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激辩氢能与燃料电池行业10大争议话题(上)

作者:中国储能网新闻中心 来源:高工氢电 发布时间:2019-12-23 浏览:
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作为刚刚起步的新兴产业,氢能和燃料电池备受社会各界瞩目的同时,也存在很多争议。这些争议主要源于:新事物本身缺乏统一的标准,发展面临多种可能性,技术路线探索多元化,短期中期长期发展“取舍”不同。客观来看,在新兴产业起步阶段,适当的争议是有必要的,能够激发更多的思考,在激烈交锋与实践当中不断进步。

高工氢电常年走访调研在氢能与燃料电池行业一线,秉持客观中立角度,总结归纳出最受业内人士关注及颇具争议的十大话题,以供读者思考:

1、灰氢、蓝氢、绿氢

世界能源理事会把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”,而通过可再生能源制取的氢为“绿氢”。

工业和信息化部原部长/中国工业经济联合会会长李毅中表示:“灰氢不可取,蓝氢可以用,废氢可回收,绿氢是方向。”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也认为:“我们要发展氢能,只能以绿氢为主,灰氢是过渡,现在还可以用,过几年最好不要用,用灰氢,二氧化碳要封存和掩埋。”

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。氢源从根源上是绿色的、环保的、可再生的,的确是产业链奋发前进的动力。

不过,当前氢能产业处于发展初期,下游燃料电池应用氢源极度缺乏,加之可再生能源制氢技术不成熟、储运也难,灰氢利用处理技术不完善、成本也高,目前国内华北地区、珠三角地区、长三角地区的很大部分用氢来自于气体公司,而气体公司的氢气主要通过天然气裂解、甲醇裂解而来,这类制氢及储存运输技术成熟,但却不是最终可取的路径。

难道氢源没解决好,就不发展燃料电池了吗?众所周知,只有燃料电池发展起来,才有可能带动氢能发展,而燃料电池没有氢气又何谈发展。所以,尽管业界都希望有可以支撑这个产业的技术,同时又能够有可持续发展的,能够低碳高效的低成本氢能解决方案,但为了让燃料电池先行发展,让氢能发展有预期,业界在短期内不得不采用不够环保经济的氢源方案。

期待在尽可能短的时间内解决矛盾问题,这需要业界各方的共同努力。

2、气氢、固态储氢、有机液态储氢、液氢

目前中国运氢方式只有高压储氢+20MPa长管拖车模式。气态储氢技术相对成熟、应用也广泛,但也存在高压氢气品质控制难、运输半径短、安全隐患等问题。业界正在开发能承受更高压力的容器,但技术有“天花板”,运输半径始终有限;固态合金储氢具有体积储氢密度高、安全性好、运输距离相对气氢长、不需要高压容器和隔热容器、可得到高纯氢等优点,但也有价格贵、吸收氢后重量太大等缺点;

有机液态储氢中的有机化合物可以可逆吸放大量氢,且由于反应高度可逆,可长期稳定使用,有体积储氢密度高和易于运输等优点,但存在技术操作条件较为苛刻,要求催化加氢和脱氢的装置配置较高,导致费用较高等问题;液氢具有很高的密度,体积比容量大,体积占比小,运输半径最大,可得到超纯氢,但问题在于把气氢变成液氢较难,且为了能够稳定的储存液氢,需要耐超低温和保持超低温的特殊容器等。目前我国液氢工厂仅为航天火箭发射服务,受法规所限,还难以应用于民用领域。受限于技术,国内的应用成本很高。

各类储氢技术有各自的优缺点,目前每一种储氢路径都有企业在努力探索当中,希望技术尽快突破,成本尽量降低,将合适的储氢技术应用到合适的应用场景当中。

固态储氢方面,高工氢电了解到,当前船舶用氢燃料电池系统方案中正在探索固态储氢方式,因为船舶储氢处于密闭空间,固态储氢相对气氢更安全。上海氢枫董事长方沛军向高工氢电表示,与现有长管拖车储氢能力对比,固态镁基材料储氢是前者的4倍,用固态储氢进行运输是一种发展方向。公司与上海交通大学材料学院丁文江院士以及邹建新教授团队共同布局固态镁基材料储氢的运输方式。

有机液态储氢方面,衣宝廉表示:“我推荐有机化合物储氢,因为它可以把现在柴油和汽油的运输装备用起来。现在建油氢混合站,如果用有机化合物去储氢,储氢就不用那么多氢气瓶。比如把甲苯储在原先的油库当中,用的时候把甲苯拖上来脱氢变成氢气用了,甲基环己烷再回去加氢。如果我们大力发展油氢混合的加氢站,应该发展有机化合物储氢这条路径,这样就解决了氢气很多运输路上的问题,跟用柴油和石油一样。”

液氢方面,国家能源集团北京低碳清洁能源研究院院长卫昶表示,现在液氢技术在国际上势头发展挺猛,现阶段5个月就有5家液氢工厂开工,而在过去其实是每5年才有1家。通过做总成本的测算,液氢在生产上成本会提高,但在运输和加注上面成本可以大幅度降低,综合起来非常具有竞争力,北京低碳院在这个领域做了很多的工作。液氢从运输和储存角度来看都是将来的发展方向。

近日国内首个液氢协同创新联合体宣告成立。该联合体由航天101所、中国特检院、中科院理化所、北京低碳院、西安交大、浙江大学、浙能集团等13家国内液氢科研、应用、产业优势单位发起,将聚焦液氢领域关键核心技术,开展液氢技术和装备研究、研制、试验、检测、产业化等方面产学研用合作。这提振了国内发展液氢的信心。

3、氢气危化品与能源属性

摘掉氢气危化品的帽子,将氢气作为能源管理,是很多业内人士在呼吁的事情:(1)有危化品的帽子,让用户感觉氢气很危险、不安全,不利于发展氢能;(2)制氢被要求放在化工园区内,一些希望通过现场制氢(避开储运难题)获取氢气的加氢站及企业被限制了;(3)氢气没有被赋予能源属性,缺乏能源管理标准,产业发展空间被极大限制。

客观来看,常温常压下,氢气是一种极易燃烧,无色透明、无臭无味的气体。氢的爆炸极限低,的确是比较危险的。今年以来,韩国、美国、挪威等国发生过多起氢燃料储罐爆炸、加氢站爆炸等事件。虽然这些爆炸事件全部发生在氢气制储运过程中,并非氢燃料电池汽车本身,是因为人员操作不规范和技术流程不严格而发生的。不过,多次发生的爆炸事件也警醒着整个行业:由于氢气自身的特性,氢气制储运过程中,以及加氢站设计、建设、运营中,要注意的问题数不胜数。发展氢能必须将安全放在首位。

回到危化品与能源属性的话题,从氢气本身的特性来看,其实氢气被列为危化品是合理的,这与将其作为能源管理两者之间并不冲突。未经加工处理的石油属于危化品,液化气属于危化品,柴油也为危化品,但都被赋予了能源属性,划归能源管理范畴,不都发展好好的吗?所以说,氢气不必摘取危化品帽子,但急需要被赋予能源属性,以获得更大的发展空间。

国家发展和改革委员会能源研究所能源效率中心副主任熊华文表示:“业界一直在讨论,氢能要有战略定位,要明确氢能的产业属性,最近这方面还是有一些进展,国家发改委和能源局牵头制定氢能产业的发展规划,既然能源局参与,那么可以大概知道对氢能的定义大致还是从能源属性的角度来看待这个事情。后面即使把氢能作为能源管理,和危险化学品还是两回事,氢能的定位在顶层设计上基本还是明确的。”

最新的令人兴奋的消息是,在2019年11月份印制的《能源统计报表制度》里,国家统计局要求,氢气和煤炭、天然气、原油、电力、生物燃料等一起,纳入2020年能源统计。

能源统计是运用综合能源系统经济指标体系和特有的计量形式,采用科学统计分析方法,研究能源的勘探、开发、生产、加工、转换、输送、储存、流转、使用等各个环节运动过程、内部规律性和能源系统流程的平衡状况等数量关系的一门专门统计。按国家统计局相关规定,我国实行能源统计报表制度,主要由综合年报表、综合定期报表、基层年报表构成,反映能源的生产、进出口、库存、购进、消费和能源单耗等情况。这是国家统计局首次将氢气纳入能源统计,被业界评为“将氢气纳入能源管理,迈出了坚实的一步。”

4、加氢站与车,是先有鸡还是先有蛋?

目前,中国氢能发展最大的障碍之一在于如何实现规模化和经济性,但尴尬之处在于,氢能各个环节不同程度存在矛盾:中下游的用量上不来,上游的成本降下不去。从基础设施和车来看,加氢站少,车辆无处加氢,难以大规模推广;同时当前建加氢站成本很高,氢燃料电池车没普及,加氢车辆少,成本难回收,又掣肘着加氢站的规模化扩张。

高工氢电走访调研具备大量化工副产氢的企业,对方直言:我们氢气要多少有多少,但下游真实的需求有多少呢?现在氢能概念这么热,但谁又说的准未来怎么样?负责建加氢站的企业说:如果现在就考虑营收回报,那就干脆别进这个行业,因为根本无法考虑,投入大,回报遥遥无期。现在建加氢站考虑的不是通过卖氢气挣钱,而是这个“指标”更珍贵,这块地更值钱。负责推广氢能汽车的企业说:现在加氢站这么少,有了车也跑不起来,还怎么推广?

所以,氢能方与氢能汽车方就是“你看看我,我看看你,你指望我,我指望你”,彼此的心情着实情有可原,谁都不想承担前期大量投入的风险。由此来看,氢能产业似乎陷入一种恶性循环。无论如何,打破这一恶性循环首先还是要找到主要矛盾和突破口。当前主要矛盾还是在下游和基础设施。应该用下游推上游、基础设施推动汽车,市场运用推产业发展。

春阳资本燃料电池产业首席分析师武洋认为,“车站联动”是目前打开氢燃料电池汽车市场最好的办法。要想发展氢能产业,整个产业链条上每一家相关企业必须合作,从上游的系统集成商到整车厂,再到下游的车辆运营商和加氢站运营商,环环相扣,在大批量投入车辆进行运营的同时,加快落实加氢站的建设运营。

诸如武洋所述,此前由氢车熟路汽车运营(上海)有限公司负责运营的、搭载上海重塑动力系统的500辆燃料电池车的投放便是最为典型的案例。在该批车辆的投放过程中,车辆运营商、加氢站运营商、系统集成商和整车企等多方联动,促使该批车辆能够正常投放运营至今。

事实上,当前国内加氢站的建设分布基本都会选择氢燃料电池车规模数量的较大的地方,以车站联动的规模化加氢方式平衡加氢站所带来的成本。而选择投放氢燃料电池车辆,也会尽量选择加氢便利的区域。当然也有不少地方是车辆先交付,静待加氢站建设的。

5、70Mpa,四型瓶

如果细数国内发展氢能“卡脖子”问题,四型瓶当属其中之一。相较于金属内胆的三型瓶,非金属内胆的四型瓶拥有优异的抗氢脆腐蚀能力,质量更轻,生产成本更低,更易于打开市场空间,是引领国际氢能汽车高压储氢容器发展方向的新型产品。但在国内发展却面临很多困难与挑战,原因包含标准法规与技术等多方面。

目前我国已经实施能够适用于35MPa和70MPa的高压储氢瓶的相应标准GB/T35544-2017《车用压缩氢气铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶》。但这一标准只是意味着70MPa三型瓶可以经过检测试验安全后上车运行,国内针对70MPa四型瓶的法规标准仍然是一片空白。

据了解,早在2015-2016年,车载天然气气瓶采用过四型瓶(与四型氢瓶类似),出厂时这些气瓶都符合相关规范,结果装车后出现了问题,甚至出现过人命事故,很多当事人被停职。所以导致法规标准制定者很抵触四型瓶,至今仍然没有放开。

不过,这并不意味着未来国内就不会有四型瓶,随着国外四型瓶应用的成熟,以及国内企业、资本的推动,或许能打开一道口子。事实上,据高工氢电观察发现,四型瓶在国内的应用发展,比预想中的要快,相信标准法规的拟定也将会提上日程。

11月6日,京城股份在《关于请做好京城股份非公开发行发审委会议准备工作的函》的回复中透露,本次非公开发行 A 股股票募集资金全部用于四型瓶智能化数控生产线建设项目、氢能产品研发项目和偿还控股股东及金融机构债务。其中四型瓶智能化数控生产线建设项目 5200万元,拟使用募集资金投资金额5200万元。

“与三型瓶相比,四型瓶更易于打开市场空间,拥有更广泛的应用领域。”京城股份表示,公司四型瓶智能化数控生产线建设项目建设建成投产后,将打开氢能汽车市场的大门,进一步拓宽公司市场版图。同时,四型瓶有利降低生产成本,提升公司竞争力和持续发展能力。

高工氢电了解到,国内浙江大学研发的四型瓶已经在做实验。

值得注意的是,若论四型瓶,还是国外企业更有经验,技术更加可靠。他们看到了中国市场对四型瓶的潜在需求,正将目光瞄准中国市场,四型瓶领军企业挪威Hexagon是其中之一。

11月28日,PlasticOmniun彼欧研发的四型70兆帕,80升储氢容器已通过所有R134认证测试,这是欧洲首个获得R134安全认证的70兆帕压力容器。在今年7月,彼欧集团宣布,总投资1亿欧元在中国和比利时开设研发中心。两个新的研发中心,专注于排放控制和燃料系统以及新能源,包括高压氢气罐和燃料电池。其中武汉的碳纤维缠绕生产线近期已经启动。彼欧选择研发Ⅳ型储氢瓶,显然瞄向的是氢燃料电池乘用车市场,且目标首选欧洲和中国。

12月佛吉亚在一次展会上展出了其储氢罐。佛吉亚中国区业务战略及乘用车产品线总监白立松在接受高工氢电采访时表示,佛吉亚将继续推进燃料电池储氢罐业务,而燃料电池电堆业务将由与米其林集团的合资公司SYMBIO来推动。佛吉亚的Ⅳ型储氢瓶未来会在中国市场进行推广,在燃料电池电堆业务,则会由SYMBIO来运营。

关键字:氢能

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