氢云链，还给人类一个清洁的“粮食-水-能源”
技术前沿
衣宝廉对推动燃料电池商业化发展的几点建议
作为国内燃料电池行业泰斗级人物，中国科学院大连化学物理研究所研究员/中国工程院院士衣宝廉在一次公开会议上，为燃料电池商业化发展提了几点建议。首先，燃料电池汽车有突出的优点，但存在加氢站建设费用高、运行费用高的问题。衣宝廉建议，要想做到燃料电池商业化，各方要齐心协力解决这些问题。燃料电池跟燃油车对比，把油箱换成氢气，把内燃机换成燃料电池发动机，一是环保，二是续航里程和驾驶员的驾驶体验都跟燃油车一致，容易被接受，整体而言是很好的。有些人认为燃料电池不安全，但相比于锂电池把能量和电池结合在一起，燃料电池配套的氢气罐是在外面，其实更安全。从现实案例来看，锂电池车经常起火自燃，而燃料电池车尚未有案例，有国外发生起火爆炸事件是在氢气制取及储运环节，主要由操作不规范引起。相比于燃料电池，锂电池更需要解决充电时间长及安全性问题。在衣宝廉看来，相比于内燃机、锂电池，燃料电池优点突出，现在燃料电池汽车主要是贵的问题，一是燃料电池发动机贵，导致车也贵；二是加氢站建设费用高，氢气贵，导致运行成本高。这些问题牵涉面广，各方要齐心协力解决这些问题。其次，对于如何降低燃料电池发动机成本，衣宝廉提出，一是关键材料和零部件批量生产，如此发动机成本可以降低20%-30%；二是提高比功率，成本再降低20%-30%。国内企业基本具备质子交换膜、催化剂、双极板、电堆技术，同时空压机、氢气泵产品也基本可以用，希望企业家特别是国企尽快建立批量生产线来进行批量生产。当然各个环节的技术也还有待提高，要开发高活性催化剂，降低欧姆极化，改进流场。催化剂方面，大化所正在研发铜铂催化剂，这个催化剂是碳铂活性的3倍，正在进行工业性的放大和设备方面的选取。为什么选铜？铜不会随水流到外边，也不会对膜等产生影响，因为铜出来溶解就沉淀了，钴的运用会流失，大量生产燃料电池车，用钴需谨慎。质子交换膜方面，发展薄膜，降低欧姆极化。戈尔做增强膜，国内做的是自由基复合膜，现在国际企业已经做到8个微米，国内现在能做到十一二个微米。双极板方面，改进流场。所谓三维流场是过去做的网状流场，这种流场有点类似于搞化工蒸馏过程当中的挡板，对气流有一个阻挡作用以后，产生了一部分对流传质，这样提高了电池的极限电池密度，把催化层利用的更深，单电池比功率提高后，要提高电堆比功率，像丰田370片极板弄在一起，流场阻力会大，空压机内耗增加，这里面有一个权衡和协调问题。同时，需要提高双极板一致性，提高平整度，提高MEA一致性，最后解决公用孔道的问题。现在国内正在发展的是金属板，这个金属板能否过关，要看金属板表面涂层后的寿命能不能达到5千、1万甚至2万小时，要跑车进行试验。国内没有一家企业或研究机构宣布运行达到5千或者1万小时的，现在都在跑，大化所研发的金属堆验证跑了3千多小时，还有2千小时，金属板要实现大量的应用，将是燃料电池技术的重大进展。电堆方面，现在大部分高性能的电堆都是1个大气压左右，低的是0.5，现在向两个大气压发展。要改进电堆组装工艺，电堆是按压力机的方式组装的。几百片双极板堆叠，应该知道最后这个电堆多高，误差不超过几毫米。这个是可以计算的，前期要做大量的基础工作。这套工艺已经定型，可以按这个来控制电堆的组装。“光有理论不行，要有工匠精神。” 衣宝廉说，一是脑袋行，二是手巧，两方面配合起来才能装出高性能的电堆。总之，要尽快完善燃料电池核心材料生产线，研发生产空压机、氢气循环泵等关键部件。要提高电堆的体积和重量比功率，为开发乘用车奠定基础。我们搞燃料电池，开始是300到500毫安，十一五末达到了800毫安到1安培。现在国内是1-1.5安培，我们想做到1安培到2.5安培，燃料电池的成本还可以降低15%-20%，如果跟批量生产联合起来，燃料电池发动车的成本可以接近锂电池，比燃油车贵一点。另外，国内要倡导搞基础理论，研究超低铂和非铂催化剂理论与应用研究，进一步将电池铂的用量降低到每千瓦0.1克以下，现在国际上是0.2克铂，国内0.3-0.4克铂，如果做好基础研究工作，可以做到0.1克铂以下，完全可以放心的实现燃料电池车的产业化。
2020-1-7 10:16
科泰克孙东生：国内Ⅲ型70MPa氢气瓶已得到应用，Ⅳ型瓶成研究热点
目前，产品以Ⅳ型瓶为主，重量储氢密度均在5.0wt%以上，已在重卡和乘用车领域得到应用，少数产品采用Ⅲ型瓶。国内方面，主要以搭载Ⅲ型35MPa氢气瓶为主。目前国内已成功开发出Ⅲ型70MPa氢气瓶，部分已在样车或小批量车型得到应用。而Ⅳ型瓶目前在国内禁止使用，但是逐渐成为研究热度。
2020-1-6 13:59
靳殷实：燃料电池汽车安全级标准检测
2019年11月6日，由中国汽车技术研究中心有限公司主办，北京卡达克中心有限公司承办的“2019年新能源汽车智新峰会”在北京隆重召开。“2019年新能源汽车智新峰会”围绕新能源汽车产业焦点问题进行深入探讨与交流，聚焦新能源汽车领域前沿技术，展望行业未来的走向与趋势，以及见证《节能与新能源汽车年鉴》发布十周年。中国航天科技集团中国运载火箭技术研究院第十四研究所研究员靳殷实发表《燃料电池汽车安全级标准检测》主旨演讲。以下为演讲实录：靳殷实：大家好，来自于航天科技集团一院十五所，我们单位2005年开始搞燃料电池，做了很多的事情。为什么起这个题目，燃料安全性在国内的车辆运输上是非常重要的话题，尤其是现在新能源汽车比较多的是电动汽车，电动汽车在最近随着保有量的增加，出现了事故大幅度的上升。据调查，客户对电动汽车最担忧的地方还不是行驶里程短、充电的问题、价格问题、寿命，最重要的还是安全。媒体上一些的报道，电动汽车着火之后，点都汽车电池着火跟一般的物质着火不一样，燃烧是由氧化剂、有燃料，有外界的条件，像温度什么等等都可以燃烧。电池里面既包含了燃料，又包含了氧化剂，等于电动汽车燃烧起来了之后实际上是扑不灭，只是能够让它自己着完，电动汽车火焰起来很严重，有时候电动汽车着火起来也是很厉害的。燃料电池的汽车和电动汽车不是一回事，像燃料在储氢瓶里面，在内部是着不起来的，只有泄露出来才可以着起来。燃料电池汽车的风险我们还要考虑这些问题：第一，有什么样的危险。第二，危险的程度到底多大。第三，危险是否可控。第四，具体到我们工作中，我们如何控制它，让这个燃料电池很安全，燃料电池汽车使用起来很安全。氢气的特性。氢气排列在元素周期表里面第一位，分子最小，所以氢气太活了，有这样一些物理特性，容易泄露，容易扩散，很轻。化学特点就是容易燃烧，热质很高，热质是汽油的三倍，容易爆炸。还有一个很不好的是氢气无色无味，泄露出来大家是感知不到，对人体也没有害处，万一泄露出来没有办法感知，也不能像天然气里面加一些东西，泄露出来有味道，还不行，加一些杂质后面燃料电池又受不了，所以氢气就有这样一些问题。氢气的事故。这是氢气最大的一次事故，“兴登堡事件”1937年5月坐飞艇，跟航母差不多，可以装好几十人，飞的速度比较慢，是一种奢侈的旅行，相当于现在的邮轮一样，一般人坐不起。这个“兴登堡”大的飞艇在美国是跨大西洋着陆的时候，起火燃烧烧死了30多个人，这是有史以来最大的事故了。从这个事故之后，飞艇都不用氢气了，都改用别的气体，因为氢气不安全。这是美国电力公司使用氢气，氢气泄露出来了，发生了爆燃。我们通俗所说是爆炸，实际上是爆燃，威力很大。清华大学2015年化学实验室的爆炸，很不幸，把一名博士给最后炸死了，没有抢劫过来。这是我在网上搜的图，这是在苏州的个体户私自运输氢气，结果泄露出来了之后发生的爆燃，爆炸的威力是何等大，把车欧炸成这个样子，如果通俗的讲，一颗手榴弹不会把这个车炸成这个样子，可想这个威力多大。这是私自把氢气放在煤气罐的瓶子中，结果这个罐子发生了爆炸。韩国的江原道的事件，搞燃料电池都知道是氢气爆炸，赞成的影响很大，也死了人。这个报道没有讲清楚最后爆炸的过程，但从这个过程很可能就是发生了氢气，容器爆炸出来泄露出来的氢气再次发生了爆燃，附近的建筑物损失很大，这个氢气炸到了很远的地方，掉下去300米远，这么大的容器一部分，可以炸到300米远，可想这个力是很大的。挪威加氢站的出的一些事故。加州氢气在这个装卸的过程中泄露出来的。总结一下氢气的事故是分两类：第一类，储氢气的容器发生爆炸。这有两个原因：1，压力太大安全阀以及卸压装置失效了，就是压力太大了之后超出设计压力，安全阀没有起作用，容器受不了，最后爆炸了。2，压力可能没有那么大，但是这个容器用的时间太长了，或者是受到的损伤，抗压的结构受到破坏，抗压结构强度降低发生爆炸，这两种情况可以造成容器的爆炸事故。这个爆炸结果有两个损伤：1，直接的物理损害，气浪以及碎片可以炸到人或者是物品，造成物品的损坏，人的损伤。2，炸出来的氢气再被点燃了之后发生了爆燃，这是二次损害，这个损害有可能比第一次损害还要严重。有两个原因会造成两个损害。所以容器很重要，一定处于安全状态。第二类，氢气泄露出来了之后和空气进行混合，混合之后达到了燃烧的条件。燃烧的条件就是4%，氢气在空气中占到4-75%，这个范围中氢气是要燃烧的，学术是叫燃烧，不是爆炸。还有一个更小的范围会发生爆燃，这个范围之后如果遇到了明火，或者是静电，这个时候引起氢气的燃烧，因为它是在一个空间中都满足条件，它不是一个点，所以这个时候的反应会从一个点迅速的蔓延到整个空气中，在短时间中整个空间都发生了一个燃烧，这个改爆燃，这个威力是非常大。这几张表可以说明这个问题，上面的那个表是说不同物质的热质，像煤炭热质很高，很黑质热值很小，因为火药在瞬间发生反应，释放的能量在瞬间。下面的这个表来说明，氢气是爆燃和我们普通所说的爆炸还有本质的区别，在学术上在理论上还有本质的区别。反应在这样几个方面：1，爆炸的时间非常短，爆燃的时间比较长。爆燃的时间可能在几十毫秒到几秒的范围中，如果是范围很大，可以看见从一个点，一两秒，两三秒延续过去的一个过程，时间比较长。2，压力不一样。爆炸的压力很大，火药爆炸压力很大，像枪膛以及炮膛的压力，只有在这样的压力下才会发生使弹丸的速度上去，爆炸压力很大，在几万兆帕的压力，但是爆燃的压力没有那么大，理论上最大是两兆帕。冲击速度不一样，爆燃的速度很慢，可以看到它从一个点，当然也是很快了，一秒钟或者几秒钟延续过去。爆炸和爆燃是两回事，但是氢气的爆燃可以演化为爆炸，在口气混合很高压的情况下也会演化为爆炸，威力仍然也是很大。威力到底有多大呢之就看空气中的氢气的浓度，如果浓度大这个威力更大，最大的浓度是28%作业，因为这个时候的氢气把空气中的氧气全部耗完了，氢气再多的话没有央企也是反应不了，所以这个时候的压力最大，这个时候可以使得环境温度在理想的条件下，可以是增加两千一百度，压力可以达到7-8个压力，这是最大的压力，这是计算的，这是通过 ...
2019-11-8 10:55
多家车企重视，固态电池或将成未来新能源汽车关键
近日，一份标有《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》(征求意见稿)(以下简称《规划》)字样的行业规划文件在网上流出，许多人都感觉很过瘾，认为以此可以提前窥探政府层面对新能源汽车产业长远规划的大致方向。网传《规划》对动力电池、燃料电池的产业发展和技术创新提出了具体目标。其中，“加快全固态动力电池技术研发及产业化”被网传《规划》列为“新能源汽车核心技术攻关工程”。如若消息属实，全力研发全固态电池或将被上升到国家战略层面。固态电池因具备高能量密度、高安全性、高稳定性，被业界认为是下一代主流动力电池技术路线。近年来，国际主流车企如丰田、大众、宝马、本田、日产、现代等都在加码固态电池技术的研发投入，希望在下一代动力电池技术竞争中占据主导权。国内车企、科研院所、电池企业也在密切关注和研发固态电池。此次，网传《规划》将固态电池列为核心技术攻关工程若属实，政府或有望协同国内科研院所和企业资源，加快该技术的研发进程。固态锂离子电池与传统锂离子电池对比来源：《全固态锂电池技术的研究现状与展望》/恒大研究院随着新能源汽车保有量的高速增长，新能源汽车安全事故也逐渐增多，其中以新能源汽车着火尤甚。因现有锂电池含有易燃的液态电解质，很难从根本上破解这一难题。固态电池采用具有离子导电能力的固态电解质全部或部分替代电解液，有利于提升电池的安全性能。同时，从提升电池性能来看，固态电池相对于现有液态锂电池也有非常大的潜力。中国科学院欧阳明高院士表示，基于各国动力电池技术路线的比较，短期是液态电解液的锂离子电池，下一步将会向固态电池方向发展。综合考虑电池成本和动力电池的发展方向，欧阳明高建议，我国也应该走类似的路径，即短期是液态电解质，发展高镍三元正极和硅炭负极；中长期，从液态电解质逐步过渡到全固态电池。企业已密切关注固态电池固态电池，有望破解消费者对电动汽车的“安全焦虑、续航焦虑、充电焦虑”，一直吸引着车企的极大关注。此外，欧美车企还希望通过率先掌握固态电池技术，夺回在动力电池环节的主动权。目前，大众、戴姆勒、宝马、雷诺、丰田、日产、本田、现代、福特等国际车企，比亚迪、蔚来、天际、合众、北汽等国内车企纷纷投资布局固态电池领域。电池企业方面，宁德时代、比亚迪、赣锋锂业、北京卫蓝、清陶能源、力神电池、辉能科技、国轩高科、亿纬锂能、珈伟股份等国内企业一直都有固态电池研发。国外一些行业主流企业也在加紧布局，今年1月，丰田与松下宣布，双方将于2020年年底前成立车用方形电池合资公司，负责车用全固态电池、方形锂电池的研发、生产；2018年11月，三星SDI、LG化学和SKI同意联手开发核心电池技术。此外，三家公司将成立一个规模1000亿韩元(约合9000万美元)的基金，共同投资固态电池、锂金属电池和锂硫电池的技术研发。健全动力电池产业发展体系网传《规划》提出，力争经过十五年持续努力，使我国新能源汽车核心技术取得重大突破，纯电动汽车成为主流，燃料电池商用车实现规模化应用。到2030年，新能源汽车形成市场竞争优势，销量占当年汽车总销量的40%。届时，形成以纯电动汽车、插电式混合动力汽车、燃料电池汽车为“三纵”格局，布局整车技术创新链；以动力电池与管理系统、驱动电机与电力电子、网联化与智能化技术为“三横”，构建关键零部件技术供给体系。此外，该《规划》还提出，要推动动力电池全价值链发展。具体而言，优化产业组织结构，提高行业集中度。动力电池生产需要锂、镍、钴等金属资源，为保障电动汽车所需动力电池供应稳定，产业长期健康发展，急需稳定乃至锁定上游资源。《规划》鼓励具备条件的企业提高锂、镍、钴、铂等关键资源保障能力。随着电动汽车规模的壮大，如何有效回收退役电池也成为产业亟待处理的一个难题。网传《规划》要求，要完善动力电池多层次多用途回收利用体系，鼓励共建共用回收渠道。同时，建立健全动力电池运输仓储、维修保养、安全检验、报废退出等环节管理制度，加强全生命周期监管。此外，网传《规划》还提出要建立健全动力电池模块化标准体系，加快突破关键制造装备，提高工艺水平和生产效率。破解氢燃料电池产业发展障碍氢燃料电池技术作为新能源汽车产业发展的重要路线之一，日益受到重视。但是，当前氢燃料电池汽车产业仍面临核心技术未突破、关键零部件国产化缺失、基础设施欠缺，成本过高等难点。网传《规划》提出，要有序推进氢燃料供给保障体系建设。具体而言，提高氢燃料制储运经济性：因地制宜开展工业副产氢及可再生能源制氢技术应用，加快推进先进适用储氢材料产业化。开展高压气态、低温液态及固态等多种形式储运技术示范应用，探索建设氢气运输管道，逐步降低氢燃料储运成本。基础设施方面，引导企业根据氢燃料供给、消费需求合理布局加氢基础设施。网传《规划》还表示，支持企业利用现有场地和设施，开展油、气、氢、电综合供给服务。法规体系不完善也是阻碍氢燃料电池产业发展的障碍之一。网传《规划》指出，将完善政策法规环境，建立促进氢燃料制储运协调发展的政策机制。完善加氢基础设施立项、审批、建设、验收、投运等环节的管理规范，加强加氢基础设施安全监管，提高加氢基础设施安全标准及检测认证能力。健全车用高压储氢装置标准及测试体系。来源：电池中国网 ...
2019-11-2 10:58
太田健一郎教授专访：氢发动机vs氢燃料电池，谁更胜一筹？
近日，在IFAM2019新材料产业技术投资促进国际论坛上，日本氢能领域顶级专家太田健一郎教授就氢燃料电池等问题进行了探讨。Q1：下午太田老师去参观了武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室和武汉理工大学燃料电池湖北省重点实验室，在参观过程中您与实验室的研究人员进行了很多交流，您有什么感受呢？A1：能让我参观实验室的最新科研成果我觉得很开心，那些设备非常先进，可以说是世界前列，让我感到震惊。我对燃料电池大巴印象深刻，非常有意思。不过加入了氢的话，就存在着安全性的问题，这是要注意的一个方面。Q2：日本在氢能发展领域的发展水平可以说是处于世界领先地位，能介绍一下日本目前的发展现状吗？A2：从目前来看，日本在燃料电池领域的发展水平是第一，但是中国也发表了许多氢燃料电池领域相关的论文，学术水平不逊于日本，所以我认为中国的大学在这方面的研究进展也很不错。Q3：您的演讲中提到您和您的团队正在研究钛系催化剂，现在这种研究进行到哪个阶段了呢？A3：钛系催化剂确实是我研究的一个主要方面，目前还没有进入到产业化阶段，但是据我所知丰田好像已经开始投资进行产业化研究了。Q4：您除了催化剂还有哪些其他方面的研究吗？A4：主要的还是铂催化剂方面，除此之外还有一些感兴趣的领域，比如说绿色氢的灵活运用等，这是为了后代和世界的未来做的有意义的事。Q5：您有什么下一步的研究计划吗？A5：我已经这么大年纪了，而且催化剂研究也很重要，接下来还是会全力在这方面继续研究下去。Q6：我们了解到太田老师您很注重培养日本燃料电池领域的人才，能简单说说吗？A6：说到培养人才，我们主要进行青少年的培养，比如说小学生和中学生，对于小学生的教育可能会比较难，最合适的还是对于中学生的教育。我们有一个“东京塔·儿童环境科学博士”项目，内容是携带设备带领孩子们进行有关氢能源方面的实验。Q7：在国际论坛上，首藤登志夫老师提到了对于氢发动机的研究，您怎么看待氢发动机和氢燃料电池两者的优劣势呢？A7：如果绿色氢的成本降低的话，我还是认为燃料电池会是很好的发展方向。我们目前研发出了一种不含铂的材料，成本较低，虽然效率稍微低一些，但也可以应用于普通的发动机。氢燃料电池可以减少汽油的使用和二氧化碳的排放，并且主要用于公交车和货车，少数用于普通汽车。氢发动机初始阶段存在一氧化氮的问题，所以需要考虑环境问题，但从好的方面来说，氢发动机的成本较低。Q8：针对新能源的发展方向，目前在中国国内有这样两种看法，一种是继续发展锂电池，另一种是加大力度发展氢燃料电池，两种发展方向都各有利弊，对此您的看法是什么？A8：在锂电池领域，日本在10年前的发展可以说领先世界，但是锂电池有一定的危险性，有爆炸的风险，而且从减少二氧化碳排放方面来看，更建议发展氢燃料电池。Q9：太田老师您是怎么看待中国和日本在未来的合作的？A9：从整体来考虑的话，中国和日本各自拥有发展优势，企业和大学之间的交流与合作还是很重要的。从中国到日本留学的学生也很多，今后两国的合作还要看年轻的一代。
2019-10-28 19:38
氢云科普：太阳能光伏、风电、生物质都能制氢！
什么是绿色制氢？首选，我们先来分清氢的“颜色”。以氢的原料与制备方法来分，氢分为绿氢、蓝氢和灰氢。国际公认“绿氢”为最干净、环保的氢，即利用来源于风能、太阳能以及生物质能的可再生电力，通过电解水制取，突出特点是不排放碳，但在现阶段受到电力成本较高制约；蓝氢较为干净，通过煤炭、天然气等化石燃料制取，但需运用CCUS(碳捕捉、利用和封存技术)来实现碳中和；灰氢主要由煤炭、天然气、焦炉煤气、氯碱尾气制取，生产过程中排放大量二氧化碳，但是成本较低，适用于市场发展初期。我国是光伏与风电大国，总装机容量均列全球首位，相关的上下游制造产业也在全球领先。在生物质方面，我国拥有大量的农业秸秆与林业废弃物。综合来看，绿色制氢的发展，在我国可谓有得天独厚的条件。光伏制氢2019年7月下旬，知名光伏企业阳光电源在山西晋中榆社县签订了一个300MW光伏和50MW制氢综合示范项目。9月25日，阳光电源在山西省屯留区吾元镇举行200MW光伏发电项目（一期）开工暨二期500MW光伏制氢项目签约仪式。对光伏制氢，阳光电源董事长曹仁贤报以极大信心，曾公开在论坛上表示光伏与储能深度融合、光伏制氢未来一定会大有可为。曹仁贤表示：“现在，电网的成本占1块钱，电网交流的设备占1块钱，如果在西部光照好的地方，通过电力的转换装置直接制氢，10MW的光伏电站每天可以制造10万立方米的氢气，关键的问题是事后的储存、运输如何攻关！”在光照资源比较好的地方，例如格尔木，25公里的见方的产地，可以做一个小型的制氢城，一年可以产100万吨的氢气，100万吨的氢气完全够未来几年用，没有任何二氧化碳排放，没有任何的污染。初步计算，在光照好的地方，光伏制氢的电力成本每度电大概在1毛5分钱，是大幅度低于现在制氢的电力成本。风电制氢日前，在河北沽源县西辛营乡，全球最大的风电制氢项目——沽源风电制氢综合利用示范项目施工进入最后调试阶段。项目负责人胡雪松介绍，项目建成后，可形成年制氢1752万立方米的生产能力，成为国内首个风电制氢工业应用项目，同时也是全球最大容量风电制氢工程。作为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由河北建投新能源有限公司投资，与德国进行技术合作，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。项目依照河北省总体氢能产业规划进行建设，一部分氢气用于工业生产，降低工业制氢产业中煤炭、天然气等能源消耗量；另一部分将在氢能源动力汽车产业具备发展条件时，用于建设配套加氢站网络，支持河北省清洁能源动力汽车发展。此外，该项目将有效解决当地大面积弃风问题，破解河北省风电产业发展瓶颈。项目采用水电解制氢，产品为氢气和氧气，无有毒有害废气排放，也无废渣生成，废水排放量很少。在由风能到氢能转变中，真正实现碳的零排放。生物质制氢木质纤维素生物质是地球上最丰富、最廉价的可再生资源，全世界每年通过光合作用产生的木质纤维素高达1000亿吨，其中89%尚未被人类利用。我国的木质纤维素生物质也非常丰富，每年仅农作物秸秆就有7亿吨，加上数量巨大的林业纤维废料和工业纤维废渣，每年可利用的木质纤维素生物质总量可达20亿吨以上。通过木质纤维素的有效转化生成氢气这种替代能源已成为实现可持续发展的重要研究课题。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素构成，其中纤维素和半纤维素是可发酵性碳水化合物，可在微生物或酶的作用下将其转化为糖后再供微生物利用生成燃料氢气。秸秆是一种丰富的农业废弃物，供应充足、价格低廉。秸秆中碳和氢的含量都非常高，如果能把其中的氢元素提取出来，生成氢气，将是一种非常好的资源化回收方法，剩下的碳资源不是以焚烧的形式变成二氧化碳释放，而是被回归到土地中，这样既可以避免对空气的污染，又可以保证土地资源持续富饶。但目前以秸秆为原料制备生物燃料研究中多数只强调对纤维素组分的转化利用，而半纤维素组分则作为废弃物处理，既造成环境污染，又造成资源浪费。针对目前制约秸秆木质纤维原料生物转化产氢研究中的主要技术瓶颈，哈工大郭婉茜教授及其团队进行了戊糖发酵产氢菌和木质纤维素降解产氢菌的分离筛选，获得了一些具有高效木质纤维素降解及产氢能力的优势菌株，这不仅可以减少我们对化石碳资源的依赖，同时也降低了生物质来源氢气的成本。该项目获得科技部“十二五”科技支撑计划、国家自然科学基金、863课题等支持。 ...
2019-10-22 10:01
一汽集团王德平：动力电池安全事故是一个系统工程
编者按：新能源汽车的“火”是其真正进入市场前必须迈过的一道坎，而电池安全可以说是新能源汽车行业健康发展的重要保障。为应对电池安全这一重大挑战，各车企也使出了看家本领。在10月8日举行的2019 IBSW国际电池安全大会上，来自北汽新能源、一汽以及蔚来的相关负责人就电池安全方面所做的工作进行了分享。以下为一汽集团王德平演讲内容分享。（有删减）应该说近年整个电动车的事故时有发生，而且随着整个续驶里程的不断提升、包括新能源数量的增加，以及对高比能量电池使用越来越多，新能源车的安全事故呈现一个上升的趋势。从场景来看，既有在充电时候发生安全事故的，也有行驶过程当中的，还有停放过程当中的，应该说电动车的安全事故，覆盖了车整个全场景的使用环节。从这些安全事故来看，接近六成是由于电池安全问题导致的事故，所以电池安全应该说是整个新能源车安全事故的核心。围绕电动车的安全事故，特别是动力电池的安全事故，应该讲不仅仅是电池本身的事，应该是系统的一个工程，除了电池本身之外，还要跟整车、关联部件、日常的使用维护有关，是围绕整个电动车使用全生态共同去开发、去维护，才能保证整个动力电池系统的安全。从车端来看，动力电池安全事故发生主要由于几个方面失效的影响，概括起来可以有五个方面：第一，电芯的失效；第二，BMS的失效；第三，绝缘系统的失效；第四，机械与密封的失效；第五，连接的失效。第一，电芯的失效，从失效模式来讲，有很多方式，包括漏液、析锂、变形、过热、过充。从使用条件来看，既有低温快充的技术，也包括外部挤压、碰撞这些使用条件，都能够诱发电芯的失效。从失效机理来看，有活性材料的结构变化相变，过度金属的溢出、碰撞等。概括起来，主要三个方面：短路、负极的析锂以及正极的释氧。第二，BMS系统的失效。应该说也有很多的模式，包括电压、电流、温度、绝缘这些检测和保护的失效，包括SOC、SOH、SOP、SOF这些偏差估算以及一些硬件的损伤。在使用条件方面，诱发BMS失效的因素也很多，包括像振动、外部冲击、火烧、涉水等等。机理来看，有芯片的选择、硬件的集成，也包括通讯的丢包，以及时续的逻辑等等。第三，绝缘的失效。绝缘的失效模式包括高压电机、接地的失效、线束破损等，从诱发条件来看，有振动的因素，也有外部冲击的可能，还有涉水、气压、大倍率充电等等。机理来看，有绝缘层耐压等级的失效，以及防护等级这些。第四，连接失效模式来看，有传感器的脱落、连接的松动，表面的氧化。从使用条件来看，有振动、外部冲击、涉水等。第五，机械与密封的失效。失效模式也有很多种，包括电芯壳体的泄漏、冷却系统的泄漏等。使用条件来看，有振动、跌破、冲击、碰撞、涉水、外部火烧等等。机理来看，有电芯化学反应的问题，也有模组强度的变化、焊接结构强度、固定结构强度等。围绕这些机理和情况，一汽在新能源电动车主要从七个方面确保安全：第一，从技术路线方向上做进一步的明确；第二，构建全体系的安全理念；第三，在开发的业务流程、管理的业务流程上，要把安全纳入到整个业务的管理框架里；第四，一些具体的安全技术。第五，把实验验证好；第六，提供前置的、全过程的服务；第七，监控的系统。这里一、二、三和五、六、七简要过一下，重点介绍在电池安全技术上的一些做法。这是整个在战略方向上，一汽前期在今年的7月份也发布了一汽新能源的战略，概括起来是“353”：“3”，三条技术路线。未来一汽在新能源技术路线上三条线是并行的。“5”，包括五个核心总成，包括燃料电池、系统的安全、电控、电驱、电池的系统，这五个系统我们也分别命了名，叫羿氢、羿安、羿控、羿驱、羿能。动力电池以数据为核心，构建了五层电池全生命周期的管理框架。第一， 基础研究、数据平台。第二， 是业务痛点的树立和市场分析。第三， 是数据处理和模型构建。第四， 在整车上的应用，和用户的服务。第五， 通过云端数据的导入，优化整车应用以及对电池回收利用的应用。这里核心的基础就是基础研究，包括电芯的失效、电动车安全，而核心的核心——电芯必须尽可能是安全的。第二，安全的安全理念，现在对于建立一个全员的安全理念非常有用，尤其是当前整个产业环节来讲，包括制造、营销等。电动车还是一个新生事物，在产品策划、研发、营销过程中经常遇到一些冲突，比如要求在DSOC低温下要和传统车或者和新车的动力性、加速性是一样的，这个是很难去保证的，这种情况下怎么样去平衡。包括像电池的温度过高，需要冷却系统保证电池安全的时候如何能够和乘员舱的冷却系统去平衡。应该说从产品定义、开发制造整个使用环节里，怎么样能够以安全为核心去平衡产品和功能，当前的阶段我认为还是很重要，所以在建立安全理念上，也是很重要的一项工作。第三，围绕安全。我们在整个业务链上梳理了一个“V”字形安全全体系流程，这里面包括安全目标的制定，围绕着安全目标去做整车需求的分析和分解，落实到每个系统的安全设计上，再落实到总成上，再进行相应的验证，总成的验证、整车的验证，包括后边制造、生产以及维护和监管。第四，重点说一下第四方面，是我们具体围绕安全设计的一些做法。通过对滥用情况的识别、失效模式的分析、失效机理的判断、生热速度的预测、传热路径的确认及产生危害的评估，整体对电池系统来讲是做一个正向的安全设计，每一步对电池安全的时空，引起连锁的时空、电池包的控制，每一步都有相应的一些控制和判断。围绕这样一个正向的设计构建了一个四重的安全防护体系，包括电池的安全、整车的安全、充电的安全、使用的安全。围绕这四个方面，构建了包含16个具体的方面和54项具体的一些安全防护的措施，来去确保整个动力电池系统在全生命周期里边使用的安全。下面我就结合这54项里边的一些具体的防护措施，从其中几项来介绍一下。第一，碰撞的安全。刚才戴院长也介绍了北汽，我们在这方面做的工作相应的也是有很多类似的。一方面，在低速的时候保证电池在车辆碰撞和托底碰撞的时候，电池不因为车的冲击或者碰撞导致电池的变形。另一方面，我们构建了一个双路的高压断电的系统，就是在高速车辆发生碰撞的时候如果安全气囊开始工作的时候，同时要把整车高压的系统在1毫秒之内进行断电的处理，来确保整个高 ...
2019-10-10 18:01
加气3分钟，续航60公里，永安行氢燃料电池自行车面世
经过两年多时间的研发设计，“共享出行第一股”永安行的第一款氢能源助力自行车终于试制成功。据了解，永安行氢能源助力自行车全车30公斤左右，续航总里程目前是60公里，未来将达到100公里，氢燃料加气3分钟左右完成。对比慢充需要至少6小时，快充2-3小时，续航30-40公里的纯电动助力车，氢能助力自行车能极大方便人们远距离的出行。结构上，永安行氢能源助力自行车储氢罐隐藏在车架下管处，氢燃料电池系统则布置在坐垫下方，车辆运行过程中通过氢燃料转换电能来为整车供电。自行车整体紧凑美观，没有因为储氢罐而显得臃肿。早在今年4月，永安行在互动平台答投资者问时就表示永安行正在申请多项氢燃料电池自行车相关专利。氢云链在“中国及多国专利审查信息查询”网站上检索，确实发现永安行申请了多项燃料电池相关发明专利，在《氢能源共享自行车即将面世，燃料电池产业是否迎来“新”发展？》一文中也进行了报导。据永安行透露，预计明年上半年，这款氢能源助力车将投放市场。氢能自行车市场化面临挑战氢能源自行车并非新鲜事物，国内外有多家曾推出氢能源自行车。早在2008年，上海攀业曾推出氢能源自行车，车身结构采用铝合金，车重30公斤，电池功率220W，该车在当年中国国际自行车展上亮相。据悉，攀业公司将20辆氢能源自行车为2008年的西班牙世博会上提供了服务。法国公司Pragma Industries推出了一款阿尔法自行车（Alpha bike）。这种自行车装有2公升氢燃料罐，可以使该自行车跑约100公里。在2017年，Pragma Industries已经向包括Saint Lo、瑟堡、尚贝里和巴约讷在内的法国城市销售了约60辆以氢燃料电池为动力的电动自行车。此外，日本公司Iwatani、德国DLR等机构或公司也曾推出过氢能源自行车相关产品。氢能自行车产品至今没有市场化，究其原因，氢能自行车面临着与氢能汽车相近的挑战：1、制造成本高。法国的阿尔法自行车的售价高达7500欧元，该公司希望未来能将价格降至5000欧元，仍远高于一般电动自行车，几乎与小汽车相当。其他公司的氢能源产品价格相对较低，如国内早在2007年展出的产品就大约只需20000元人民币（现在会更低），但仍明显高于电动自行车。2、基础设施少。阿尔法公司认为加氢站的价格至少为3万欧元。尽管考虑到阿尔法公司昂贵的自行车定价，其加氢站成本存在估价过高的可能，但对比电动自行车充电桩仍显昂贵。3、管理难度大。加氢站的选址和氢气供应存在与氢能汽车同样的问题。共享模式助推氢能源自行车对比氢能源汽车，氢能源自行车的困难相对容易容易解决。随着技术的发展，燃料电池的成本正快速下降，如德国DLR研发了一种专门用于货运自行车的新型燃料电池模块，价格与纯电池供电系统相当。而在共享模式加持下，在成本较高的早期阶段，氢能源自行车则能更快地进入快速发展期。共享模式能够降低消费者体验成本、降低生产成本，加快氢能源自行车推广速度：1、规模生产解决成本问题。共享模式将为氢能源自行车带来大量的订单，氢能源自行车产生规模效应。氢能源自行车的成本集中在燃料电池及储氢罐上，规模效应将帮助厂商快速降低成本。同时共享模式不需要消费者购买车辆，大幅降低了体验成本，更容易为消费者接受。2、定点存取解决管理问题。共享电动自行车普遍属于有桩类型，可以将加氢站与租赁点结合，管理方便，解决选址难、加氢难、管理难的问题，同时降低加氢站的建设成本。3、市场反馈促进技术提升。大量的市场反馈能够帮助厂商快速改进产品，提升技术。氢能源共享汽车的最主要作用，在于对普通消费者的知识科普，让普通消费者直接地接触氢能源，使用氢能源，了解氢能源安全技术的原理，消除对氢能源这种“危化品”的恐惧。在公众能够普遍接受、了解氢能源之后，氢能源的发展阻力将大幅减小，推动相关标准的修改与制定也将事半功倍。
2019-10-10 17:50
李毅中：科学把握、合理选择制氢工艺路径
氢能产业链中，制备—储运—加注—应用四个环节，后三个环节科技攻关都取得了进展，工艺和设备日渐自主可控，燃料电池已产业化应用，但对氢源从哪里来也应该深入研究。我想谈谈如何以环保、经济、安全、高效的方式实现氢能的供给，与大家做个交流，不当之处请批评指正。一、当今获得氢源的几种途径自然界并没有矿藏氢气，氢气是二次能源，需要人工制备。制氢是个老话题，也是新话题。说其 “老”，因为已有从化石能源制氢生产水煤气、合成氨、尿素、甲醇等化工产品成熟的氢碳平衡的工艺技术；说其“新”，因为氢经燃料电池转化为电，开辟了新用途，产生了新需求，也伴生了新问题。因此需要认真研究，科学把握。一般地说，制备氢气有几种途径：第一，化石能源制氢。煤、天然气、石油 （包括轻烃、石脑油、重油）制氢一般不是以氢气为最终产品，而是进一步生产化工产品或用以深度加工提高质量和收率。煤炭中含氢很少，煤种不同只有2%~5%，主要是用生产水煤气的方式产氢，同时伴生大量CO和二氧化碳，进一步合成将碳固定在目的产品中，避免或减少了二氧化碳的大量排放。天然气和石油组分中含氢较高，约在15%以上，以甲烷为例，与水反应生成氢气和二氧化碳，氢气收率较高，同样进一步合成为相关石化产品。由化石能源制氢，如果将氢作为目的产品，不可逾越的问题是二氧化碳的出路。生产1kg氢伴生的二氧化碳重量，煤制氢约为11，天然气制氢约为5.5，轻油制氢约7。作为温室气体的二氧化碳绝不允许大量排放，气候变暖是对人类的威胁，少量排放也将会征收高额碳税。所谓二氧化碳的捕集、利用和封存技术（CCUS或CCS）尚在试验并未产业化，亟待科技攻关。因此可以说，在当下的技术条件下，虽然化石能源制氢技术成熟，但此路径并不可取，不宜新建。至于用甲醇裂解制氢同样伴生约7倍的二氧化碳，同样不能大量排放，况且甲醇就是由煤制得的。近日 “世界能源理事会”把这种伴有大量二氧化碳排放的氢称为 “灰氢”，把二氧化碳通过CCS或CCUS避免排放的氢称为“蓝氢”。显然 “灰氢”不可取，灰变蓝才可以用。第二，工业副产氢气的回收提纯利用。炼油尾气、乙烯尾气、氯矸尾气中含有不同比例的氢气。氢气是石油化工宝贵的资源，通过加氢处理、加氢裂化等工艺过程可提高产品质量和收率。现在大体做到了能收尽收，能用尽用。即使有少量未能回收也混入燃气作为燃料。从石油化工尾气中回收的氢气首先是满足自用，是否能有较多余量外供，需研究协调平衡。至于焦炉气，即煤在隔绝空气加热干馏生成主产品焦炭，副产焦炉气和煤焦油等。焦炉气中含氢约50%~60%(V)，其余是甲烷等，折算其中氢的重量收率不到2%。焦炉气是合适的化工原料，也可作为燃料气利用。无论从安全、环保还是资源节约，都不可能大量放空，甲烷也是 “厉害”的温室气体从焦炉气和其他工业含氢尾气中要通过脱硫、CO变换、甲烷化、变压吸附（PSA）等处理提纯到99.99%的氢纯度并除去CO、硫化物、卤化物等有害杂质，氢气外供是可行的。就煤焦化而言，其主产品焦炭主要用于炼铁，一吨铁约需0.4吨焦炭，如果把焦炉气作为主要目的产品而扩大炼焦能力会造成焦炭的严重过剩，就本末倒置了，何况炼焦本身是高耗能、高污染，更要防止产能过剩。第三，电解水制氢。是洁净的制氢技术。其中用可再生能源电解水制得的氢被“世界能源理事会”称为“绿氢”，是未来制氢的发展方向。需要研究的一是要用非化石能源产生的清洁电源，如果用火电就没有意义了，这就要建立清洁电源的专用分布式电网。二是耗电过高要大力降低耗电，提高制氢能效。三是利用弃水、弃风、弃光 “三弃”电量是可能的，数据显示，经过努力，2018年我国 “弃水、弃风、弃光”率分别是5.8%、7%和3.1%，国际先进水平是3%，仍有一定潜力。减少 “三弃”可以摊薄总发电成本，如电力企业可以优惠价供电解水用电就更好了。如今在张家口、内蒙古、新疆等地风电资源丰富的地方做试点，如氢能就近使用，避免长途运输就更合理了。综上所述，希望业界在致力燃料电池攻关的同时，也要关注氢气的来源，寻求环保、经济、可靠的氢气制备路径。至于其他方式制氢如核能制氢、太阳能制氢、生物制氢等尚在研发之中，期望能加快攻关。氢气的制备要与储存、运输、加注、应用协调发展，落实氢源才能使整个产业链成为有源之水、有本之木。二、制氢路径的选择要把握环保性、经济性、安全性、能效性制氢路径在工艺技术成熟可靠的基础上要科学把握其特殊要求。至于环保先决前已简述，制氢过程不能发生温室气体二氧化碳的大量排放，显然这是首要的、必需的。“灰氢”不可取，“蓝氢”可以用，“废氢”可回收，“绿氢”是方向。对制氢的经济评价、安全评估、能效评定也应高度关注。经济性评价包括购车、能耗、维修养护等多方面。仅从制氢评价，对已有各种制氢工艺技术的成本有不同的版本和数据，出入较大，总的看是偏小了。大体上每kg氢气生产成本在合理的原材料价格和电价的前提下，煤制氢10元，天然气、石脑油、重油、甲醇制氢约17元，工业副产氢回收提纯21元，电解水制氢30元。在此成本价的基础上一是应计算氢气的完全生产成本，应包括折旧、税金、人工以及各项费用和制氢厂的合理利润，形成氢气的出厂价。二是计算氢气的储存、运输和加注的成本、费税、利润，形成燃料电池车用氢的零售价。用这个完整的市场价与汽油的市场零售价、与商用电价加充电站费用相比才公平合理，并可据此提出相应的政策支持要求。随着制氢工艺设备的改进完善，氢气会有较大的降价空间，以显示其有竞争力的经济性。使用小型电解水制氢与加注合一装备，可以降低储运加注费用。用氢的安全保障不能不是社会关注的热点之一。采用安全可靠的技术和装备可以提供制氢、储运、加注和用氢的全产业链安全保障，这一点不容置疑。但这并不意味着可以改变氢的自然属性。氢气无色无嗅、重度低、热值高、易挥发，其爆炸极限很宽，为4%~75.6%(V)，易燃易爆，属危险品。正如汽油在汽车中使用是安全的，但汽油终究还是易燃易爆的危险品。我国大庆炼油厂加氢裂化车间1967年9月9日、抚顺石油三厂加氢车间1975年7月24日均因氢气泄漏发生过特别重大和重大爆炸人身事故；2015年10月18日某大学化学系一实验室发生氢气爆炸人身事故。近日报道挪威的一家加氢站爆炸 ...
2019-9-29 09:16
园区智能综合能源管理运营中心建设探究
全球能源日益紧缺，清洁能源装机容量发展迅速，能源的使用效率、清洁能源的消纳等问题亟待解决。能源结构向分布式发展，园区内的各种能源需要集中监管，统一维护。在保证园区内能源供应稳定的基础上，亟需探讨如何提高管理效率，减少运维工作量、提高发电率，从而提升园区内能源生产管理水平，提升效率。本文研究了园区智能综合能源管理运营中心的建设思路及建设过程，并介绍了传统机房模式和基于云平台的两种典型建设模式。同时阐述了系统在监视、采集、功率预测、Web浏览等方面的应用功能。对于园区业主、清洁能源厂商及运营方，建立集中统一的智能管理运营中心，将推进综合能源管理向着少人管理方向发展，提高园区多种能源的监管及运维效率，从而提升系统的整体效益。在未来的综合能源发展进程中，系统将集成更多品类的能源数据，发挥更大的经济效益。随着全球能源危机的出现，人们越来越重视可再生能源的利用，而能源的利用效率，以及新能源的消纳，成为能源界重点关注并着手解决的问题。结合国家能源改革政策、行动计划大纲和指导意见来看，能源结构调整一直在进行。目前国内处在能源变革的时期，能源形势也逐步从集中向分布式转变，资本方面的政策也相对放开，导致了能源格局从大电网超高压远程输送向区域形态发展。园区综合能源的建设也从试点开始逐步推广发展。据相关统计，全国现有200余个国家级产业园区，1300余个省级产业园区，逾万个县级产业园区。多能互补示范项目23个，智慧能源项目55个，增量配网项目300余个，新能源微电网示范项目28个。欧洲最早提出综合能源系统概念并付诸实施，早在欧盟第五框架（FP5）中就开始提及，如分布式发电、运输和能源（distributed generation transport and energy, DGTREN）项目、Energie项目及Microgrid项目对综合能源系统研究侧重能源协调、协同优化及用户侧友好开发。美国注重综合能源管理相关理论技术的研发。美国能源部在2001年即提出了综合能源系统，管理系统建设注重各类能源系统间实现协调配合。日本的综合能源管理系统则致力于引导能源结构优化，促进可再生能源规模化开发，这与日本能源严重依赖进口的因素密不可分。国内，综合能源服务尚处于起步阶段，电、热、气各自都有相对独立的供应、传输、使用体系，对应建设管理系统，但缺乏整体协调管理，存在能效低、弃风弃光、环境污染等问题，国家发改委能源局为推动能源结构调整，提升能效，相继发布相关政策，各能源各综合能源服务商积极探讨改变以前的竖井式单体能源管理向智能综合管理发展。本文结合多年来从事智能电网、调度、配网以及新能源相关工作的经验，探讨智能综合能源管理运营中心的建设。在能源监视、调度的基础上，将运营和维护功能一体化。目的在于减少园区能源监管的工作量、实现不同类型基础能源的统一监管、多层监控、从而实现少人值守的运营模式，建设集监控、管理、运维一体化的智能运营管理中心。从而实现对多种能源集中高效的监管，提高园区能源供应的稳定性和可靠性，提高区域能源的运行管理效率，对提升生产运行管理水平，降低生产运行和设备维护成本有着重大的意义。1 园区智能综合能源管理运营中心建设思路系统建设要充分考虑园区能源的特性及发展需求，时刻关注能源领域的特点和要求，针对性解决综合能源集中监管及多能互补问题。系统在建设过程中集中采集电、热、冷、气等资源，整合原本分散的热电冷联产系统（combined cooling heating and power, CCHP）、光伏、风电、储能信息，实现对园区能源的集中监视、检修、运营，使分散式的能源有了集中统一的监管中心。通过与人力资源（human resource, HR）、财务管理（financial management, FM）、ITSM系统的互联以及资金和技术的合理调配与运用，达到资源的优化利用，实现园区经济效益最大化，为能源优化、多能互补策略提供技术支撑。如图1所示，智能综合能源管理运营中心主体部署在园区层，各种能源由通信网络集中到中心，改变传统的单一本地监控为集中管理。一方面远程实时监控各设备运行状况、发电量、电站功率、设备功率，提供电站设备查询，生成实时报表等；另一方面为用户建立标准化、精细化的运行维护管理平台，实现实时标准数据信息共享、自动化管理、电站设备故障预警、远程专家咨询和分析评估、收益结算等功能。从而及时发现园区内能源发、输、配、用等环节的故障和利润损失，统一能源监视，全景展示，省时省力。同时，可将能源数据信息统一纳入智能运营系统数据中心，并根据用户需求将指定数据转发至当地电力公司、企业集团、各省市节能环保中心、可再生能源中心等各类数据中心，实现数据的多向共享。图1 智能综合能源管理运营中心建设层次2 系统建设系统采用集中监管、分区运行的运维模式，通过分布式实时的数据采集、数据处理，统一的数据存储、系统管理，灵活的责任分区、数据分流、信息分类技术，实现异构环境下的分布、可扩展的大集控全面解决方案。如图2所示，智能综合能源管理运营中心系统分为以下层次实现：展示层、应用层、总线服务层、基础ICT（information communications technology）层及基础数据采集层，每层负责各自的处理，最终通过组合形成可使用的系统功能。应用层完成与用户的交互，将用户所需数据以直观、合理的方式按照需求展现，并记入用户的输入信息或操作指令，以传递给总线服务层进行处理。总线服务层完成业务的实际处理、数据运算、处理流程的控制；数据采集层完成与接入设备的通信，从设备中获取数据，并进行解析，转换成系统能够识别的数据格式。同时，还提供以上的逆向处理，即将系统发送给设备的信息组织成设备能识别的格式并传送给设备。其中，多数据点并发问题由数据处理服务器按照集群分组的模式并发处理完成。图2 智能综合能源管理运营中心系统架构2.1 系统部署总体部署分为基础能源数据输入端、应用发布应用端及远程监管部分，核心为数据中心。能源数据根据其隶属权限的不同，分为园区直管，直接上传到园区平台层。另一种是通过当地监控或者部署通信管理机的形式将数据集中到数据中心。在数据中心进行集中管控，基于数据中心之上部署应用。以Web形式发布并实现负载均衡，客户端通过端口访问。1）平台部署系统部署可以采用两种模式：一种为基于 ...
2019-9-26 18:41
李毅中：灰氢不可取，蓝氢可以用，废氢可回收，绿氢是方向
编者按：目前，我国氢能处于重要发展期。据预测，2030年产业产值将突破1000亿元，长期看氢能市场规模巨大。在此背景下，中国电动汽车百人会作为国家在汽车与出行领域的第三方智库和跨行业、跨学科、跨部门的产业平台，为推动氢能产业、解决行业中出现的问题，召开2019氢能产业发展创新峰会。2019氢能产业发展创新峰会（HIDIS2019）于9月22日在山东大厦召开。HIDIS2019以“探索氢能产业应用 发展绿色低碳经济”为大会主题，包含一场高层论坛、三场主题峰会，分别为“打造低碳氢能产业，实现新旧动能转换”、“中国氢燃料电池汽车商业化进程与路径”和“氢能产业投资机会与未来”。大会就氢能当下发展的政策环境、标准体系、示范运营、技术研发等多个方面进行梳理、交流与研讨。在22日上午的“探索氢能产业应用 发展绿色低碳经济”全体大会上，工业和信息化部原部长、中国工业经济联合会会长李毅中发表了主题演讲《科学把握、合理选择制氢工艺路径》。李毅中表示，制氢要把环保作为先决条件。业界要关注氢气的来源，寻求环保经济可靠的氢气制备途径。他认为：灰氢不可取，蓝氢可以用，废氢可回收，绿氢才是方向。同时，李毅中强调，在氢能的全产业链中，氢的安全保障是社会关注的第一热点，始终要把安全放在首位。以下为李毅中发言实录：我的发言主题是“如何以环保、经济、安全高效的方式来实现氢能供给”，包含两个问题，一是当今获得氢源的几种途径，二是如何评价不同制氢的路径。第一个是如何评价获得氢源的几种途径。氢能产业链包含制备、储运、加注、应用四个环节，后三个环节都取得了进展，工艺和设备自主可控，尽管还有很多关键技术尚待突破，但是取得了很大的进步，这些燃料电池已经开始产业化应用了。但是对氢气的研究不够，自然界没有氢源，氢气是二次能源、二次制备。制氢是个老话题也是个新话题，氢气经过燃料电池转化为电，开辟了新动能、产生了新需求、也伴随着新问题，因此，需要认真的研究，科学的把握。一般的说，制备氢气有几种途径。第一，化石能源制氢，包括了煤，天然气，石油，一般不是以氢气为最终产品，而是把它作为一个原料进一步生产化工产品，或者用于深加工来提高产品的质量和收入。煤炭工艺含氢很少，只有2%或者5%，以高分子形态存在。用煤制氢，主要是用生产水煤气的方式来产氢，同时又伴生了一氧化碳、二氧化碳。如果把氢作为目的产品，不可逾越的问题是二氧化碳怎么办，生产1公斤的氢，要伴生5.5公斤到11公斤的二氧化碳，作为温室的二氧化碳绝不允许大量排放。二氧化碳排放导致气侯变暖，这是全人类的灾难。现在二氧化碳的普及应用尚在实验中，并没有产生，期待科技攻关，因此可以说在当下的技术条件下，虽然化学能源制氢技术是成熟的，但是路径并不可取。至于用甲醇制氢，同样会伴生7倍的二氧化碳，而且甲醇是用煤制得来的，不能本末倒置。近日，世界能源理事会把这种伴有大量二氧化碳排放的氢称为“灰氢”，把二氧化碳通过捕集、埋存、利用，从而避免了大量排放的氢，称为“蓝氢”，显然灰氢是不可取的，灰变蓝才可以用。二氧化碳不能大量排放，要尽快攻关，二氧化碳捕捉、利用、封存，能够坚定产业化。第二个制氢的方式，是工业副产氢气的回收提纯利用，氢气是石油化工宝贵的资源，通过加氢处理，这些工艺可以提高产品的质量和收益。据我知道，石油化工行业，对于副产氢基本做到了能收尽收、能用尽用，即使有少量还不能回收的，也混入燃料气，作为燃料使用。从尾气中回收的氢气，是不是有较多的余量外用需要研究、协调、平衡。另外工业副产氢是焦炉气，副产焦炉气和煤焦炉气等等。焦炉气就是把煤里面含有的氢释放出来，不是水煤气产生的方式。焦炉气含氢60%，其余是甲烷，甲烷是第二个最厉害的温室气体，第一是二氧化碳，不能放空。通过处理提纯到99.99%的氢纯度，因为有害杂质进入燃料电池就导致焦炭严重过剩。就煤焦化而言，储产品是焦炭，主要用于炼铁，大概1吨铁要0.4吨的焦炭，准确的讲0.34吨，去年全国的产量是9.3亿吨、焦炭4.4亿吨，这4.4亿吨焦炭主要是给钢铁行业用的。如果把焦炉气作为主产品，盲目的扩大能力，就会造成焦炭的严重过剩，炼焦本身就是高污染，要防止产能过剩。第三，电解水制氢，洁净“绿氢”是方向。需要研究的问题，一是耗电过高，要大量的减少电氢水的耗电，提高制氢的效力。二是生产清洁电源，要用风电、用水电、用清洁能源去电解水，如果用火电去电解水就没有意义了，建分布式电网，火电不能混入。三是利用弃水、弃风、弃光，三个电量是可能的。减少三弃可以摊薄总发电企业，这需要政策，对发电企业来讲，三弃少了，总成本就降低了。是不是能把所谓三弃的电很便宜的给予电解水？电解水企业也要核算。综上所述，希望业界在治理燃料电池攻关的同时也要关注氢气的来源，寻求环保经济可靠的氢气的制备途径。至于其他方式制氢，比如核能制氢、太阳能制氢、生物制氢，这些还在实验室研究之中，真正成功产业化，恐怕还有很长的时间。氢气的制备，要与储存、运输、加注、运用协同，产业链要协调发展，落实了氢源，才能使整个产业链成为有源之水，有本之木。反过来，氢源不落实，那就是无源之水，无本之木。第二个问题，制氢的选择要保证安全性、能效性。制氢路径在工艺成熟可靠的基础上，要科学把握它的特殊要求，环保性前面已经说了，“灰氢”不可取，蓝氢可以用，废氢可回收，绿氢是方向。对于经济评价、安全评价、能效评价，也应该高度关注。经济评价包括了购车、能耗、维修养护等多方面，我今天就谈谈制氢的能耗评价。对于已有的各种制氢工艺技术的成本，有不同的数据，我也看到很多各种不同的制氢路线的成本，总的看是估低了。每公斤氢气的生产成本，在合理的原材料价格和电价的前提下，要合理的选取。煤制氢一公斤是10块钱，天然气、石脑油、重油、甲醇制氢每公斤是17元，副产氢回收21元，电解水30元。在成本价的基础之上，要注意几点：一是计算氢气的完全生产成本，应该包括折旧，税金，人工费，以及各项费率，比如财务费用、销售费用、管理费用，还有制氢厂的合理利润，从而形成经济的出厂价。二是计算氢气的储存，运输和加注的成本，加氢站和制氢厂有距离，运输、储存、加注也需要成本，也需要税费，也要一定 ...
2019-9-23 09:05
双重清洁能源∣核能制氢
氢燃料电池动力汽车、氢/氧火箭发动机等新兴高端产品和科技，引发了大众的关注兴趣，使得氢能这一低温燃料从工业应用的"幕后"逐渐走向社会生活的"前台"。氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的二次能源，以液氢状态进行储存和运输，具有超低温（-252.8℃）和低密度（70.9kg/m³）的特点。全球能源行业正经历以低碳化、无碳化、低污染为方向的第三次能源变革。氢能的开发与利用技术已经成为世界能源技术变革的重要方向。以环保节能的方式制备氢能，如核能制氢，赋予氢能双重清洁能源的显著特征，为实施规模化应用提供了巨大空间。一、核能制氢的背景开发利用氢能成为中国能源技术发展的战略方向。发展氢能应用的重要前提之一是兼顾氢能制备的效率、成本和可靠性。氢能可通过一次能源、二次能源及工业领域等多种途径获取。其中，核能制氢是一种有应用前景的高效、大规模、无排放的制氢技术，有望在氢气大规模集中供应的场景中起到重要作用。人类可驾驭的可控核裂变技术已用于工程建设核电站，为世界多个国家提供清洁电力供应。在可用于核能制氢的反应堆堆型中，高温气冷堆因其高出口温度和固有安全性等优势，被视为制氢的最优堆型。高温气冷堆在我国已有数十年的研发基础，正在国家科技重大专项支持下建造示范电站。核能制氢是高温气冷堆除发电外最重要的用途。二、核能制氢的原理核能制氢是指利用核反应堆产生的热作为一次能源，从含氢元素的物质水或化石燃料制备氢气，具有多种技术路线。图1 核能制氢技术路线（1）核热辅助的烃类重整，利用高温气冷堆的工艺热代替常规技术中的热源，可部分减少化石燃料的使用。（2）利用核能发电、再经常规电解制氢，这是已成熟技术的结合，但从一次能源转化为氢能的效率较低。在压水堆发电能力过剩的场景中，可利用电解制氢实现储能或者供给氢气。（3）要实现核能到氢能的高效转化，必须部分或全部利用以反应堆提供的工艺热，减少热–电转换过程中的效率损失。主流的核能制氢技术包括热化学循环（碘硫循环、混合硫循环）和高温蒸汽电解。图2 高温气冷堆碘硫循环制氢原理示意图三、核能制氢的安全性核能制氢系统安全管理的目标是确保公众健康，保护环境。核能制氢设施的设计需考虑并有效处以下因素：核反应堆与制氢厂的安全布置，核反应堆与制氢厂的耦合界面，中间热交换器安全设计，核反应堆与制氢厂的运行匹配等。未来，核能制氢设施对反应堆和制氢厂的实体采取充分隔离措施，消除潜在伤害，保证放射性水平足够低，实现核系统与制氢系统的隔离，从而使制氢厂"归于非核系统"。四、核能制氢的经济性核能制氢技术能否实现商业利用，不仅依赖于技术本身的发展，而且还取决于所能实现的制氢效率、生产价格能否为市场所接受。美国能源部进行的核能制氢经济性评估表明，氢气成本为2.94～4.40 美元/kg。国际原子能机构对核能制氢成本进行了研究，认为在不同场景下的氢气成本为2.45～4.34 美元/kg。与压水堆发电–常规电解制氢相比，高温气冷堆经热化学循环或高温电解制氢具有相对成本优势。五、我国核能制氢的技术基础在国家"863计划"支持下，我国建成10 MWt高温气冷试验堆并实现满功率运行。在"先进压水堆与高温气冷堆核电站"国家科技重大专项支持下，正在建设200 MWe高温气冷堆核电站示范工程。我国核能制氢研究起步于"十一五"前期，对核能制氢的主流工艺——热化学循环分解水制氢和高温蒸汽电解制氢进行了论证研究，建成原理验证设施，验证了工艺可行性。"十二五"期间，开展了氦气透平直接循环发电及高温堆制氢等技术研究，基本掌握碘硫循环和高温蒸汽电解的工艺关键技术。六、我国核能制氢的发展路线论证提出我国核能制氢发展路线：原理验证与单元集成–工程材料与设备开发–工程验证–商业化示范。到2020年，完成高温气冷堆制氢关键设备技术研究，正在国家科技重大专项支持下开展研发工作。到2025年，完成高温气冷堆制氢中试工程验证，建立产氢能力1000 m3/h的高温堆制氢中试厂。到2030年，开展超高温堆–核能制氢–氢冶金的工程示范，在高效、大规模制备氢气的同时，实施氢气直接还原炼铁的工业应用。图3 核能制氢直接还原炼铁原理路线示意图发展核能制氢技术，有利于保持我国高温气冷堆技术的国际领先优势，为未来氢能的大规模供应提供了解决方案，还为高温堆工艺热应用开辟新的用途，对实现我国未来的能源战略转变具有重大意义。 ...
2019-9-6 19:10
HRC与Voith签署战略合作备忘录，共同开发碳纤维氢燃料储罐系统
近日，领先复合材料综合解决方案提供商中国恒瑞有限公司（以下简称HRC）与拥有150年历史的全球领先技术与工业服务供应商福伊特集团下属复合材料研发与生产公司福伊特复材（以下简称Voith Composite）在江苏省常熟市高新产业技术开发区签署战略合作备忘录，双方将在高压氢燃料储罐系统的材料，成型技术以及市场开拓等多方面展开深入合作，以应对越来越强烈的市场需求。 HRC总裁顾勇涛先生，Voith Composite首席执行官Matthias Odrobina先生分别代表两家公司签署了协议。（左起分别为HRC首席财务官葛逸宏先生，HRC总裁顾勇涛先生，Voith Composite首席执行官Matthias Odrobina先生以及Voith Composite首席技术官Lars Herbeck先生）《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》中提到，目前燃料电池电堆功率密度、寿命、冷启动等关键技术与技术瓶颈已经逐步取得突破。截至2018年底，全球氢燃料电池的装机量超过2,090.5MW,乘用车累计销量9900辆，初步实现商业化应用。HRC研发板块副总裁Timo Huber博士表示：“尽管随着各大主机厂相继推出量产车型标志着燃料电池电动汽车在商业上已经成熟，但是燃料电池的市场占有率并未显著提高。要想让燃料电池汽车相对于传统内燃机汽车、传统电池及混动电动车变得更有竞争力仍有很多的挑战，其中之一便是燃料汽车所使用的高压储罐的制造成本。开发全新储罐概念和降低制造成本不仅是市场的突破口，也是HRC和Voith Composite达成此次的战略合作伙伴关系的出发点。”福伊特集团是一家全球领先的技术与工业服务供应商，在全球范围内为五大关键市场领域的客户提供种类繁多的产品与技术服务，其中包括能源、燃油与气体、造纸、原材料以及交通运输与驱动设备等，公司总部位于德国海德海姆市。Voith Composite是Voith集团下属专业碳纤维增强材料的研发以及制造中心，致力于为复合材料全产业链提供关于产品部件和工业化生产工艺的定制化解决方案，将最先进的方法应用于开发以及生产过程，以设计轻质复合材料零部件。“HRC是一家非常突出的公司，尤其是在研发及生产能力上”。Voith Composite首席执行官Matthias Odrobina “先生说：Voith在复合材料的缠绕应用方面已有了很强的实力，同样高压储罐在燃料电池应用方面也已经累积了非常丰富的经验，相信此次的战略合作意向的确定一定能将我们带到拥有更广阔前景的未来合作之中。”
2019-9-4 15:47
北京化工大学刘景军：动力型燃料电池关键材料开发及商业化应用
很有幸邀请我参加这个会议，上午有讲政策的、有讲标准的、有讲催化剂的，感觉收获良多，我稍微换了一个题目，一开始觉得石墨烯可能是在燃料电池里面有点应用的。后来我一看咱们参会的各个参会方，很多都是企业的，跟企业接一点地气可能更好一点，我就换了一个题目“动力型燃料电池关键材料开发及商业化应用”，就从燃料电池关键材料角度作为一个切入点，讲讲燃料电池到底到了什么样的程度。 燃料电池的原理不讲了，讲一个燃料电池的故事，因为燃料电池实际上并不是一个新玩意儿了，一百多年前就有了。燃料电池实际上到目前为止发展了四代，第一代就是磷酸燃料电池到现在第三代是固态氧化物电池，现在到了质子膜燃料电池其实是第四代，发展的四代中有什么不一样？质子交换膜燃料电池是温度降到了100度以下了，前面三代都是150度以上，固态氧化物电池温度是800度以上。前三代燃料电池主要是发电来用，质子交换膜燃料电池如果还要发电，就有点像过去60年代开发的计算机，就是好几间屋子那么大，第四代就相当于把燃料电池缩成手机这么大。如果还要固定发电的话，是不是有点浪费了？有很多高端的应用，就是我们开的小汽车。质子交换膜燃料电池实际上重点是放在小汽车上用的，作为一个移动式电源来用。由于国家环境污染比较严重，现在国家很重视，有人做报告，有人说燃料电池这么多年了，一百多年了现在还说，到了什么阶段了？我说根据我们的理解和同行交流，燃料电池说快也快，快到什么程度？就是有一个爆发期，盛开期。说短有多短呢？可能1-3年。要说长，有专家说3年够吗？长的话是多久？可能要在5年以上。但很少有的专家说10年以后我们再见，基本上没有。所以爆发期也就是3年左右。为什么还要等3年吗？早点把媳妇娶回家不好吗？不行，还有一些嫁妆没有置办齐。 燃料电池作为一个终极能源，有人说锂电池不是用得很好吗？为什么还要做燃料电池汽车呢？氢能源燃料电池汽车是二次能源，锂电汽车还有一个致命的缺点，输出能量跟电池质量比是恒定的，你要带更多电量，你这个汽车电池就会越重。但燃料电池不一样，燃料电池一开始比较沉，但输出的功率往上提高以后，他本身的重量并不怎么增加，也就是说比能量远远优于锂电。 铂炭催化剂的问题是活性不高，比表面积低，稳定性差，还有中毒。现在有两条路，一个是把铂合金化了，第二个是理想的炭载体。主要用的都是炭黑，为什么不用石墨烯呢？石墨烯优点在哪呢？跟别的比起来，比表面积大，稳定性好。就开始用石墨烯一条路。我们做了一个PtCo二元合金催化剂，这个比市面上的活性高4倍。这个申请了专利，因为丰田的汽车就是用了铂二元合金。二元合金铂量还是高，再加非铂金属。这个铂的用量已经很小了，这是我们比较能拿得出手的催化剂了。我们还做单原子铂，每一个都是一个一个单原子铂，在炭上。这时候我们都不敢算活性了，因为量太少了，一算简直是突破天花板的。 这个就是用天然的石墨矿，后来我们双通道电化学方法做石墨烯，质量还是蛮高的，因为已经透明了，这就是我们做出来的石墨烯。石墨烯做完以后，我们就肯定用在燃料电池上，后来还发现一个问题，石墨烯不但可以用在燃料电池，还可以用在手机散热。现在华为手机电池打开以后，后面一层石墨烯薄膜导热。还要加上VC液冷，这个不是新鲜玩意了，华为这个就是做了石墨烯膜，华为做的石墨烯膜是用了十几吨石墨烯才做出来的。因为很多专家都觉得石墨烯总是说炒了很多年了，就缺杀手锏式的应用，5G手机肯定是杀手锏。第二个杀手锏的应用就是我们这个催化剂，我们做了以后，活性确实还是不错的。这个也是把石墨烯用在燃料电池上。我们现在也解决了合金工业化制备的技术路线，就是用反应釜，反应釜化工太常见了，光用釜还不行，得找一些什么东西。 我们还做了氮和多原子的。这个时间关系不给大家看了。国内市场预测，燃料电池绝对是一个万亿级的市场，为什么叫万亿级。燃料电池和锂电池比起来，比锂电复杂，但对产业发展来说，牵扯的东西越多，产业就越多。燃料电池可以到哪些产业？高分子材料、金属材料、碳材料，还有气体等别的东西，比锂电产业大得多。所以是万亿级的市场，特别是还有一些国内做的汽车配件的。是不是汽车配套的化学品都会牵扯到这里面来，所以万亿级的市场是可期的，只要我们大家沉下心来。 氢能的费用也不说了。结束语就是这样，氢能或者是氢气燃料电池未来真的可期。我们国家的政策是什么？现在政策不是特别理想，国家之前都是倾向于组装，现阶段我觉得应该优先支持关键材料，第二个支持关键部件，第三才到系统集成。因为关键材料、关键部件做了，我们系统集成不太好，但也能用。 谢谢大家！嘉宾介绍刘景军，北京化工大学教授，博士生导师。主要从事燃料电池关键材料制备及产业化；燃料电池核心部件的设计及应用；天然石墨及人造石墨材料制备、铂基及非铂催化剂制备及产业化应用；重点开展炭/金属/金属氧化物复合电催化材料可控构筑、性能调控及其在储能及能量转换领域中应用的研究工作，建立了高效电催化材料的可控合成与实际应用的研究体系、电化学工程应用等。获得授权中国发明专利25余项，授权国际PCT专利2项。 ...
2019-8-29 11:21
氢云科普：氢燃料电池热管理系统详解
每到夏日，人类不能离开——西瓜、WiFi和空调。空调被誉为20世纪最伟大发明之一，给人类提供舒适的环境，撑起了人类在炎热面前的尊严，而氢燃料电池的热管理系统与空调有相似的作用。人们要在适宜的温度下生活，离不开空调；同样的，氢燃料电池要在合适的温度范围内运行，也离不开热管理系统。什么是氢燃料电池热管理系统？氢燃料电池热管理系统循环图氢燃料电池热管理系统示意图部件盘点水泵中冷器去离子器水暖PTC在环境温度较低的情况下，燃料电池面临低温挑战。水暖PTC是给电堆在低温冷启动时给冷却液辅助加热的，使冷却液尽快达到需求的温度，缩短燃料电池系统冷启动时间，就好比天气较冷的时候，运动员正式比赛前，先要做好充分的“热身运动”。水暖PTC由加热芯体、控制板及壳体组成，其要求是响应快、功率稳定。水暖PTC(Positive Temperature Coefficient)节温器由电机执行机构，阀体，进出口及壳体组成。燃料电池系统对节温器的要求是响应速度快、内部泄露量低、带位置反馈信息（电机节温器）。节温器散热器冷却管路挑战，挑战算什么？正如曾经的每一次变革都会受到技术上的阻碍，在汽车从传统能源转换到氢能源的路上也有着不小的挑战。氢燃料电池热管理系统相比传统燃油发动机而言，主要面临两个较大的挑战：一是零部件离子释放的控制，在热管理系统的零部件中，中冷和散热器较容易释放离子，导致冷却液电导率升高，进一步影响到系统的绝缘。目前主要缓解该问题的方式是零部件增加清洗工艺，但按照当前的状态，清洗往往需要很长时间，影响生产节拍，同时清洗的效果也有限，无法避免离子的长期释放。未来探索新的生产工艺、更合理的系统设计都将有助于改善相关的问题。二是散热效率需要提高。一般而言，在相同的车辆运行条件下，氢燃料电池的散热量比传统燃油发动机大10%-20%左右，但燃料电池系统的运行温度较低，与环境的温差较小，这导致了燃料电池对散热要求相比传统车高了很多。除了增加散热面积外，更优的散热器设计，更合理的进气格栅设计，更高的电堆效率都将有助于解决散热困难的问题。更好的热管理系统有助于提高氢燃料电池系统的使用寿命，同时更合理的热量综合利用有利于系统的节能减排。相信随着氢燃料电池行业的发展，相应的热管理技术将面临更多的机遇与挑战，也将进入一个崭新的发展阶段。（转自：捷氢科技）
2019-8-28 11:07
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