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氢能产业链专题论坛(氢能源产业链)

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-02-03   来源:风电叶片   作者:风电招聘   浏览次数:170
核心提示:储氢:氢储存主要分为三类:气态储氢、液态储氢和固态储氢。高压气态储存技术最为成熟,已广泛应用,低温液态储氢在航天领域有所应用,有机液态及固体材料仅在部分燃料电池及分布式发电中实现示范应用。气态储氢:高压气态储氢技术成熟,储氢密度和安全性方面存在瓶颈;碳纤维缠绕高压氢瓶的推广应用实现高压气态储氢由固定式应用向车载储氢应用转变。液态储氢:低温液态和有机液态储氢,低温液态储氢密度大,成本很高;有机液态储氢尚处于示范阶段。液氢在国内仅在航天领域有少量实际应用,产业链各环节已初步具备自主国产化技术和产品。固体储氢:

   

储氢:氢储存主要分为三类:气态储氢、液态储氢和固态储氢。
高压气态储存技术最为成熟,已广泛应用,低温液态储氢在航天领域有所应用,有机液态及固体材料仅在部分燃料电池及分布式发电中实现示范应用。
气态储氢:高压气态储氢技术成熟,储氢密度和安全性方面存在瓶颈;碳纤维缠绕高压氢瓶的推广应用实现高压气态储氢由固定式应用向车载储氢应用转变。
液态储氢:低温液态和有机液态储氢,低温液态储氢密度大,成本很高;有机液态储氢尚处于示范阶段。
液氢在国内仅在航天领域有少量实际应用,产业链各环节已初步具备自主国产化技术和产品。
固体储氢:技术不成熟,海外实现燃料电池潜艇商业引用,国内实现分布式发电示范应用。
气态储氢:高压气态储氢是目前广泛应用的储氢方式,在国内外已经实现一定规模商用。
这种技术路线主要通过高压储气瓶来实现氢气的储存和释放。
根据材质的不同,高压储氢瓶分为纯钢制金属瓶(I 型)、钢制内胆纤维缠绕瓶(II 型)、金属内胆纤维缠绕瓶(III 型)和塑料内胆纤维缠绕瓶(IV 型)4 种。
根据高压氢容器的不同使用要求,可以将高压储氢分为固定式高压储氢、车载轻质高压储氢和运输用高压储氢。
储气瓶产业链及原材料:储氢瓶产业链可以简单划分为上游原材料和零部件,中游生产制造和下游终端应用三个环节。
其中,上游原材料包括铝材、钢材、碳纤维和树脂等,零部件包括各种金属阀门和各类传感器;中游生产制造设备和制造工艺等;下游则是在燃料汽车、氢气运输罐、加氢站等场景上的应用。
在产业链供应方面,目前车载储氢瓶核心材料及零部件如碳纤维主要依赖进口,瓶口阀、减压阀等也主要依赖进口,未来这些关键材料和零部件将逐步实现国产化。
储气瓶竞争格局:储气瓶原材料:碳钎维占比最大目前,国内外车载储氢气瓶(III/IV 型)由内至外包括内衬材料、过渡层、纤维缠绕层、外壳保护层。
国内内衬材料多选用 铝合金,国外则多选用特种塑料;内层之外又称为复合材料层,一般分为两层,内层为碳纤维缠绕层,一般是由碳纤维和环 氧树脂构成;外层为玻璃纤维保护层,一般是由玻璃纤维和环氧树脂构成。
两层均是由缠绕工艺制作而成,通过对环氧树脂 加热固化,以保证气瓶强度。
碳钎维:根据广州赛奥碳纤维技术有限公司发布的《2020 全球碳纤维复合材料市场报告》,2020年全球碳纤维行业有效产能为16.79万吨,比 2019年增加了约 1.30 万吨。
从全球范围来看,中国、美国和日本三国产能分别为4.50万吨、3.73万吨和2.92万吨,占全球总产能6成以上。
目前我国碳纤维企业主要以中复神鹰、恒神股份、光威复材等企业为主。
液态储氢:液态储运的储氢密度高,能运送大量氢气,适用长距离运输氢气运。
但液态氢的密度是气体氢的845倍。
液态氢的体积能量密度比压缩状态下的氢气高出数倍,如果氢气能以液态形式存在,那它替换传统能源将水到渠成,储运简单安全体积占比小。
但事实上,要把气态的氢变成液态的并不容易,液化1kg的氢气需要耗电4-10kWh,液氢的存储也需要耐超低温和保持超低温的特殊容器,储存容器需要抗冻、抗压以及必须严格绝热。
我国油气公司在LNG和LPG领域有丰富的经验和运输车辆储备,若成本下降得以实现,未来有望在液态氢气运输上具备竞争力。
目前海外超过1/3的加氢站使用液态储运的方式。
低温液态储氢:低温液态储氢将氢气冷却至-253摄氏度,液化储存于低温绝热液氢罐中,储氢密度可达70.6kg/m3,体积密度为气态时的845倍,实现高效储氢,其输送效率高于气态氢。
但液氢装置一次性投资较大,液化过程中能耗较高,储存过程中有一定的蒸发损失,其蒸发率与储氢罐容积有关,大储罐的蒸发率远低于小储罐。
国内液氢已在航天工程中成功使用。
有机液体储氢:利用某些不饱和有机物与氢气进行可逆加氢和脱氢反应,实现氢的储存,加氢后形成的液体有机氢化物性能稳定,安全性高,储存方式与石油产品相似。
但存在着反应温度较高、脱氢效率较低、催化剂易被中间产物毒化等问题。
国内已有燃料电池客车车载储氢示范应用案例。
优点:从储氢含量、储氢过程能量消耗、储氢成本高低等角度综合考虑,类似苯、甲苯这样的单环芳香烃储氢量较大、储氢过程可逆、效果好。
储氢量大、储氢密度高。
接近美国能源部对储氢系统的要求。
循环系统热效率较高。
加氢过程为放热反应,脱氢过程为吸热反应,加氢反应过程中释放出的热量可以回收作为脱氢反应中所需的热量,从而有效地减少热量损失,使整个循环系统的热效率提高。
氢载体可以利用现有的设备进行储存和运输,适合于长距离氢能的输送。
缺点:加氢反应和脱氢反应设备较为复杂,操作费用较高;加氢反应过程和脱氢反应过程均要使用催化剂,且催化剂活性不够稳定;脱氢反应温度较高等。
技术应用:氢阳新能源控股有限公司就宜都10000t/a储油项目与中国五环工程有限公司签约了EPC总承包合同,该项目采用的专利技术为氢阳能源开发的常温常压有机液态储氢材料生产技术(LOHC)。
LOHC技术是新型安全高效的氢气储运技术,可有效地破解当前氢能源产业在存储、运输和应用方面存在的低安全性和高成本难题,处于世界领先水平。
液氨储氢:将氢气与氮气反应生成液氨,作为氢能的载体进行利用。
液氨在常压、400℃的条件下即可得到H2,常用的催化剂包括钌系、铁系、钴系与镍系,其中钌系的活性最高。
液氨燃烧产物为氮气和水,无对环境有害气体。
2015年7月,作为氢能载体的液氨首次作为直接燃料用于燃料电池中。
通过对比,发现液氨燃烧涡轮发电系统的效率(69%)与液氢系统效率(70%)近似。
然而液氨的储存条件远远缓和于液氢,与丙烷类似,可直接利用丙烷的技术基础设施,大大降低了设备投入。
因此,液氨储氢技术被视为最具前景的储氢技术之一。
2021年12月10日,福州大学与紫金矿业集团、三聚环保举行了绿色能源重大产业项目战略合作签约仪式,根据协议,三方将合力打造一支国家级“氨-氢”能源产业创新团队,合资成立高新企业,发展集绿氨产业、氢能产业及可再生能源产业于一体的万亿级产业链。
甲醇储氢:甲醇储氢技术是指将一氧化碳与氢气在一定条件下反应生成液体甲醇,作为氢能的载体进行利用。
在一定条件下,甲醇可分解得到氢气用于燃料电池,甲醇还可直接用作燃料。
2017年,我国北京大学的科研团队研发了一种铂-碳化钼双功能催化剂,让甲醇与水反应,不仅能释放出甲醇中的氢,还可以活化水中的氢,最终得到更多的氢气。
同时,甲醇的储存条件为常温常压,且没有刺激性气味。
中集安瑞科与大化所合作建造的冬奥会的站内制氢项目就是甲醇制氢。
固态储氢:固态储氢是以金属氢化物、化学氢化物或纳米材料等作为储氢载体,通过化学吸附和物理吸附的方式实现氢的存储。
固态储氢具有储氢密度高、储氢压力低、安全性好、放氢纯度高等优势,其体积储氢密度高于液氢。
但主流金属储氢材料重量储氢率仍低于3.8wt%,重量储氢率大于7wt%的轻质储氢材料还需解决吸放氢温度偏高、循环性能较差等问题。
国外固态储氢已在燃料电池潜艇中商业应用,在分布式发电和风电制氢规模储氢中得到示范应用;国内固态储氢已在分布式发电中得到示范应用。
氢储科技:2019年11月氢储科技开始承担上海市科委关于500kg/天的镁基固态储氢装置的研发任务。
目前,涵盖材料、机械结构、热系统管理、远程控制系统以及容器等的研发均已完成,并进行了大量的理论模拟和实验测试。
2020年第四季度,首座镁基固态储氢示范站将在山东省济宁市落成,加氢能力为550公斤/天,供两条公交线使用。
固态储氢材料:主要可分为物理吸附储氢和化学氢化物储氢。
其中物理吸附储氢又可分为金属有机框架(MOFs)和纳米结构碳材料,化学氢化物储氢又可分为金属氢化物(包括简单金属氢化物和简单金属氢化物),非金属氰化物(包括硼氢化物和有机氢化物)。
储氢总结:从储氢成本、技术、安全性等方面来看,高压气态储氢仍是当下储氢方式的最优选择,短中期高压气态储氢仍是主流。
因受技术和成本端的制约,国内低温液化储氢技术、金属氢化物固态储氢短期难以实现规模化应用;因氢能需求量及建设成本问题,管道输氢还不能规模化应用,长期来看,待技术突破及产能扩大后,管道输氢、低温液化储氢技术与金属氢化物固态储氢有望成为储氢的主流方式。
加氢站:加氢站是氢能产业发展的重要环节,其作用类似加油站给汽油/柴油车加油,加氢站是给氢动力车提供氢气的燃气站。
自2014年以来,全球加氢站的数量不断增长,到2020年底达到了553站。
加氢站分类:加氢站分为外供氢加氢站和站内制氢加氢站两种,我国现有加氢站均为外供氢加氢站。
外供氢加氢站又可进一步分为高压气氢站和液氢站两大类。
外供氢加氢站中的高压气氢站建设成本最低,是全球应用最广泛的加氢站模式,目前中国的加氢站均为高压气氢站。
液氢储运加氢站主要分布在美国和日本,在中国也得到了初步探索,由中科富海和美国空气产品公司(Air Products)合作的首座液氢储运加氢站正在建设中。
站内加氢技术:是用天然气或者其他原料在加氢站内自己制氢然后加注至燃料电池汽车中,或者通过电解水制氢然后压缩,再加注到氢能源燃料电池汽车中。
天然气重整制氢法由于设备便于安装、自动化程度较高,且能够依托现有油气基础设施建设发展,因而在站内制氢加氢站中应用最多,因此在欧洲、美国,站内制氢加氢站主要采用这种制氢方式。
外供氢加氢站:氢气往往使用高压氢气瓶管束拖车运输至加氢站。
加氢站内没有制氢装置,所用的氢气由站外的集中式制氢基地制备,而后再通过长管拖车、液氢槽车或者氢气管道由制氢基地运输至加氢站,由氢气压缩机压缩并输送入高压储氢瓶内存储,最终通过氢气加气机加注到氢能源燃料电池汽车中使用。
国内目前不采用站内制氢的原因主要在于设备成本过高,目前单个站点氢气的需求量有限。
加氢站原材料:加氢站的主要设备包括:压缩机、储氢罐、加气机、泄气柱、管道、控制系统、氮气吹扫装置、监控装置等。
其中压缩机、储氢罐、加气机为核心设备。
加氢站主要公司:当前中国加氢站投资主体多样化,能源公司、化工企业、独立气体公司、装备公司、燃料电池企业、车企和车辆运营企业纷纷加入投资阵营。
加氢站的核心竞争力是位置和区域氢燃料电池保有量,两桶油正在凭借其制氢—储运体系以及现有的加油站资源布局加氢站,预计将成为最大的玩家。

 
 
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