氫能技術
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氫能技術的實例教程
氫能和燃料電池公眾號20000多人關注，歡迎加入通訊錄
4月21日，由中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟（以下簡稱“中國氫能聯(lián)盟”）舉辦的“十四五”氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇在京隆重開幕。國家能源局監(jiān)管總監(jiān)李冶在開幕致辭時指出：“國家能源局高度重視并積極推動氫能技術和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前正在研究編制的‘能源技術創(chuàng)新“十四五”規(guī)劃’中，已經(jīng)將氫能及燃料電池技術列為‘十四五’期間能源技術裝備的主攻方向和重點任務?！? 國家能源局監(jiān)管總監(jiān) 李 冶
李冶進一步介紹說：“我局圍繞氫能開展了幾項工作：一是加強立法和研究，將氫能納入我國能源體系，統(tǒng)籌推動實事求是、與時俱進。在《能源法》的征求意見稿中，我們首次將氫能納入能源體系管理，統(tǒng)籌推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展；”
“二是出臺政策，引導氫能技術裝備的創(chuàng)新。在‘能源技術創(chuàng)新革命行動計劃’、‘能源技術創(chuàng)新“十三五”發(fā)展規(guī)劃’中，明確支持氫能和燃料電池關鍵技術裝備的研發(fā)和示范應用。在研究編制的‘能源技術創(chuàng)新“十四五”規(guī)劃’中，已經(jīng)將氫能和燃料電池技術列為‘十四五’期間能源技術裝備的主攻方向和重點任務；”
“三是推動氫能技術裝備的創(chuàng)新。國家能源局去年聯(lián)合財政部、工信部、科技部和國家發(fā)展改革委等五部門印發(fā)了《關于開展燃料電池示范應用的通知》，以燃料電池車為切入點，以技術裝備創(chuàng)新為引領，采用以獎代補的方式帶動氫能產(chǎn)業(yè)鏈健康有序的發(fā)展。國家能源局將重點從清潔制氫、氫能儲運、用氫成本等方面研究并提出氫能領域的示范目標和獎勵、積分標準以及貸款金額制度、儲運等環(huán)節(jié)的技術方面的創(chuàng)新。”
展開 隨著全球“氫經(jīng)濟”概念的不斷深化，氫能被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗侨祟惖膽?zhàn)略能源發(fā)展方向。
氫能和燃料電池技術的快速發(fā)展為能源動力的變革以及“氫經(jīng)濟”的發(fā)展成熟帶來重大契機。
從1839英國物理學家威廉·葛洛夫制作了首個燃料電池，氫能和燃料電池的研發(fā)和應用已經(jīng)走過了179年的歷史，氫能和燃料電池技術不斷升級。
但站在氫能大規(guī)模商業(yè)應用的前夜，提高制氫效率、廉價制氫、安全儲運氫氣、燃料電池關鍵零部件的穩(wěn)定性、耐久性提升等仍是行業(yè)必須攻克的關鍵問題。
2018年氫能技也緊緊圍繞“降本提效”這一核心，取得了一系列令人振奮的成果。OFweek氫能網(wǎng)整理了2018年氫能十大技術成果（排名不分先后），以供行業(yè)讀者參考。
1、新源動力燃料電池突破5000小時耐久性驗證
2018年3月，中科院大連化物所對外發(fā)布消息稱，其持股企業(yè)新源動力開發(fā)的HYMOD－300型車用燃料電池電堆模塊，經(jīng)壽命測試和整車應用驗證，突破了車用燃料電池5000小時的耐久性難關。
技術突破：該產(chǎn)品是中國首例自主研發(fā)，且耐久性超越5000小時的燃料電池產(chǎn)品。據(jù)稱，該產(chǎn)品還實現(xiàn)了電堆－10℃環(huán)境下的低溫啟動，以及－40℃下的儲存。
商業(yè)化進展：現(xiàn)已成功應用于榮威750燃料電池轎車、上汽大通FCV80等車型。
2、武漢喜瑪拉雅光電燃料電池催化劑國產(chǎn)化取得重大突破
2018年3月，武漢喜瑪拉雅光電對外宣稱，自主研發(fā)的燃料電池Pt／C催化劑量產(chǎn)技術已取得重大突破，打破了氫燃料電池核心材料長期被國外壟斷的局面。
展開 氫能運輸短板正在補齊。
9月17日在北京召開的“2023全球能源轉型高層論壇氫能綠色高質量發(fā)展分論壇”上，由中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進會氫能分會編寫的《國際氫能技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告2023》（以下簡稱《報告》）正式發(fā)布。
《報告》報告指出，2022年是全球氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展的“元年”，世界各國熱情高漲，全球氫能領域的直接投資達到了2500億美元，未來10年將是我國氫能產(chǎn)業(yè)“黃金發(fā)展期”。
但同時與會嘉賓提醒道，看似高速發(fā)展的背后，氫氣的儲運，基礎設施，關鍵設備以及安全等一系列問題都尚未解決，其中如何突破儲氫難題更是產(chǎn)業(yè)發(fā)展關鍵。
氫能正快速向多領域滲透
《報告》表示，隨著產(chǎn)業(yè)技術快速發(fā)展，逐步明確氫的能源屬性，氫能應用從化工原料向交通、建筑及能源領域快速滲透，未來氫能技術將有望在氫冶金、綠氫化工、氫儲能等領域得到全面應用。
其中，交通是氫能應用的“先導領域”?！秷蟾妗凤@示，經(jīng)過全球范圍內近30年的持續(xù)研發(fā)，當前，燃料電池在能量效率、功率密度、低溫啟動等方面已取得突破性進展，新一輪的燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化浪潮正在迫近。截至2022年底，全球已累計推廣燃料電池汽車72000余輛，集中于歐盟、東亞和北美市場，氫能船舶和無人機等技術的研發(fā)試驗工作也在快速推進。
在交通應用快速推廣的帶動下，加氫基礎設施建設的浪潮也不斷席卷全球。根據(jù)《報告》，截至2022年底，全球共建成加氫站1024座，主要分布于中國、日本、德國、美國和韓國，站內電解水制氫技術在歐洲加氫站得到廣泛采用。根據(jù)各國發(fā)展戰(zhàn)略預測，到2030年全球加氫站數(shù)量將超過4500座，全球主要經(jīng)濟體將形成多元化、網(wǎng)絡化的氫能基礎設施體系。
展開 技術研發(fā)整體呈上升趨勢，新進入企業(yè)數(shù)量逐年增多，但高水平技術專利較少，加快技術申請進程，應盡快建立技術壁壘。中國在高壓氣態(tài)儲氫領域的研發(fā)投入較大，未來國內市場競爭激烈。
關鍵詞 高壓；氫氣；儲氫瓶；技術形勢
2021年，“碳達峰”和“碳中和”在兩會上作為中國的戰(zhàn)略目標，首次被寫入政府工作報告，彰顯了中國堅持走低碳發(fā)展道路的決心。在加速能源行業(yè)轉型的背景下，氫能憑借零污染、能量高、資源豐富、用途廣泛等優(yōu)點，受到了國家的高度重視，并積極引導、支持其發(fā)展。
中國氫能聯(lián)盟預計2020～2025年間，中國氫能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達1萬億元，2026～2035年達到5萬億元。我國氫能已逐步建立起氫能制儲運加用等重點環(huán)節(jié)較完整的產(chǎn)業(yè)鏈。但氫氣的穩(wěn)定性極差，泄漏后易發(fā)生燃燒和爆炸，使得儲運難度大、成本高、安全性低，從而對氫氣的儲運技術提出了更高的挑戰(zhàn)。高壓氣態(tài)儲氫為目前發(fā)展最為成熟、應用最廣泛的技術，體積比容量小。各儲氫技術特點見表1。
展開 目前，庭田科技已在以下幾個方面取得顯著成果：
1）高壓儲氫氣瓶制造技術的研發(fā)與推廣：庭田科技依托Cadfil軟件，成功開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的高壓儲氫氣瓶制造技術，并與多家國內外企業(yè)合作，將該技術應用于實際生產(chǎn)，提高氫燃料電池汽車的續(xù)航能力。
2）氫能基礎設施建設的技術支持：庭田科技為國內外氫能基礎設施建設提供技術咨詢和方案設計服務，協(xié)助企業(yè)解決氫能基礎設施建設過程中的技術難題。
3）氫能產(chǎn)業(yè)鏈的整合與發(fā)展：庭田科技積極參與國內外氫能產(chǎn)業(yè)鏈的整合與發(fā)展，與上下游企業(yè)建立戰(zhàn)略合作關系，共同推動氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
2.3 庭田科技的發(fā)展方向
展望未來，庭田科技將繼續(xù)加大對氫能產(chǎn)業(yè)的投入與研發(fā)，以技術創(chuàng)新推動氫能產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。庭田科技的發(fā)展方向主要包括：
1）持續(xù)深化纖維纏繞技術研究：庭田科技將繼續(xù)加大對纖維纏繞技術研究的投入，開發(fā)出更為先進的高壓儲氫氣瓶制造技術，降低氫燃料電池汽車的成本，提高續(xù)航能力。
2）推動氫能基礎設施建設：庭田科技將積極參與到氫能基礎設施建設中，提供全方位的技術支持和解決方案，為氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展創(chuàng)造良好的基礎條件。
3）加強國際合作與交流：庭田科技將進一步加強與國際知名企業(yè)和研究機構的合作與交流，引進先進技術和管理經(jīng)驗，提升自身核心競爭力。
4）培育氫能人才隊伍：庭田科技將加大對氫能領域人才的培養(yǎng)與引進力度，為氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供人才保障。
5）拓展氫能應用領域：庭田科技將不斷拓寬氫能的應用領域，將氫能技術應用于交通、能源、工業(yè)等多個領域，助力全球可持續(xù)發(fā)展。
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本次展會設立新能源汽車供應鏈展區(qū)；氫能燃料電池技術展區(qū)；汽車輕量化展區(qū)；汽車內外飾展區(qū)、汽車零部件展區(qū)以及汽車服務用品項目等10大展區(qū)。同期舉辦多場同期活動，包括行業(yè)趨勢峰會、技術培訓、新品發(fā)布會等。作為汽車后市場全產(chǎn)業(yè)鏈展會，CIAACE 2024有效融合了新產(chǎn)品、新技術和新項目等產(chǎn)業(yè)鏈，多維度解讀汽車產(chǎn)業(yè)全年發(fā)展新方向。
氫能正快速向多領域滲透
《報告》表示，隨著產(chǎn)業(yè)技術快速發(fā)展，逐步明確氫的能源屬性，氫能應用從化工原料向交通、建筑及能源領域快速滲透，未來氫能技術將有望在氫冶金、綠氫化工、氫儲能等領域得到全面應用。
其中，交通是氫能應用的“先導領域”。
除江蘇國富氫能技術裝備股份有限公司以外，張家港氫云新能源研究院有限公司在行業(yè)也有一定的科技成果，參與多項國家級、省部級的氫能行業(yè)規(guī)劃的編制，成為后起之秀。
氫能設備與技術存儲：氫燃料汽車與其他交通工具、制氫設備技術與氫氣供應、加氫設備、氫氣儲運及相關設備等。
電池材料及裝置設備：各類電池、離子電池、燃料電池、電池及關鍵部件和供應技術、氣體分析設備，分析軟件，電特性評估裝置，材料測驗儀器，電池側射設備。
該示范站位于安徽省六安市金安區(qū)經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，額定裝機容量1MW，占地面積超7000㎡，主要配備兆瓦級質子交換膜制氫系統(tǒng)、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)和熱電聯(lián)供系統(tǒng)、風光可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、配電綜合樓等，是國內首次對具有全自主知識產(chǎn)權“制、儲、發(fā)”氫能技術的全面驗證和工程應用。
關鍵詞 儲氫；物理吸附；碳基材料；有機骨架；水合物
作為替代石油、煤炭等化石能源的主要清潔能源之一，氫能技術的發(fā)展迎來了很大的機遇與挑戰(zhàn)。
位于瑞典呂勒奧的突破性氫能煉鐵技術 (HYBRIT) 工廠是瑞典鋼鐵生產(chǎn)商SSAB、瑞典鐵礦石生產(chǎn)商LKAB和瑞典電力生產(chǎn)商Vattenfall的合資企業(yè)，是第一個使用DRI-H2的大型示范工廠。其他幾家全球鋼鐵公司也宣布了試點的DRI-H2 設備的計劃，總產(chǎn)能約為2000萬噸，承諾資本至少為 500 億美元。
應用場景五：能源碳捕集
CCUS 與氫能技術耦合：由于煉化和氯堿等行業(yè)常產(chǎn)生大量多 余氫氣，未來技術成熟后，有望與CO2發(fā)生化學反應，低成本制取甲醇或多元醇。
圖4 CCUS與可再生資源耦合利用技術路線
圖5 CCUS與氫能互補耦合利用技術路線
