中汽研郝冬车用氢能“制-储-运-加”发展现状及趋势

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11月24-26日,由湖南省工业和信息化厅、湖南省商务厅、长沙市人民政府、中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合主办,100余家机构共同支持的湖南(长沙)电池博览会暨第二届中国国际新型储能技术及工程应用大会在长沙圣爵菲斯大酒店召开。此次大会主题是“新能源、新机遇、新高度”。

会议期间,组委会邀请了中国汽车技术研究中心有限公司首席专家郝冬分享主题报告《车用氢能“制-储-运-加”发展现状及趋势》。以下是发言主要内容:

郝冬:各位领导,各位专家,大家上午好!能够在疫情期间坚持到现场的,大家肯定是对氢能行业和储能行业非常的关注和热爱。

中汽研郝冬车用氢能“制-储-运-加”发展现状及趋势

我来自中汽中心的郝冬,今天跟大家分享的题目是车用氢能“制、储、运、加”发展现状和发展趋势。

从去年3月份把双碳目标写入到政府工作报告之后,纯电动汽车或者是燃料电池汽车在这个过程当中发挥着不可替代的角色,特别是燃料电池汽车有自己的巨大的优势,燃料电池汽车有一个特点,不像纯电动汽车一样,依靠电网就可以直接进行应用,而是牵涉到了氢能产业链的推广和发展。车的上游包括关键材料、零部件、系统的集成,加氢站的上游包括氢气的制、储、运、加的各个环节,产业链非常长。所以国家也是发布了很多相关的政策支持这两个产业协同的发展。中汽中心作为燃料电池汽车示范应用的一个第三方支撑机构,从2018年就启动了这项政策的研究,在2020年正式发布,2021年大家应该有所耳闻,目前已经形成了北上广、河南、河北5个燃料电池汽车的示范城市群。

在示范城市群当中,我们提出了很多对于示范推广应用的技术指标的要求,从氢能一直到材料各个环节都有所规范,特别是在氢能的供应层面已经提出了很多详细的指标,比如说对城市群的氢气的年产量,氢气的品质,以及车用氢能,也就是终端的加油站的氢气的价格都做出了比较明细的规定,对应成积分,以及最后积分换算成这个城市群的直接财政的奖励。

当然这里边在氢能和燃料汽车产业发展过程中有很多争议,为什么我们这么关注氢能的来源?其实大家都知道特斯拉的马斯克非常反感燃料电池汽车,甚至经常抨击燃料汽车,他有一个观点,燃料电池汽车技术是非常愚蠢的,因为把水电解成氢气,然后再把氢气加到车上,再发成电,再驱动车,这个过程非常愚蠢,他这个观点是非常片面的,如果说我们全是用火电去电解水制氢,再去把氢加到车里,确实非常愚蠢。其实这本质上是对于氢气来源的一个问题,我们行业上对于氢气的分类,现在初步有一个共识,就是将氢气分为灰氢、蓝氢和绿氢,灰氢、蓝氢就不重点介绍了,绿氢指的是未来发展趋势,用可再生能源去制氢,比如说水电、风电、光伏,这些电的来源本身是没有碳排放的,没有碳排放的电去制氢,相应的也是没有碳排放的,所以特斯拉马斯克的观点有些片面的。

对于氢气的分类,国内也有相关的团体标准,应该是在2020年由中国氢能联盟发布的,将低碳氢、清洁氢和可再生氢对应的碳排放数值做出明确的规定。每一个标准都得有应用或者认证,其实在北京冬奥会的时候是燕山石化顺利的通过绿氢标准认证,大家知道我们冬奥会的火炬,也是用氢气点燃的。

现阶段国内整个氢气来源或者制储的方式主要有三种,一个是用传统的化石能源制氢,二个是很多化工行业有很多副产品,用工业副产氢去提纯之后,利用氢能,当然终极方案就是我们充分利用风、光、水,用可再生能源的电力去制氢,这也是未来终极的发展方式。

这里有一些行业内统计,目前中国的化工行业有很多这种副产品氢,这些副产品氢如果去提纯的话,在现阶段就可以供应100万辆公交车,或者是1200多万辆乘用车,这个规模已经满足了我们对于燃料电池汽车推广阶段的需求。现阶段有很多弃风、弃光、弃水,如果把这些可再生能源充分的利用,用氢来储能,其实这个量也是非常大的。在现阶段主要依靠工业副产氢,包括我们的实验室,它的潜力还是有一些的,未来长远还是得用电解水去利用可再生能源制氢,为什么一直在强调可再生能源制氢,我们可以发现把电-氢-电把它画成一个闭环,其实它是一个非常理想的制氢、储氢、用氢以及在储能领域的应用,把氢能和燃料结合起来,用可再生能源去电解水制氢,经过相应的储氢、运氢,再把氢气发回成电,可以回馈电网,可以用于交通,可以用于分布式发电,整个圈是闭环的,这个闭环没有太大的碳排放,这种方案就可以用于大规模的脱碳。

介绍完制氢,介绍一下储氢,储氢主要目前有四种方式,可以分为物理储氢和化学储氢,物理储氢包括高压气态储氢,还有低温液化储氢,化学方式有机液态的储氢,还有固态吸附的储氢,在车用领域主要也是这四种方式,但是现在已经商业化的主要还是第一种,常温的高压气态储氢,我们车上有35兆帕或70兆帕的两个压力等级,在液氢领域我们国内主要是在航天领域,比如航天101所,我们在航天领域的液氢应用是非常成熟的,当然现在在汽车圈也在推动液氢在车上的应用,现在还没有相关的标准,后面两种主要集中处于科研攻关的阶段,还没有相关的商业化应用。

运氢,怎么运输或者输送氢气,前面很多专家讲了,加氢站目前用的方式主要还是第一种,氢气长管拖车,国外也有这种方案。日本现在已经进入了大规模的液氢应用上,比如说川崎重工开发的液氢运输船,已经从澳大利亚液氢运回日本进行应用。我们国内也有相关的方案,但还是集中在航天领域。管道输送适合更大规模的氢气输送,但是现在我们国内管道的保有量或者说长度、总距离还不是很多,德国力推用管道去运输氢气。目前我们最常用的还是高压气态运输的方式,管束车自重能够达到将近33吨,但是它运的氢气只有300多公斤。如果这个运行车跑得长了之后,相当于我们用柴油拉着30多吨铁在路上跑,这是非常不理想、不环保的,但是目前我们还是用这种方式,当然现在行业在推40兆帕或者30兆帕的管束车,能够尽最大可能高比例提升运输效率,但还是有限的。我们可以发现运输距离达到500公里的时候,光运输的成本就会达到20多块钱每公斤氢气。

对于液氢,现在我们国内确实应用民用的液氢是没有的,但在未来也是一个发展趋势,我国一定会推进液氢在民用领域的应用。

管道输送的话,是和最大规模的氢气输送场景,但是他的问题前期的投入成本会非常的高,后期的维护也面临着一些问题。当然现在国内有一些专家学者在研究,就是用传统的天然气管道去输送氢气,但这种方案基本上输送纯氢气是不可行的,只能是在天然气里面掺入一些氢气。

运输完氢气的话,到终端我们去加氢,前面专家也讲了加氢站的一些分类和数量,截止到现在这个月国内的加氢站数量应该突破了300座,我们中国的加氢站主要是可以分为这几种,因为有不同的分类方式,比如说刚才老师讲的站外制氢加氢站或者站内制氢加氢站,我们按照比较常用的方式是第一列,固定式的加油站,撬装式的加油站,移动式的加氢站,按照合建方式的话,有油氢合建站,还有独立式加氢站。当然目前我们国内最大数量还是固定式的,独立的加氢站,比如说上海的安亭加氢站,还有张家口服务于冬奥会的中石油的加氢站,目前我们国内大多数都是这种,这里给大家展示了一些例子,比如说北京的、张家口的、山东的等等。

对撬装式加氢站,上一个专家也讲了,其实撬装式加氢站,我认为它是一个行业的特色,它在法规的约束之下找到了一个中间的地带,没有固定式的储氢装置,一般都是用集装箱的方式,通过简易的安装,主要是靠内部的氢气压缩机就能够实现加氢的需求。但是在我们看来,以长远的发展角度来看,撬装式加氢站应该会越来越少。移动式加氢站,我们在上海世博会,还有深圳大运会的时候有过应用,主要的方案就是一个卡车拉着一套的设备,上面有储氢,也有增压的压缩设备,还有加注的设备,能够为小批量的车辆,示范运行的车辆去提供加氢的服务。当然如果它和加氢的母站配合起来,就能够实现一个小型的高压氢气的加注网络,适合于比如说临时办一些活动,附近没有加氢站的场景,长远来看也不会成为一个加氢的主流,这是对于各种加氢方式一个对比。

固定式加氢站复杂程度最高,建设周期也比较长,但是它一定是未来主流的发展趋势,因为只有这样的话,才能够把我们氢能的产业和燃料电池汽车产业充分紧密的结合到一起,并互相支撑。

国内对于加氢基础设施也是有一个清晰的规划,预计到2030年到2035年之间,国内加氢站能够达到5000座以上,现在我们已经实现了第一阶段的目标,正在朝2025年1000座这个目标去努力。当然对于氢气的运输方式,对于氢气的需求规划里边都有所呈现,大家可以会后再查阅。

最后介绍一下我们中汽中心对于氢能和燃电汽车产业做了哪些支撑性的工作?现在国内关注度最高的一个事情就是燃料电池汽车的示范推广应用,我们已经建立了国家氢能和燃料汽车的一个示范平台,大家可以发现我们不只是监控了车辆端的应用,也监控了各个城市群加氢相关的数据,也是为了实现这两个产业快速协同发展。

在硬件支撑方面,我们在天津建设了一个氢能与燃料电池汽车的试验基地,投资19.9亿元,整个园区都是围绕着新能源汽车进行的布局,右上角大H型的建筑就是燃料电池系统部件实验室。我们拥有一个国内最大实验用的加氢供氢的中心,能储存两吨以上的氢气,来为氢能和燃料电池行业进行技术服务。现在氢能试验中心已经建设完成,也欢迎大家到天津莅临指导。

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