂电池动力汽车只是新能源汽车的过渡类型，而氢燃料电池汽车才是终极新能源汽车。那么锂电池动力汽车存续多长时间，取决于自身潜力的挖掘，还要看氢燃料电池技术的进步，本质上就是成本的比拼。目前，新能源汽车正处于插电式混动过渡到纯电动汽车阶段。随着锂电池汽车安全性、续航里程的提高，价格变动越来越便宜，锂电池汽车时代正在开启。; 2020-2-24 10:12

简评特斯拉无钴电池：中国磷酸铁锂电池技术路线是否胜利？: 作者 | tom 高级新能源分析师2月18日，路透社援引知情人士消息称，特斯拉正在和宁德时代展开深入谈判，准备在上海工厂生产的电动车中使用不含钴的电池。虽然官方尚未公布具体采购电池方案，但笔者认为特斯拉采购磷酸铁锂电池具有较大可能性。首先出于成本考虑，磷酸铁锂电池更有优势。2020年之后中国电动车补贴逐步退坡，高能量密度三元电池成本劣势凸显。从2019年主机厂采购动力电池价格看，三元动力电池系统约1-1.05元/Wh，而磷酸铁锂动力电池系统价格为0.9-0.95元/Wh，价格差异明显。在没有补贴的情况下，显然磷酸铁锂动力电池更具有优势。其次磷酸铁锂电池能量密度在近几年有较大幅度提升，完全可以满足乘用车需求。比亚迪近期准备在新车型“汉”中采用的刀片电池，系统能量密度预计为140-150Wh/kg，较三年前的动力电池系统提高了近30%。近日，工业和信息化部发布的最新的《新能源汽车推广应用推荐车型目录》（2019年第11批），其中国产特斯拉Model 3的型号名为TSL7000，同时应用松下和LG化学的电芯，两种电芯版本产品的NEDC续航里程分别为445km和455km，电池系统能量密度分别为145Wh/kg和153Wh/kg。其动力电池密度与比亚迪电池系统能量密度相差无几。国产磷酸铁锂动力电池已经经过了多年验证，在产品质量、稳定性方面表现良好，已经具备与松下竞争可能性。因此在价格和性能都能满足要求的情况下，特斯拉没有理由不选择磷酸铁锂动力电池。笔者认为当前三元电池在能量密度方面仍然有一定优势，价格偏高，因此三元电池可能用于高端车型，或长续航版本车型，而磷酸铁锂可能用于低端车型，短续航版本车型。自从电动汽车受到关注以来，磷酸铁锂和三元电池一直是业内外关注焦点，争议不断。日韩电池企业都不生产磷酸铁锂电池，很多人认为磷酸铁锂是落后淘汰技术。而中国的电池企业没有放弃磷酸铁锂电池技术，并将其开发到极致，现在也极有可能进入国际主流厂商，这是否是中国磷酸铁锂电池技术路线的胜利。; 2020-2-21 14:26

技术分享：太阳能高效制氢催化剂问世: 作为清洁低碳、安全高效的燃料，氢将取代化石燃料成为人类未来的主要能源之一。2019年，“推动充电、加氢等设施建设”首次被写入我国《政府工作报告》，燃料电池“元年”拉开序幕。此外，制氢、储氢和运氢三大成本难题也有望在《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》，以及即将出台的国家级氢燃料电池汽车专项规划中逐步得以解决。从技术特点及发展趋势看，纯电动汽车更适用于城市、短途、乘用车等领域，而氢燃料电池汽车可能更适用于长途、大型、商用车等领域。目前，我国氢燃料电池汽车保有量超过6000辆，根据战略目标，2020年将达到10000辆，2030年有望增长到200万辆。随着氢燃料电池汽车的推动发展，未来氢在船舶、无人机、数据中心等交通及储能、电力领域将有着巨大的应用潜能。而制氢成本的降低、效率的提升及低碳化将成为绿氢产业化应用的关键。传统的制氢方法中，通过化石燃料制取的氢占全球90%以上，需要消耗大量的能源，并排放二氧化碳加剧全球生态环境的恶化。太阳能制氢技术因低碳且成本下降潜力大而深受青睐，尤其是光解技术越过常用的电氢转化技术，使得氢制备进一步脱离了对二次能源的依赖。目前，常用的太阳能制氢技术主要有电解、热解和光解法。为了寻找经济、高效、实用的太阳能制氢方法，各国学者们都在积极探索。据报道，美国HyperSolar正在开发的一种具有成本效益和变革性的光解制氢系统，试图通过光吸收材料、催化剂和系统工程的创新，以解决现有光电化学技术对耐久性的限制，进而提升氢气生产效率并降低系统成本。前不久，澳大利亚几所大学联合发布了一项研究成果称：可以采用铁和镍等低成本催化剂，它们不仅可以加速水中氢氧分离的化学反应进程，还能降低此过程所消耗的能量。迄今为止，人们普遍认为“水分解”过程中的标准催化剂是贵金属钌、铂和铱，而这一发现证明了地球上现存丰富的铁和镍也可以取代此类贵金属材料，无疑降低了制氢的原料成本。近日，美国俄亥俄州立大学研究人员首次开发出了一种可有效吸收阳光的催化剂，并能将太阳能快速有效地转化成为氢能。据称，该催化剂来源于贵金属铑，它可以从整个可见太阳光谱中吸收能量，并能充分利用太阳能并将其存储为化学能以备后用，其对太阳能的利用效率更可比当前提升50%左右。该研究团队指出，新型催化剂可以使用来自太阳的光子并将其转化为氢。光子是包含能量的太阳光基本粒子，该催化剂从太阳光谱中收集的能量，包括从前很难收集到的低能量的红外光。该制备系统能够使分子处于激发态，在该状态下其吸收光子并能够存储两个电子以产生氢，这一过程既快速又高效。据介绍，将两个电子存储在源自两个光子的单个分子中，一起使用以制得氢气，至今仍是首例。此前，大多数将太阳能转化为氢的试验都集中在紫外线等阳光中较高能量波上，且依赖于由两个或多个分子构成的催化剂，这些分子在利用太阳能发电为燃料时交换能量（即电子），但在这一交换过程中会产生能量的损失，进而降低整体利用效率。在此次试验中，该研究团队尝试用一个分子（一种元素铑的形式）制造催化剂，这表示在交换过程中将损失更少的能量，并能够从整个可见光谱中收集能量。研究人员使用LED将光照射到含有活性分子的酸性溶液上，氢气随之便产生了。通过进一步试验验证，该系统在低能量的近红外光下的效率比以前利用紫外线光子的单分子系统高出了25倍左右。诚然，这一发现有助于全球加快向可再生能源的过渡，但因为该催化剂来源于贵金属铑，其价格比较昂贵，目前并不便于大规模推广应用。因此，在该项研究成果切实落地之前，还有许多问题有待解决。据介绍，该研究团队接下来将努力尝试改善该催化剂以增加其使用寿命，同时极力寻找更为便宜的可替代材料，以进一步降低材料及系统成本，推进其产业化应用进程。; 2020-2-20 16:11

固态电池的三大技术路线，都难在哪里？: 说起新能源车的电池，相信很多消费者都对其中的原理，有一定的了解，我们经常看到的电池，通常都是采用了一层金属壳进行包裹，看着非常的坚硬，其实内部都是液态电解质，充放电的过程，就是锂离子在正负极之间进行移动的工作，就好像是一个游泳运动员，从泳池的这边游到另一边。固态电池就是把液态的电解质换成固态电解质，就像是把游泳池的水给抽干了，铺上了一层薄膜，这样整个游泳池的重量就会下降，但是泳池没了水，锂离子怎么运动呢？这就是固态电池亟待解决的问题。目前各大企业的主要的办法有三种，就是氧化物、聚合物和硫化物三种路线。氧化物，主要分为薄膜型和非薄膜型。薄膜型容量很小，只能满足微型电子的使用，不适用于汽车，而非薄膜型的综合性能表现优异，且解决了生产问题，已经可以给手机电池使用，但是要应用在新能源汽车上，还需要一定的时间。聚合物，率先实现了小规模量产，技术成熟，但是在室温下的导电率很低，同时上限也不高。这就有点类似于一个需要长期服用兴奋剂的运动员，出成绩很快，可是只要没了兴奋剂，成绩马上就下降，而且服了兴奋剂，也就是个球星的水平，并不能达到巨星的级别。采用了聚合物材质的固态电池，上限的能量密度也就是300Wh/kg，这一两年还能满足需求，过几年就跟不上时代了。假如你是个球队老板，也不会选择一个“出道即巅峰”的新秀球员。硫化物，技术难度最高，但是潜力很大，受到日韩企业的追捧。还是用球队选秀比喻，一个天赋异禀的球员，身体优势无比明显，但是还处于业余水平，想让他打职业联赛，需要很长的时间和很多的精力进行培养，但是这个运动员对训练的环境要求也很高，氧气太足不行，容易被氧化，遇到水也不行，容易产生有害气体，让人非常头疼。别的不说，但是环境这一块，就需要消耗不少的资金，也只有日韩企业能够有耐心，去认真钻研硫化物的技术。让人比较诧异的是，丰田已经取得了一定的成果，今年奥运会上公共用车上的固态电池，估计就是采用了硫化物电解质，走在了其它竞争对手的前面。; 2020-2-19 17:23

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