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    儲(chǔ)氫仍是氫燃料汽車發(fā)展難題 低壓儲(chǔ)氫技術(shù)能解決嗎?

    中國(guó)汽車報(bào)

    圖片來(lái)源:視覺中國(guó)

    “其實(shí)氫能面臨的挑戰(zhàn)比燃料電池本身的挑戰(zhàn)要大得多?!敝袊?guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高曾多次在采訪中反復(fù)指出當(dāng)前發(fā)展燃料電池汽車面臨的一大困境——儲(chǔ)氫技術(shù)仍面臨重大挑戰(zhàn)。

    7月,全球首座低壓加氫站落戶遼寧,低壓固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)迎來(lái)突破。 “氫能源汽車發(fā)展有著可喜的前景,低壓合金儲(chǔ)氫技術(shù)來(lái)的正是時(shí)候?!?中國(guó)工程院院士郭孔輝這樣評(píng)價(jià)。

    那么,我國(guó)目前的儲(chǔ)氫、加氫情況如何?低壓儲(chǔ)氫技術(shù)能夠解決我國(guó)氫燃料汽車發(fā)展的 “卡脖子”難題嗎?

    低壓儲(chǔ)氫具一定創(chuàng)新性

    據(jù)了解,目前,氫的儲(chǔ)存主要有氣態(tài)儲(chǔ)氫、液態(tài)儲(chǔ)氫和固體儲(chǔ)氫三種方式。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫已得到廣泛應(yīng)用,低溫液態(tài)儲(chǔ)氫在航天等領(lǐng)域得到應(yīng)用,有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫尚處于示范階段。

    下圖是研發(fā)方給出的低壓固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)(合金固態(tài)儲(chǔ)氫)與國(guó)內(nèi)主流的35MPa高壓儲(chǔ)氫的數(shù)據(jù)對(duì)比。從圖中可以看出,低壓儲(chǔ)氫的優(yōu)勢(shì)主要在于需要的儲(chǔ)氫設(shè)備的體積小,加氫站設(shè)備成本低。但劣勢(shì)在于儲(chǔ)氫罐重量大,儲(chǔ)氫系統(tǒng)成本高。

    工信部裝備工業(yè)發(fā)展中心副研究員尚勇指出,該技術(shù)可以使運(yùn)輸、儲(chǔ)存到加注環(huán)節(jié)的壓力降低下來(lái),這樣就可以繞過國(guó)外的氫壓縮機(jī)以及儲(chǔ)罐的技術(shù)壁壘,實(shí)現(xiàn)自主突破;另外在儲(chǔ)氫密度上又能提高三倍,初步計(jì)算可以產(chǎn)生20倍的放大效應(yīng)。

    “目前,我國(guó)沒有高強(qiáng)度的碳纖維和高壓的壓縮機(jī),因此采取低壓合金儲(chǔ)氫技術(shù)路線是可行的,也具有一定創(chuàng)新性?!敝袊?guó)科學(xué)院院士都有為評(píng)價(jià)說(shuō)。

    當(dāng)前更適合公交領(lǐng)域

    但是,儲(chǔ)氫罐重量偏重帶來(lái)的成本問題確實(shí)也難以忽視。“從給出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)上來(lái)看,目前的低壓儲(chǔ)氫技術(shù)更適合公交領(lǐng)域?!睆埣腋蹥湓菩履茉囱芯吭涸洪L(zhǎng)魏蔚對(duì)記者表示。

    魏蔚指出,低壓車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)的重量是現(xiàn)在高壓儲(chǔ)氫方式的三倍以上,因此低壓儲(chǔ)氫系統(tǒng)當(dāng)下的目標(biāo)定位應(yīng)該是對(duì)重量不敏感的車型。畢竟,車輛重量的增加,意味著終端用戶使用成本的增加,再加上系統(tǒng)成本偏貴,因此該技術(shù)目前更適合的應(yīng)用場(chǎng)景主要是以政府采購(gòu)為主、成本相對(duì)不很敏感的公交領(lǐng)域,而向其他領(lǐng)域拓展應(yīng)用的難度較大。同時(shí),公交車作為大量載人的交通工具,對(duì)安全性要求更高,相比之下也更適合低壓儲(chǔ)氫技術(shù)路線。

    對(duì)于成本問題,該技術(shù)的研發(fā)方之一——有研工程技術(shù)研究院教授級(jí)高工蔣利軍表示,低壓合金儲(chǔ)氫技術(shù)目前確實(shí)存在重量偏重的問題,百公里耗氫量比高壓儲(chǔ)氫多0.3公斤,按照目前每公斤50元的價(jià)格計(jì)算,百公里增加的用氫成本是15元。他同時(shí)表示,未來(lái)努力方向是通過產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化和批量化,以及改善儲(chǔ)氫材料等方式降低成本。

    我國(guó)高壓加氫站是主流

    加氫站方面,《中國(guó)汽車報(bào)》記者從一份研報(bào)中看到,目前,全球加氫站主要以高壓儲(chǔ)氫和低溫液態(tài)儲(chǔ)氫為主,全球加氫站中約1/3為液態(tài)加氫站,日本約半數(shù)加氫站為低溫液態(tài)儲(chǔ)氫配套低溫泵加氫站,而我國(guó)的加氫站建設(shè)還處于發(fā)展初期,現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)的加氫站均為高壓儲(chǔ)氫加氫站。

    數(shù)據(jù)顯示,設(shè)備成本占據(jù)國(guó)內(nèi)加氫站建設(shè)的70%左右。根據(jù)測(cè)算,不含土地費(fèi)用,國(guó)內(nèi)建設(shè)一座日加氫能力500公斤、 加注壓力為35MPa的加氫站需要約1200萬(wàn)元,約相當(dāng)于傳統(tǒng)加油站的3倍。對(duì)于商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的加氫站,除建設(shè)成本外,還面臨著設(shè)備維護(hù)、運(yùn)營(yíng)、人工、稅收等費(fèi)用,折合加注成本約在13-18元/公斤左右。

    對(duì)比看來(lái),低壓加氫站300萬(wàn)元的建設(shè)成本確實(shí)減小不少。同時(shí),研發(fā)方稱,該技術(shù)在加氫時(shí)采用無(wú)加壓,不存儲(chǔ)的加注方式可以降低加氫站設(shè)備與投資要求,占地面積由原先的3000平米大幅降至300-500平米;高壓加氫站受到加壓機(jī)以及高壓儲(chǔ)氫容量的影響,站內(nèi)氫氣存儲(chǔ)量在500-2000公斤不等,而低壓加氫站則不受存儲(chǔ)量的限制;低壓加氫站還可通過對(duì)現(xiàn)有加油站和CNG加氣站稍加改造的方式投入運(yùn)營(yíng)。

    大規(guī)模應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路

    在車載儲(chǔ)氫技術(shù)方面,高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是國(guó)內(nèi)外的主流,并在燃料電池車上配裝高壓儲(chǔ)氫瓶。同等體積下,壓力越大儲(chǔ)氫量越高,車輛行駛里程就更遠(yuǎn)。然而,受儲(chǔ)氫瓶材料限制,我國(guó)高壓儲(chǔ)氫的壓力多為35MPa,歐、美、日等國(guó)家采取的壓力則是70MPa,這限制了我國(guó)氫燃料電池汽車的發(fā)展。

    對(duì)此,有研工程技術(shù)研究院的一位工作人員表示,低壓固態(tài)儲(chǔ)氫的壓力僅為5MPa,繞過了高壓儲(chǔ)氫因高壓受限于儲(chǔ)氫材料的情況。低壓合金儲(chǔ)氫系統(tǒng)的制造過程從原材料到生產(chǎn)全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,合金材料也可回收再利用。

    另外,雖然高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)比較成熟,應(yīng)用普遍,但是該技術(shù)存有泄漏、爆炸的安全隱患,安全性能有待提升。低壓合金儲(chǔ)氫的加氫系統(tǒng)、加氫站操作便捷迅速,加氫壓力降低,體積小,安全程度高。

    “我們的目標(biāo)是打造更符合中國(guó)國(guó)情、更安全、更經(jīng)濟(jì)的燃料電池汽車技術(shù)?!蓖瑸檠邪l(fā)方之一的深圳市佳華利道新技術(shù)開發(fā)有限公司董事長(zhǎng)凌兆蔚說(shuō)。

    但在當(dāng)前高壓儲(chǔ)氫為主流的情況下,低壓合金儲(chǔ)氫的推廣難度很大。一位不愿具名的業(yè)內(nèi)人士指出,高壓儲(chǔ)氫產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外逐步發(fā)展起來(lái),低壓儲(chǔ)氫技術(shù)想要大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用將面臨與現(xiàn)有高壓儲(chǔ)氫技術(shù)推廣競(jìng)爭(zhēng)的態(tài)勢(shì),想要發(fā)展勢(shì)必還有很長(zhǎng)的路要走?!叭绻@個(gè)技術(shù)路線更可行的話,國(guó)外早就發(fā)展了,不會(huì)是現(xiàn)在高壓儲(chǔ)氫占主流的態(tài)勢(shì)?!边@位業(yè)內(nèi)人士說(shuō),低壓儲(chǔ)氫技術(shù)路線走向產(chǎn)業(yè)化會(huì)面臨相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

    缺乏頂層設(shè)計(jì)是真正的攔路虎

    歐陽(yáng)明高表示,新一代的制氫技術(shù)在科學(xué)層面已經(jīng)有突破,但如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用更為重要。

    根據(jù)《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書(2016)》,到2020年我國(guó)建成加氫站將達(dá)100座,2030年將達(dá)到1000座。數(shù)據(jù)顯示,截至2018年,全球已建成369座加氫站,日本、德國(guó)、美國(guó)合計(jì)占比54%。我國(guó)排名第四,已建成23座,占比6%。其中,建站手續(xù)齊備的商業(yè)化加氫站6座。多數(shù)加氫站的規(guī)劃設(shè)計(jì)、工藝流程及設(shè)備配置、氫源選擇、自動(dòng)控制系統(tǒng)等尚不能滿足商業(yè)化運(yùn)營(yíng)要求,耐久性驗(yàn)證較少。

    缺少國(guó)家頂層設(shè)計(jì)是真正的攔路虎,這導(dǎo)致加氫站建設(shè)的審批流程復(fù)雜、投資大、盈利能力有限、回報(bào)周期長(zhǎng)等。魏蔚表示,單純的加氫站建設(shè)時(shí)間在幾個(gè)月左右,但是審批則較為復(fù)雜。究其原因,主要是因?yàn)闅淠壳叭詫儆谖;?,所付出的建設(shè)成本和時(shí)間成本很高。

    據(jù)了解,目前氫燃料電池汽車的制造主要?dú)w口工業(yè)和信息化部管理,加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)尚沒有明確的主管部門,特別是加氫站用地審批難已經(jīng)嚴(yán)重制約了加氫站的建設(shè)速度。就目前發(fā)展來(lái)看,我國(guó)已經(jīng)出現(xiàn)了燃料電池汽車與加氫站數(shù)量不匹配的跡象,如果不改善將影響到整個(gè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

    (責(zé)編:李曉紅)

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    2019-08-07
    儲(chǔ)氫仍是氫燃料汽車發(fā)展難題 低壓儲(chǔ)氫技術(shù)能解決嗎?
    7月,全球首座低壓加氫站落戶遼寧,低壓固態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)迎來(lái)突破。 “氫能源汽車發(fā)展有著可喜的前景,低壓合金儲(chǔ)氫技術(shù)來(lái)的正是時(shí)候。” 中國(guó)工程院院士郭孔輝這樣評(píng)價(jià)。

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