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          氫能汽車產業(yè)化 空壓機行業(yè)有何為?

             【壓縮機網】如果說,2018年是氫燃料電池產業(yè)進入商業(yè)化的元年,那么2019年將是商業(yè)化初始階段的爆發(fā)期。
            1月12日,在北京召開的中國電動汽車百人會(2019)論壇上,工信部部長苗圩指出,加快推動燃料電池汽車關鍵技術研發(fā)及產業(yè)化,在經濟基礎好、地方積極性高的地區(qū)開展示范運行,打通產業(yè)鏈和氫能的供應鏈。
           
          氫能汽車產業(yè)化  空壓機行業(yè)有何為?
           
            但是,氫燃料電池汽車全產業(yè)鏈核心技術積累依然需要長期的積淀。“與豐田近三十年的技術相比,中國的(技術積累)時間還是短了一些。”日前,剛從黑河趕到張家口做氫能燃料電池客車高寒實驗的宇通10米燃料電池公交車項目經理王越說。“相對于黑河的高寒氣候環(huán)境,張家口較大的溫差能夠為試驗數(shù)據的完整性提供有意義的參考價值。”在北方冬季寒冷地區(qū),保障車用氫燃料電池能夠在低溫冷啟動非常重要,這也是王越在熱河和張家口做氫能燃料電池客車高寒試驗的目的所在。
           
            車用氫燃料電池的低溫冷啟動問題待解

            “低溫冷啟動對燃料電池壽命有何影響,(這項課題)依然還在研究當中。”1月20日在中國電池聯(lián)盟舉辦的全國氫燃料電池汽車產業(yè)技術峰會上加拿大國家工程院院士張久俊表示。他介紹說,氫燃料電池內部化學反應的生成物是水,而燃料電池內部是多孔介質結構,低溫環(huán)境下的相變(液態(tài)水向固態(tài)冰轉變)會阻礙反應體在多孔介質內部的傳質,從而影響電化學反應,導致性能下降,產熱降低,甚至發(fā)熱失敗。
            “目前,從車企公布的數(shù)據來看,豐田Mirai能夠在-30℃實現(xiàn)低溫冷啟動,上海榮威950能夠在-20℃度實現(xiàn)低溫冷啟動。”張久俊表示。
            從宇通客車實驗測試和氫燃料電池汽車示范運營情況來看,低溫冷啟動問題似乎并不嚴峻。“宇通氫燃料電池客車,置于-30℃高寒環(huán)境艙20小時后,可實現(xiàn)15min內成功啟動,多次啟動后燃料電池系統(tǒng)性能無衰減,車載氫系統(tǒng)安全無泄漏。2018年12月29日,在黑河-25℃環(huán)境溫度下,宇通燃料電池公交完成了整車8.2分鐘啟動,滿載C-WTVC工況下,完成200km路試試驗驗證。”在日前舉辦的中國電動汽車百人會論壇上國家電動客車電控與安全工程技術研究中心副主任李飛強介紹說。同時他以張家口宇通客車的示范運營為例,表示宇通氫燃料公交搭載60kW燃料電池系統(tǒng)在示范運營期間,能夠完全滿足整車全部能量需求,燃料電池功率輸出相對穩(wěn)定。截止到2018年12月31日,25輛公交車累計運行里程超過45.9萬公里,單車平均運行里程為1.856萬公里。”
            “問題是,在長期低溫環(huán)境下,車輛啟動對燃料電池壽命有何影響,目前還沒有相應的數(shù)據和報道。”張久俊說。
            而之所以氫燃料電池汽車的低溫冷啟動受到關注,在于其核心部件氫燃料電池電堆是一個“敏感”部件,“通入氫氣的溫度和純度都能影響其工作的效能,導致電池壽命的衰減。”一位業(yè)內人士向介紹說。

            氫氣的制備和存儲應尋求更多技術上的可能性

            在氫能燃料電池汽車上游,低成本制備氫氣和儲氫是制約氫能產業(yè)向規(guī)模化發(fā)展的另一瓶頸。
            專家表示,主流的煤氣化制備氫氣的氫技術難點在于氫氣的提純,“煤氣化制得的氫氣雜質含量多且復雜,尤其是氣體硫含量較大,若達到氫燃料電池的質量標準,其處理成本及難度較大。
            與制氫相比較,更大的難度在于儲氫技術的突破。在加氫環(huán)節(jié),首先是加氫站的成本。“建成一座加氫站大概需要1000萬元。”王越說,“幾年前建設加氫站還有補貼,現(xiàn)在沒有了,這對加氫站的運營帶來了很大的困難。”成本高的困難是多方面的,實際上,加氫站的建設本身難度并不大,而如今作為危化品管理的氫氣,在建設油-氫合建站及氣-氫合建站標準沒有明確且全國沒有統(tǒng)一的審批流程。加氫站本身的高投入還在于加氫部分設備及管壓管道及門管件尚不能國產化,基本依靠進口,不僅造價高而且供貨時間長。
            車用儲氫技術也亟需攻關。目前常用的車用儲氫技術是高壓氣態(tài)儲氫,氣瓶作為儲氫容器在其中作用至關重要。據了解,目前車用儲氫氣瓶多是鋁內膽纖維纏繞瓶(Ⅲ型)和塑料內膽纖維纏繞瓶(Ⅳ型),我國大多是使用Ⅲ型瓶,這種氣瓶以鍛壓鋁合金為內膽,外面包覆碳纖維,使用壓力主要有35MPa、70MPa兩種。我國車載儲氫中主要使用35MPa的Ⅲ型瓶。
            專家表示,高壓氣態(tài)儲氫是目前較為成熟的技術,但是能夠實現(xiàn)的質量儲氫密度相比于其他儲氫技術更小,若汽車長途運行,需要搭載更多的氣瓶。與國外相比,國外乘用車已經開始使用質量更輕、成本更低、質量儲氫密度更高的Ⅳ型瓶,而中國Ⅳ型瓶還處于研發(fā)階段。另外,由于中國生產的碳纖維還不能滿足車用氫瓶的要求,中國制作的Ⅲ型瓶的主要原材料碳纖維仍依賴進口。
            除了高壓氣態(tài)儲氫,還有低溫液態(tài)儲氫、高壓低溫液態(tài)儲氫、金屬氫化物儲氫、有機液體儲氫。上述技術都有著安全性不高,操作條件嚴苛,成本過高等不同程度的問題。
            為此,張久俊認為在氫氣的制備和儲存上應尋求更多技術上的可能性。“發(fā)展站內加氫模式和研究新型儲氫材料,液/固態(tài)加氫站可能是不錯的選擇”,同時他也表示,上述場景還面臨著很大的技術挑戰(zhàn),我國實際應用還不現(xiàn)實。

            補貼政策仍然是支撐行業(yè)發(fā)展的主要動力

            目前,北美、歐洲、日本和韓國的燃料電池汽車產業(yè)已進入商業(yè)化階段,我國仍處于商業(yè)化初期。自2016年以來,國內氫能與燃料電池汽車產業(yè)獲得快速發(fā)展,形成了京津冀、華東、華南、西南、華中、西北、東北等氫能與燃料電池汽車產業(yè)集群,建立起相對成熟的產業(yè)配套和商業(yè)化應用體系。業(yè)內專家認為,燃料電池汽車目前還處在產業(yè)化發(fā)展初期,補貼政策和減稅政策成為關鍵的動力。在國外,日本為每輛氫燃料汽車提供大約3萬美元的財政補貼,低于我國氫燃料電池乘用車補貼標準;而美國對燃料電池車補貼最少,并且將逐步取消對新能源汽車的補貼。2018年以來,包括北京、上海、廣東、武漢、重慶等省市已經出臺相關氫燃料電池汽車地方補助政策,并提出加氫站等基礎設施建設安排;廣東、湖北等地成立氫能與燃料電池汽車產業(yè)基金;蘇州、武漢等地出臺專門的氫能產業(yè)規(guī)劃政策;上海、大同、濟南、鎮(zhèn)江、武漢等10多個城市規(guī)劃建設氫能產業(yè)園。據了解,2018年燃料電池乘用車、輕型客車和貨車、大中型客車和中重型貨車分別單車補貼上限為20萬/輛、30萬/輛、50萬/輛。
            中國汽車工業(yè)協(xié)會公布的數(shù)據顯示,2018年燃料電池汽車產銷均完成1527輛。其中,氫燃料客車銷量1418輛;氫燃料電池貨車銷量為109輛。全國氫能標準化技術委員會提供的數(shù)據,截至2018年,全國共有14座建成投運的加氫站,另有約50座站點正處建設或規(guī)劃階段。相比日本、歐美動輒上百座的布局規(guī)模,加氫站在我國的發(fā)展速度相對緩慢。其中一個很重要的原因就是投資成本過高,而盈利遙遙無期。
            目前一個中等規(guī)模加氫站平均建站費用約1000~2000萬元,且由于氫燃料電池汽車數(shù)量較少,導致加氫站運營難度加大。加氫站建設成本之所以居高不下,是由于關鍵設備受制于進口。比如,投資占比最大的壓縮機,成本達到27%(300~600萬元);其次是儲氫設備,成本達到20%;加氫設備的成本占比也達到16%。
            據調查發(fā)現(xiàn),上海嘉定江橋的一座三級加氫站,項目投資高達1100萬元人民幣,運行5個月的綜合數(shù)據顯示,氫氣成本占加氫站運營成本的65.2%。加氫站工作人員表示:“加氫站距離盈利還有很長一段距離。”
           
            全國人大代表:加強加氫站建設發(fā)展

            在日前召開的全國兩會上,至少有4位來自汽車企業(yè)的兩會代表建議大力發(fā)展氫燃料電池汽車。
           
          氫能汽車產業(yè)化  空壓機行業(yè)有何為?
           
            “要改變加氫站補貼形式,加大補貼力度,避免加氫站成為地方政府形象工程,‘建而不用’”。全國兩會召開之際,全國人大代表、長城汽車總裁王鳳英就加快氫能源基礎設施建設提出相關建議。
            王鳳英認為,我國急需加強氫能源基礎設施尤其是加氫站的建設發(fā)展,理順整個氫燃料電池汽車產業(yè)生態(tài)鏈。她建議,改變加氫站補貼形式,加大補貼力度,制定相關政策,聚焦車用氫燃料電池關鍵核心技術,以及制氫、儲氫、加氫等核心技術的研發(fā)。同時,明確加氫站建設及運營監(jiān)管的相關制度,參照天然氣加注站的管理方式對加氫站進行管理,統(tǒng)一規(guī)劃全國加氫基礎設施,降低審批難度,組建加氫站建設運營“國家隊”,統(tǒng)一規(guī)劃我國氫燃料電池汽車基礎設施建設,形成具有國際競爭優(yōu)勢的戰(zhàn)略布局,促進氫能源產業(yè)上下游產業(yè)鏈全面發(fā)展。
            廣汽集團董事長曾慶洪認為,應落實加氫站規(guī)劃,通過多種形式補貼,由點到面逐步加快加氫站布局與網絡建設。他建議,政府一方面應加大加氫站建站補貼力度,另一方面加速制氫產業(yè)發(fā)展,降低氫氣成本,同時從運營角度,考慮給予加氫運營補貼,促進加氫站的網絡建設。
           
            應該大力發(fā)展電池動力系統(tǒng)核心技術

            “燃料電池目前面臨很多挑戰(zhàn),在電池發(fā)動機層面主要是膜電極和空壓機。”中國科學院院士歐陽明高表示。
            氫燃料電池電堆是氫能燃料電池汽車動力系統(tǒng)的核心部件。在整個動力系統(tǒng)中,電堆的成本占據了總體的40%~55%。在電堆之中,膜電極組件又是關鍵中的關鍵。
            “氫燃料電池動力系統(tǒng)中零部件基本能夠實現(xiàn)國產替代,但是膜電極組件還需要依賴進口,盡管國內科研機構有技術上的突破,但一些產品還是用國外的部件,因為國外產品的一致性相對較好。”一位業(yè)內人士表示。
            除了核心部件膜電極,氫燃料電池動力系統(tǒng)還需要大量的輔助系統(tǒng),一般而言,電堆、氫氧供應系統(tǒng)、水熱管理系統(tǒng)、電能變換系統(tǒng)和控制系統(tǒng)一起組成了氫燃料電池的發(fā)電系統(tǒng)。
            空壓機則是空氣壓縮機,是車用燃料電池氫氧供應系統(tǒng)的重要部件,它將常壓的空氣壓縮到燃料電池期望的壓力,由于燃料電池內部的化學反應對環(huán)境“苛刻”的要求,參與反應的空氣(其中的氧氣)的溫度、濕度、壓力和流量需要空壓機進行控制與調整。車用氫燃料電池空壓機的性能可以直接影響燃料電池系統(tǒng)的效率、緊湊性和水平衡特性。目前廣泛應用的工業(yè)壓縮機無法滿足其性能需求。
            中國車用氫能燃料電池在關鍵部件與國外存在較大的差距,如高性能空壓機、氫循環(huán)系統(tǒng)、水、散熱器、中冷器等大部分為進口設備,尤其是膜電極組件受制于人,亟需攻關。
           

          標簽: 氫能空壓機汽車  

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