内蒙古圣圆能源集团有限责任公司
2022-05-16 09:40

主动推动氢能科技研发利用

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主动推动氢能科技研发利用
为构建洁净低碳宁静高效动力体系供应有力支撑
打算体例氢能专业组
 

氢能是一种来源遍及、洁净低碳的动力载体,是突破现有动力范畴行业板块壁垒、实现不合动力情势之间深度畅通领悟的关头媒介。在高比例可再生动力体系中,一方面,由可再生动力制得的氢是替代油气资本利用于交通和产业范畴的首要燃料或质料;另外一方面,电-氢双向转换的矫捷性特性为氢能与电能在动力范畴互补利用供应了首要根本。

 

《“十四五”动力范畴科技立异打算》(以下简称《打算》)充分聚焦氢的动力属性,重视引导阐扬氢能连接可再生动力及多元化终端用能需求的首要关键感化,充分表现氢能在构建洁净低碳、宁静高效当代动力体系中的首要价值。《打算》基于我国动力转型生长对氢能的定位及需求,连络以后我国氢能全财产链技术生长近况,环绕氢气制备、氢气储运、氢气加注、燃料电池、氢宁静及品质保证等方面进行重点任务的摆设,肯定了3项集合攻关和3项树模实验,并制定了技术线路图。

 

一、国际氢妙技术生长近况和趋势

 

制氢技术方面,以后化石动力制氢仍然是环球氢气供应的首要来源,但是在环球动力转型加快的趋势下,进步可再生动力开辟操纵程度、降落化石动力消耗总量是永久的主题。电解水制氢及其他与可再生动力连络的制氢技术为可再生动力跨时候、跨空间运送和操纵供应了首要路子,使可再生动力以不合动力情势利用于动力各行业成为可能。国际上,美国、欧洲、日本等氢能首要国度和地区已建成投运的可再生动力电解水制氢项目均采取碱性电解水制氢技术或质子互换膜电解水制氢技术。此中,因为质子互换膜电解水制氢具有启停快、静态呼应敏捷的技术上风,更加合用于具有颠簸性、间歇性和随机性特性的新动力发电场景,国外年夜多采取质子互换膜电解水制氢技术作为可再生动力电解水制氢技术线路,已投运的质子互换膜电解水制氢装配范围到达10MW级,正在展开100MW电解装备的研究事情。同时,依托已展开的多个可再生动力电解水制氢项目,欧洲、美国首要地区和国度对可再生动力功率节制、氢储能、体系优化整合等可再生动力电解水制氢集成技术进行了遍及研究。低温固体氧化物电解水制氢尚处于研发阶段,美国、日本和韩国等国度正在进行电解池质料向电堆集成、体系集成研发的相关研究事情。

 

氢气储运方面,国际上,气态储运技术方面,运输用高压储氢事情压力已晋升至30~40MPa,英国、意年夜利、德国、法国和荷兰等欧洲多国已展开了自然气管道掺氢技术研究及树模,掺氢比例范围2%~20%,掺氢量最年夜到达285N/h,别的,国外氢气长输管道设想扶植技术团体成熟,且已建成多个纯氢运送管道,总里程超越4600千米;液态储运技术方面,国际上低温液态储运技术已实现氢液化才气超30吨/天,体积最高达3800m³的球形液氢储罐,并在年夜型储罐体系根本大将其利用于车载、船舶等;固态储运技术方面,国际上已开辟出储氢容量1000、体储备储存氢密度约38kg/的稀土系合金高压储氢装配,在车载体系和牢固式储氢范畴均有冲破。

 

燃料电池方面,国际上,质子互换膜燃料电池技术首要利用于备用电源和家用燃料电池热电联供体系,日天性源农场(ENE-FARM)项陌生产的以自然气为燃料的0.7~2kW燃料电池体系,总效力到达90%以上;固体氧化物燃料电池技术方面,已构成了以美国、日本为抢先,欧洲、韩国紧随其后的格式,部分抢先技术已实现了开端的财产化。美国已实现了商用漫衍式固体氧化燃料电池的奉行利用,体系效力53%~65%,功率品级200kW~300kW,日本在动力农场(ENE-FARM)采取的是700W 固体氧化物燃料电池体系,发电效力达53.5%,综合效力为87%;熔融碳酸盐燃料电池技术方面,美国在开辟和研究以自然气为燃料的燃料电池-燃气轮机发电体系,开辟了300kW~2.8MW品级的熔融碳酸盐燃料电池贸易化产品,发电效力年夜于47%;韩国已在13个地区制作了18个熔融碳酸盐燃料电池电站,总装机容量到达140MW,此中最年夜的熔融碳酸盐燃料电池电站功率到达59MW。

 

氢气加注方面,国际上,美国、日本、欧洲90%以上加氢站具有70MPa加氢才气,已建成液氢加氢站并实现贸易化运行,美国45MPa紧缩机单缸排量超750N/h,90MPa紧缩机两级紧缩排量达560N/h以上,全负荷、高可靠运行技术完整。

 

氢气宁静防控及氢气品质保证方面,国际上,在氢气宁静方面,国外对高压氢气泄漏、燃爆风险评价及防控方面研究较早,以年夜标准氢气燃烧放射火焰及爆炸相关尝试为根本开辟了评价软件,构建了氢宁静变乱数据库;采取不异的分立传感器构成检测阵列进行氢气泄漏检测,实现极度环境利用和疾速检测;开辟了氢脆测试装配;公布了固态储氢体系宁静检测标准;构成了制氢装备、燃料电池检测技术和认证体系。在氢气品质保证方面,展开了氢气中微量杂质阐发检测和加氢站内杂质迁徙规律等研究,提出了燃料电车用氢气全周期品质保证的理念。

 

2、我国氢妙技术生长近况和趋势

 

氢气制备方面,“十三五”期间,我国电解水制氢技术已过实验树模进入贸易化树模的开端阶段。在碱性电解水制氢方面,已建成多个可再生动力与碱性电解水制氢体系连络的树模装配,单机最年夜容量到达1000N/h,氢生产才气1752×104N/年;质子互换膜电解水制氢方面,单机制氢才气已到达0.5~50N/h;低温固体氧化物电解水制氢方面,已实现了千瓦级低温电解水蒸气制氢体系集成;太阳能光催化制氢技术、热化学循环分化水制氢技术等先进可再生动力制氢技术已展开尝试室级别或中试级别的实验研究事情。

 

氢气储运方面,我国氢资笔菩间和氢负荷中间闪现逆向漫衍,范围化、年夜容量氢储运技术是进步氢能在终端动力消耗占比的首要前提。同时,因为氢能是一种矫捷多元且具有物质形态的二次动力,适合随机应变作为长周期、跨季候储能情势进行布局,是以,年夜范围储氢对保证新型电力体系宁静不变运行具有首要意义。“十三五”期间,气态储运技术方面,我国已研制出87.5Mpa钢质碳纤维环抱纠缠高压年夜容积加氢站用牢固式储氢瓶,运输用高压储氢事情压力在20Mpa品级,已建成电解水制氢~掺氢量10%的自然气掺氢管道树模工程;液态储运技术方面,我国航天及军事范畴已具有液氢贮罐的自行研制才气,具有1.5~5吨/天氢液化体系设想制造才气,已完成针对引进国外5吨/天以上的氢液化工艺包进行国产适应性优化,正在展开有机液体范围化加氢与运氢树模;固态储运技术方面,展开了kW级风电制氢、15kg固态车载储氢体系树模利用。

 

燃料电池方面,在国度和处所财产政策的支撑和鼓动鼓励下,燃料电池技术特别是质子互换膜燃料电池在交通范畴的利用获得疾速奉行,兴旺生长。跟着我国动力布局调剂法度加快,燃料电池洁净低碳、无污染、综合动力操纵效力高的特性使其适分解为多元化供能的主体,从而在进步动力效力、鞭策终端用能洁污染、低碳化方面阐扬不成替代的感化。“十三五”期间,质子互换膜燃料电池技术方面,我国已冲破了10kW级质子互换膜燃料电池漫衍式发电、热电联供关头技术并实现树模利用,电堆实测寿命到达9500小时,实现了5kW燃料电池备用电源体系贸易化生产,燃料效力≥50%;固体氧化物燃料电池技术方面,实现了10kW级的漫衍式发电体系及5kW级热电联供体系树模,热电联产综合效力到达80%以上,自主设想并扶植了10kW级(2个5kW模块)团体煤气化燃料电池(IGFC)发电体系及CO?近零排放工程树模,实现燃料操纵率84.5%,发电效力53.3%;熔融碳酸盐燃料电池技术中,完成了10kW~20kW以纯氢为燃料的发电体系的实验运行,开端具有了由尝试室走向中试范围的前提。

 

氢气加注方面,我国建成加氢站数量已跃居世界第二,但加氢站关头装备如加氢机、紧缩机等核心技术仍然面对受制于人的场合排场。进步加氢关头技术装备国产化程度的首要意义在于:一是进步动力财产链宁静不变程度,二是夯实我国氢能范围化生长的关头根本,三是为氢能关头装备“走出去”供应首要技术保证。“十三五”期间,我国已建成的加氢站以35MPa气态加氢站为主流,我国已具有35MPa和70MPa品级气态加氢站的集成设想才气。在35MPa加氢站技术方面,开辟了基于国产III型储氢瓶的疾速加氢节制技术,国产紧缩机在加氢站实现利用;在70MPa加氢站技术方面,我国正在展开70Mpa加氢站关头技术和紧缩机、加氢机关头装备的技术攻关事情。

 

氢宁静防控及品质保证是氢能健康、有序、疾速生长的首要包管。氢具有分子量小、燃烧能低、燃爆范围宽、火焰传播速率快容易产生爆轰、高压高纯氢与质料相容性等特性,使得氢能各环节利用的宁静问题都不容忽视,氢能宁静操纵是氢能年夜范围奉行利用的首要前提。氢气品质保证是包管氢能操纵各环节关头技术装备的寿命、能效、避免装备毛病的首要方面,跟着我国氢能步入贸易化利用阶段,氢气全周期品质保证技术方面的研究和技术储备的首要性逐步凸显。“十三五”期间,我国在氢气宁静和品质保证方面进行了年夜量根本迷信研究。在宁静防控方面,已进行了不合利用处景的氢气分散、液氢的泄漏、燃烧及爆炸的实际研究,建立了高压临氢部件及储氢瓶测尝尝验平台,开端具有临氢部件及储氢瓶测试才气,进行了制氢装备宁静监测体系研究和氢气泄漏爆炸及其防控技术的研究。在品质保证方面,我国尚处于技术跟踪阶段,正在建立疾速检测、品质管控技术储备。

 

3、“十四五”重点冲破的技术标的目标

及生长目标

 

氢气制备方面,现阶段,我国碱性电解水制氢技术已实现国产化,把握了年夜型化单槽制造技术,处于国际抢先程度。质子互换膜电解水制氢技术中,隔阂、电极及催化剂等关头技术装备还没有实现国产化,与国际先进程度存在必然的差异。低温固体氧化物电解制氢、太阳能光解水制氢等其他可再生动力制氢技术年夜体与国际研究阶段同步。“十四五”期间,应对证子互换膜电解水制氢技术、低温固体氧化物电解制氢技术、太阳能光解水等新型制氢技术的关头质料、技术装备进行集合攻关,供应绿色低碳氢源的首要保证根本。可再生动力电解水制氢集成技术方面,我国还没有有兆瓦级可再生动力电解槽长时候运行经历,贫乏功率节制、静态呼应、节制战略等方面的研究及实际运行。“十四五”期间,应连络不合制氢技术合用处景,鼓动鼓励展开可再生动力制氢综合动力体系关头技术利用、集成设想优化、协同耦合调控的树模实验,力争到2025年实现可再生动力-氢能综合体系工程利用。

 

氢气储运方面,我国在牢固式高压储氢技术方面处于国际先进程度,需求进一步进步输应用高压气态储氢的储氢密度和单车运氢量;在自然气管道掺氢、纯氢管道输运技术和工程树模等方面与国外首要国度存在差异;低温液态储运技术在核心装备和部件年夜型化、集成利用范围化等方面存在差异,有机液氢技术、固态储氢技术处于小范围树模实验阶段,团体与国际保持同步程度。针对我国在氢储运技术方面存在的差异与不足,“十四五”期间,应鼓动鼓励冲破自主化氢气储运关头技术,在50MPa气态运输用储氢技术、低温液氢储运技术、固态氢储运技术及有机液体氢储运技术等方面摆设了关头技术装备集合攻关重点任务;针对合用于范围化氢储运的纯氢/掺氢自然气管道运送及氢液化技术展开树模实验,力争到2025年建成掺氢比例3%~20%,最年夜掺氢量200N/h的掺氢自然气管道树模项目。

 

燃料电池方面,我国的燃料电池技术在动力范畴的技术储备和工程利用相对亏弱。部分电堆质料、核心部件研发利用已获得了明显停顿,但还没有经太长时候工程考证。别的,在热互换器、预重整器等辅机装备,电堆集成设想优化,体系持久运行机能包管及可靠性等三方面仍然有待进一步展开攻关和树模研究。“十四五”期间,应针对动力范畴利用处景,以进一步进步燃料电池技术成熟度、优化设想布局、堆集运行经历、奉行先进工程利用为目标,展开不合燃料电池本体技术的集合攻关和集成设想优化,鞭策燃料电池向年夜范围、高效力标的目标生长并实现牢固式发电、漫衍式服从等利用,力争到2025年实现牢固式燃料电池发电体系树模。

 

氢气加注方面,我国在加氢站关头技术方面与国际存在必然差异。固然在35MPa品级加氢关头装备方面已获得了必然的冲破,但可靠性及经久性需求进一步考证和进步,且国际上主流扶植的70MPa品级加氢站关头技术装备方面,我国处于研发阶段,还没有实现工程利用。“十四五”期间,应针对我国在35MPa和70MPa品级加氢站关头装备尚存在短板的问题,摆设70MPa加氢机、满足35MPa/70Mpa品级加氢站的紧缩机、触及机能评价和节制技术、加氢装备核心零部件的树模实验,旨在以树模工程鞭策国产化技术程度的进步,力争到2025年实现加氢站关头部件国产化。

 

氢宁静防控及氢气品质保证方面,我国在氢气泄漏检测、宁静测试评价、检测实验才气等方面均与国外存在较年夜差异。针对这一问题,“十四五”期间,应展开临氢环境下临氢质料和零部件氢泄漏检测及伤害性实验研究,氢气燃烧变乱防控与应急措置技术装备研究;在氢气品质保证方面,考虑到将来一段期间内,副产氢仍然是我国首要的氢源,“十四五”期间,应鼓动鼓励展开产业副产氢纯化关头技术研究。

 

4、氢能科技生长瞻望

 

氢妙技术是比来几年来被遍及存眷的计谋性新兴动力技术,氢能财产链涵盖制、储、运、用四个环节。主动鞭策氢妙技术研发利用,一是适合我国动力转型的必定请求,二是对协同动员动力全财产链生长、强链延链具有首要意义。将来应持续鞭策氢能制、储、运、用全财产链技术立异,协同鞭策上下流财产链共同生长:一是聚焦氢气制备关头技术,冲破合用于可再生动力电解水制氢的各种电解水制氢关头技术,鞭策多能互补可再生动力制氢集成关头技术研发利用,展开多利用处景可再生动力-氢能的综合动力体系树模;二是聚焦氢气储运技术,展开气态、液态、固态氢储运关头技术研究,展开掺氢/纯氢自然气管道及运送关头装备安端赖得住性研究,研发范围化氢存储树模装配;三是聚焦燃料电池装备及体系集成关头技术,展开高机能、长命命不合技术线路的燃料电池技术研究,展开多场景下燃料电池牢固式及漫衍式服从树模利用。

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