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氢燃料汽车“卡脖子”难题有解了

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国能源报 发布时间:2019-07-12 浏览:
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低压合金储氢从运输、存在到加注等环节把氢的压力降低,不仅明显提升了安全性和经济性,更绕开了国外氢压缩机及储氢罐的技术壁垒。但目前该技术仍缺乏行业标准和公众认知度。

氢燃料电池汽车虽然“大热”,但车载储氢却一直是“卡脖子”的难题。而现在,这一问题或出现了有效解决途径。

7月8日,由深圳市佳华利道新技术开发有限公司(以下简称“佳华利道”)、有研工程技术研究院、绿航星际太空科技研究院及飞驰汽车联合研发制造的全球首台低压合金储氢燃料电池公交车和全球首座低压加氢站落户辽宁省葫芦岛市。记者现场乘坐这台低压合金储氢公交车后发现,该车空间更宽敞、噪音更低,加氢过程也更加简单。

佳华利道首席科学家黄宝泉在同期召开的“2019辽宁氢能产业发展高峰会”上介绍:“氢燃料电池汽车技术的研究和应用必须从全产业链角度考虑,不仅要包括储氢技术,还要包括加氢技术和加氢站建设。低压合金储氢和低压加氢技术已经在这些方面取得重大突破。”

对此,中国工程院院士郭孔辉坦言:“氢能源汽车发展前景广阔,低压合金储氢技术来得正是时候。”

(文丨本报记者 别凡)

车载储氢难阻碍氢燃料电池汽车产业化

氢燃料电池汽车产业链大致包括制氢、运氢、加氢、车载储氢、燃料电池系统、汽车电力驱动系统等环节。但受氢燃料自身特性限制,车载储氢当前已成难以攻克的环节。中国科学院院士欧阳明高在日前召开的2019世界新能源汽车论坛上再次重申,车载储氢与车下运氢、氢能加注已经成为氢燃料电池商用车的应用瓶颈。

▲图为全球首座低压加氢站

▲图为氢气灌输拖车

记者了解到,目前车载储氢技术主要有高压气态储氢、低温液态储氢、固态储氢和有机液体储氢等。高压气态储氢因技术相对成熟、成本相对较低成为目前氢燃料电池汽车主要储氢技术,其车载储氢瓶大多使用III型(30-70MPa)、IV型(70MPa以上)两种容器,目前我国车载高压储氢中主要使用35MPa的III型瓶,70MPa瓶也已研发成功并小范围应用。但是,目前高压气态储氢仍存在体积储氢密度偏低,高压加氢站成本偏高、故障多发等问题。

数据显示,目前国内35Mpa高压储氢瓶的体积储氢密度为20kg/m³,70Mpa的为29kg/m³。而要给35Mpa的高压储氢瓶加氢,需先从20Mpa的氢气管束拖车中卸气,再利用氢气压缩机升压至42Mpa,然后才能将其存储至加氢站内的高压储氢瓶组中,进而输气至加氢机,最后才能给氢燃料电池汽车加氢。

复杂的过程使得35Mpa技术路线的加氢站仅设备成本就高达1000-1200万元,70MPa的更是高达3000万元左右,成为制约加氢站建设的一大难题。而相关研究数据显示,升压用的氢气压缩机恰是高压加氢站内装备成本占比最高的部分,高达61%,其次是占比达12%的高压储罐;同时,即使是在加氢站数量最多的日本,氢气压缩机故障率也高达26%,是该国2016年高压加氢站故障率最高的装备。

更为关键的是,由于我国车载储氢研发起步晚、原材料性能差等原因,制造35Mpa和70Mpa高压气态储氢罐的主要原材料——碳纤维尚不能满足车用氢瓶的要求,与氢气压缩机一样,主要依赖进口。

低压合金储氢安全性、经济性优势突出

在兴城低压加氢站现场,记者见证了工作人员为低压储氢燃料电池车的加氢过程。一位同行笑言:“这么多人围着,在必要的安全措施之后就可以加氢,如果是35Mpa或者70Mpa的高压储氢,恐怕没人敢靠近。”

▲图为低压储氢公交车加氢过程

虽是调侃,但也反映出当前公众对于高压储氢安全性的质疑与担忧。不久前引发全球关注的3起氢能安全事故中,挪威加氢站爆炸的原因就在于高压储罐中的接头漏氢。

而作为固态储氢的一种,低压合金储氢在安全性方面显然更有优势。

“在低压合金储氢技术中,氢是以粉末状的氢化物存在,且工作压力仅有5Mpa,如果发生意外,只会产生小火苗,而不是高压气态储氢的瞬间爆炸。”有研工程技术研究院研究员蒋利军介绍。

记者了解到,除了显而易见的安全性外,低压合金储氢系统可直接装载于客车底盘上,结构紧凑,体积仅为高压气瓶的三分之一,体积储氢密度可高达40-50kg/m³。而且,与之配套的低压加氢站简化了加氢环节,无需高压压缩,加氢压力仅为10Mpa,甚至可采用氢气管束拖车作为气源直接加注,降低了加氢设备技术与投资要求,加氢站设备成本可降至300万元左右,现有的CNG加气站或加油站简单改造即可满足加氢要求,供气量也不再受设备能力限制。

那么,低压加注、低压储氢是否就意味着加氢时间更长?对此,佳华利道总经理欧阳力文介绍,“如果采用20Mpa的恒定加氢压力,每分钟可加氢1.5kg,15分钟左右就可以加满一辆续航里程超300公里的氢燃料电池汽车。”

当然,低压储氢目前还并非完美。记者了解到,低压合金储氢装置的材料质量储氢密度为1.73wt%,且系统偏重,导致百公里耗氢量比高压储氢高0.3kg。“但如果加上加氢站的建设成本,低压合金储氢和低压加氢技术的综合性价比仍高于高压储氢。更重要的是,这项技术设备完全不依赖国外进口,是符合我国国情,最安全、经济的氢燃料电池汽车技术。”黄宝泉坦言。

行业标准待确立,公众认知需提高

“这台低压储氢公交车的生产过程很曲折,因为尚没有行业标准,很多厂商因不能拿到补贴而拒绝生产,但我们最终还是克服了重重困难,把它生产了出来。并且它的性能、加氢速度都不次于高压气态储氢。”谈及“第一个吃螃蟹”的感受,欧阳力文坦言,观念是当前最大的障碍,“相比高压储氢,低压储氢的宣传和推广远远落后,大众对于低压储氢的认知不足。”

▲图为全球首台低压储氢公交车

欧阳力文进一步表示,随着技术的不断发展,低压合金储氢的质量储氢密度有望在未来三年内提升至2.5wt%,并实现小型化、轻量化。

“低压合金储氢从运输、储存到加注等环节把氢的压力降低,绕开了国外氢压缩机及储氢罐的技术壁垒,是很大的突破。”工信部装备工业发展中心副研究员尚勇认为,低压合金储氢目前仍处于试点应用阶段,仍有诸多环节需完善,如储氢材料和放氢速度能否满足氢燃料电池汽车工况变化的需求,总体重量能否进一步降低,多年使用后的报废和回收、不同温度环境下快速启动等。

这一观点得到了中国工程院院士院士徐志磊的认同。“目前来看低压固态储氢技术接近成熟,是可以开发的,这一点我有信心。”徐志磊同时表示,任何产品都需保证安全性和可靠性,低压合金储氢技术仍需进一步完善,以接受市场检验。

记者获悉,目前佳华利道已经联合有关政府部门、专家以及产业链上的企业开始完善企业标准,并参与低压合金储氢行业标准的制定。

关键字:氢燃料电池汽车

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