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氢能科普宣传

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一、氢能简介

1、氢能,H2,资源丰富,来源多样,可储存,可再生,热值高,清洁无污染,是唯一的同时满足资源、环境、可持续发展要求的新能源,很可能成为二十一世纪的终极能源(氢的同位素:氕、1H,氘、2H,氚、3H)。

氢能和燃料电池技术是世界能源转型和动力转型的重大战略方向。燃料电池汽车具有环保性能佳、转化效率高、加注时间短、续航里程长等优势,是未来汽车工业可持续化发展的重要方向,是应对全球能源短缺和环境污染的重要战略举措。

目前全球燃料电池汽车已进入技术与市场示范阶段,预计在2020年将全面进入商业化阶段。产业链巨头纷纷组成联盟进行燃料电池汽车商业化协同攻关,并与能源、矿产等企业形成更广泛的合作,呈现出骨干整车企业牵引全产业链的发展趋势。

各主要国家高度重视燃料电池汽车,并积极推动配套设施的建设。美、日、欧盟等国家和地区将燃料电池汽车纳入国家或地区战略发展体系进行规划,设立专项进行研发与示范推广,并制定各种政策抢占先机。如日本计划到2020年普及约4万辆燃料电池汽车,建设160座加氢站;德国计划在2023年左右普及10万辆,建设400座加氢站。

2014年以来,我国氢能与燃料电池产业呈现出快速发展趋势,并已受到国家产业和能源主管部门的高度重视,陆续颁布了一系列促进产业发展的政策措施。《中国制造2025》《国家创新驱动发展战略纲要》《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》(发改能源〔2016〕513号)以及《节能与新能源汽车技术路线图》等均提出将氢能、燃料电池技术、燃料电池汽车等作为重点发展任务,氢能技术已被纳入国家能源战略。

2、氢燃料电池工作原理简介

氢能利用的核心媒介是氢燃料电池。

氢+氧→燃料电池→水+电流+热量

化学总反应式:2H2+O2=2H2O+电+热

氢燃料电池产业链包括:制氢、储运氢、加氢站、氢燃料电池系统、各项应用。

开发区参与制定国家氢燃料电池标准1

开发区参与制定国家氢燃料电池标准

二、氢能产业链简介

氢能产业链包括:制氢、储运、加氢、氢气应用。制氢是基础,储运和加氢是氢气应用的核心保障。

1、制氢

1.1电解水制氢.

水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程,因此只要提供一定形式一定能量,则可使水分解。提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75-85%,其工艺过程简单,无污染,但消耗电量大,因此其应用受到一定的限制。利用电网峰谷差电解水制氢,作为一种贮能手段也具有特点。我国水力资源丰富,利用水电发电,电解水制氢有其发展前景。太阳能取之不尽,其中利用光电制氢的方法即称为太阳能氢能系统,国外已进行实验性研究。随着太阳电池转换能量效率的提高,成本的降低及使用寿命的延长,其用于制氢的前景不可估量。同时,太阳能、风能及海洋能等也可通过电制得氢气并用氢作为中间载能体来调节,贮存转化能量,使得对用户的能量供应更为灵活方便。供电系统在低谷时富余电能也可用于电解水制氢,达到储能的目的。我国各种规模的水电解制氢装置数以百计,但均为小型电解制氢设备,其目的均为制提氢气作料而非作为能源。随着氢能应用的逐步扩大,水电解制氢方法必将得到发展。

1.2矿物燃料制氢

以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当今制取氢气是主要的方法。该方法在我国都具有成熟的工艺,并建有工业生产装置。

(1)煤为原料制取氢气

在我国能源结构中,在今后相当长一段时间内,煤炭还将是主要能源。如何提高煤的利用效率及减少对环境的污染是需不断研究的课题,将煤炭转化为氢是其途径之一。

以煤为原料制取含氢气体的方法主要有两种:一是煤的焦化(或称高温干馏),二是煤的气化。焦化是指煤在隔绝空气条件下,在90-1000℃制取焦碳副产品为焦炉煤气。焦炉煤气组成中含氢气55-60%(体积)甲烷23-27%、一氧化碳6-8%等。每吨煤可得煤气300-350m3,可作为城市煤气,亦是制取氢气的原料。煤的气化是指煤在高温常压或加压下,与气化剂反应转化成气体产物。气化剂 为水蒸汽或氧所(空气),气体产物中含有氢有等组份,其含量随不同气化方法而异。我国有大批中小型合成氢厂,均以煤为原料,气化后制得含氢煤气作为合成氨的原料。这是一种具有我国特点的取得氢源方法。采用OGI固定床式气化炉,可间歇操作生产制得水煤气。该装置投资小,操作容易,其气体产物组成主要是氢及一氧化碳,其中氢气可达60%以上,经转化后可制得纯氢。采用煤气化制氢方法,其设备费占投资主要部分。煤地下气化方法近数十年已为人们所重视。地下气化技术具有煤资源利用率高及减少或避免地表环境破坏等优点。中国矿业大学余力等开发并完善了“长通道、大断面、两阶段地下煤气化”生产水煤气的新工艺,煤气中氢气含量达50%以上,在唐山刘庄已进行工业性运转,可日产水煤气5万m3,如再经转化及变压吸附法提纯可制得廉价氢气,该法在我国具有一定开发前景。我国对煤制氢技术的掌握已有良好的基础,特别是大批中小型合成氨厂的制氢装置遍布各地,为今后提供氢源创造了条件。我国自行开发的地下煤气化制水煤气获得廉价氢气的工艺已取得阶段成果,具有开发前景,值得重视。

(2)以天然气或轻质油为原料制取氢气

该法是在催化剂存在下与水蒸汽反应转化制得氢气。主要发生下述反应:

CH4+H2O→CO+H2

CO+H2O→COZ+HZ

CnH2h+2+Nh2O→nCO+(Zh+l)HZ

反应在800-820℃下进行。从上述反应可知,也有部分氢气来自水蒸汽。用该法制得的气体组成 中,氢气含量可达74%(体积),其生产成本主要取决于原料价格,我国轻质油价格高,制气成本贵,采用受到限制。大多数大型合成氨合成甲醇工厂均采用天然气为原料,催化水蒸汽转化制氢的工艺。我国在该领域进行了大量有成效的研究工作,并建有大批工业生产装置。我国曾开发采用间歇式天然气蒸汽转化制氢工艺,制取小型合成氨厂的原料,这种方法不必用采高温合金转化炉,装置投资成本低。以石油及天然气为原料制氢的工艺已十分成熟,但因受原料的限制目前主要用于制取化工原料。

(3)以重油为原料部分氧化法制取氢气

重油原料包括有常压、减压渣油及石油深度加工后的燃料油,重油与水蒸汽及氧气反应制得含氢气体产物。部分重油燃烧提供转化吸热反应所需热量及一定的反应温度。该法生产的氢气产物成本中,原料费约占三分之一,而重油价格较低,故为人们重视。我国建有大型重油部分氧化法制氢装置,用于制取合成氢的原料。

1.3生物质制氢

生物质资源丰富,是重要的可再生能源。生物质可通过气化和微生物制氢。

(1)生物质气化制氢

将生物质原料如薪柴、麦秸、稻草等压制成型,在气化炉(或裂解炉)中进行气化或裂解反应可制得含氢燃料。我国在生物质气化技术领域的研究已取得一定成果,在国外,由于转化技术的提高,生物质气化已能大规模生产水煤气,其氢气含量大大提高。

(2)微生物制氢

微生物制氢技术亦受人们的关注。利用微生物在常温常压下进行酶催反应可制得氢气。生物质产氢主要有化能营养微生物产氢和光合微生物产氢两种。属于化能营养微生物的是各种发酵类型的一些严格厌氧菌和兼性厌氧菌)发酵微生物放氢的原始基质是各种碳水化合物、蛋白质等。目前已有利用碳水化合物发酵制氢的专利,并利用所产生的氢气作为发电的能源。光合微生物如微型藻类和光合作用细菌的产氢过程与光合作用相联系,称光合产氢。

1.4其它合氢物质制氢

国外曾研究从硫化氢中制取氢气。我国有丰富的H25资源,如河北省赵兰庄油气田开采的天然气中H多含量高达90%以上,其储量达数千万吨,是一种宝贵资源,从硫化氢中制氢有各种方法,我国在90年代开展了多方面的研究,各种研究结果将为今后充分合理利用宝贵资源,提供清洁能源及化工原料奠定基础。

1.5各种化工过程副产氢气的回收

多种化工过程如电解食盐制碱工业、发酵制酒工艺、合成氨化肥工业、石油炼制工业等均有大量副产氢气,如能采取适当的措施进行氢气的分离回收,每年可得到数亿立方米的氢气。这是一项不容忽视的资源,应设法加以回收利用。目前化工厂副产氢气的回收,可提供一种较为廉价的氢源,应予以重视。

2、氢的解和运输

氢在一般条件下是以气态形式存在的,这就为贮存和运输带来了很大的困难。氢的贮存有三种方法:高压气态贮存;低温液氢贮存;金属氢化物贮存。

3、氢能利用

早在第二次世界大战期间,氢即用作A—2火箭发动机的液体推进剂。1960年液氢首次用作航天动力燃料。1970年美国发射的“阿波罗”登月飞船使用的 起飞火箭也是用液氢作燃料。现在氢已是火箭领域的用燃料了。对现代航天飞机而言,减轻燃料自重,增加有效载何变得更为重要。氢的能量密度很高,是普遍汽油的3倍,这意味着燃料的自重可减轻2/3,这对航天飞机无疑是极为有利的。今天的航天飞机以氢作为发动机的推进剂,以纯氧分为氧化剂,液氢就装在外部推进剂桶内,每次发射需用1450立方米,重约100t。

氢是21世纪重要的能源载体。以氢为燃料的燃料电池,燃烧时氢与氧结合生成水,是一种洁净的发电技术,顺应了全球的环保大趋势。

当前,世界著名的汽车厂商,为发展环保型汽车,加紧更新传统的车用燃料,纷纷决定采用氢能,掀起了一场氢能汽车开发的热潮。实验证明,使用氢燃料电池的汽车排放的碳仅为常规内燃机的30%,造成的大气污染仅为内燃机的5%,美国汽车工业协会预测,到2002年,美国将生产约50万-100万辆氢能汽车。

氢能的开发与应用研究在我国尚处于起步阶段,但随着技术进步,环境对清洁能源的要求不断提高,氢能利用是发展的必然趋势,对氢源供应的要求必将日益增加。在发展过程中,应结合我国情况积极开展扩大氢源、降低价格的研究,以便取得较好的经济效益和社会效益。

如皋举行江苏省首批新能源汽车公交线路开通仪式

如皋举行江苏省首批新能源汽车公交线路开通仪式

三、如皋氢能产业发展情况

如皋市自2010年开始,积极策应国家新能源产业发展战略,整合政策、技术、资金和产业链等资源,着力布局发展氢能产业,是全国介入氢能产业最早、企业集聚度最高的地区之一。目前已拥有百应能源、泽禾新能源、神华集团、江苏清能、美国安思卓、加拿大星动新能源、亚曼汽车、陆地方舟等10余家氢能企业,氢能产业链已初步形成。2017年,如皋氢能产业总产值突破30亿元,发展态势强劲、特色鲜明。

1、如皋氢能产业发展现状

我市自2010年底起积极策应国家新能源产业发展战略,结合已有的新能源汽车及零部件产业基础,着力布局氢能产业发展,是全国涉足氢能产业最早、企业集聚度最高的地区之一。通过积极整合政策、技术、资金和产业链各方资源,目前已拥有百应能源、南通泽禾、美国安思卓、加拿大星动新能源、江苏清能、神华集团等10余家氢能企业,产品覆盖了制氢加氢设备、膜电极、氢燃料电池电堆系统、氢燃料电池汽车等多个环节,一条集制储运氢、加氢、氢燃料电池研发生产、氢燃料电池汽车开发制造、氢能产品示范应用“五位一体”的氢能产业链已初步形成。2017年如皋氢能产业总产值突破30亿元,发展态势强劲,发展特色鲜明。

我市氢能产业化基础扎实。拥有康迪、赛麟等6家新能源整车、改装车企业,先后被认定为省级“新能源汽车产业基地”、“江苏省特色产业示范集聚区”、“国家火炬如皋新能源汽车产业基地”,在推动氢燃料电池系统和新能源汽车上下游企业合作交流方面成果显著。目前我市已先后研发生产3辆氢燃料电池大巴、500辆氢燃料电池物流车投放市场,目前仍有5辆氢燃料电池大巴在生产中。在氢气制储运环节,我市周边工业副产氢丰富,氢资源来源广泛,氢能产业生态体系完善。

我市氢能技术水平国内领先。龙头企业百应能源拥有独家专利的铂碳纳米复合技术,自主研发、生产的燃料电池膜电极能量密度高,成本优势明显,目前在通讯基站、应急补电车、叉车、无人机、船舶等领域均有探索合作。江苏清能重点专注于30KW以上燃料电池的生产研发,与广东中植、厦门金旅、上海申龙等多家企业开展合作,且与韩国蔚山工业园合作200KW电站项目,为国内首个电堆应用于国外政府项目的案例。安思卓新能源是专业的制氢、加氢设备生产商,致力于氢能全产业链核心设备的技术研发及设备生产,目前正在推进全世界首套1000标立方/小时集装箱式制氢设备以及国内首套制氢加氢一体机的生产。神华加氢站由国家能源集团投资建设,建成后将成为国内首座符合国际标准、35MPA/70MPA双模式、全天候运营的商业加氢站,项目建设目前正在全面推进中,预计10月份可正式投入试运行。

我市氢能应用示范全面开展。氢能产业作为新兴产业,目前尚处在示范应用阶段,需要政府层面积极示范引导。2016年联合国开发计划署将全国首个也是唯一“氢经济示范城市”项目落户如皋,先后开展了燃料电池汽车示范运营、燃料电池分布式发电示范应用、氢燃料电池汽车发展政策研究等十余个子项目,如皋成为江苏省首个开通氢燃料电池公交线路的城市,极大地提升了如皋及周边公众对氢能的认知度。下一步我市还将继续推进燃料电池热电联供、可再生能源制氢等方面的示范项目,进一步提升氢能产品市场接受度,促进氢能产业商业化进程。

我市氢能载体平台完善。2018年7月,如皋“氢能小镇”正式获批江苏省第二批特色小镇,成为国内首家以氢能为特色的产业镇。小镇将围绕氢能产业链,构建完善集研发、生产、检测、应用、推广等于一体的创新创业生态体系,使之成为氢能应用示范的最佳载体,打造国内首个“氢能社会”的样板工程。同时,为进一步提升产业配套支持力度,我市目前正积极对接清华大学策划共建“氢能战略研究院”,对接同济大学、省产业技术研究院策划共建“氢能产业研究院”,对接上海机动车检测中心合作共建“如皋氢燃料电池检测中心”,对接江苏省汽车工程协会策划成立“江苏省氢能与燃料电池汽车产业联盟”。

我市氢能影响力持续攀升。近两年来,如皋积极参与并组织筹办氢能产业活动。2016年组织召开“中国氢能产业发展·如皋峰会”、承办全国燃料电池标准化委员会第一次工作会议;同年受伦敦市政厅邀请出席国际零碳公交大会,代表中国介绍氢能发展情况;2017年举办“第二届国际氢能与燃料电池汽车大会”,吸引了来自国内外政产学研界共计1194名参会代表参会,引爆了行业热点;2018年4月,“长三角氢走廊建设发展规划”正式启动,如皋全程参与并推动,也是长三角唯一被纳入规划的县级城市;今年10月12-15日,首届“长三角燃料电池汽车科普巡游”活动将从如皋启动,途径南通,至上海收官,此次活动在全世界范围内尚属首次,将对外展示当前国际燃料电池汽车的最高水平,更为公众提供了一次近距离感受氢能、认识氢能的机会;10月23-25日,“第三届国际氢能与燃料电池汽车大会”将再次于如皋举办,全国政协副主席、中国科学技术协会主席万钢博士将莅临并发表主旨演讲。目前,该国际大会已确定将永久会址落户如皋,目标打造氢能产业界的“达沃斯论坛”。

我市频频在全世界氢能领域亮相,已然成为映射长三角乃至中国氢能发展的一面镜子,正全面围绕建设“长三角绿色氢谷”不断砥砺前行,奋力抢占“氢经济”时代的制高点。

江苏第一座、全国首座商用加氢站开工仪式

江苏第一座、全国首座商用加氢站开工仪式

2、如皋氢能产业下一步发展思路和举措

(1)强化项目招引补齐短板环节,培育壮大产业链。紧扣产业链短板产品,积极对接国内外先进技术团队和企业,强化项目招引,推动燃料电池相关的关键材料及零部件领先企业在如皋落户,努力培育补齐“材料-零部件-整车”及“制氢-储/运氢-加氢”产业链,形成上下游联动的产业格局。

(2)扩大示范应用范围和规模,加强基础设施建设,努力提升示范应用实效。一是借助“联合国氢经济示范城市”平台,进一步推动氢燃料电池产品在备用电源、热电联供、整车等更多领域开展应用。二是推动如皋乃至南通市范围内更多加氢站的规划布局和建设工作,循序渐进不断完善氢能基础设施建设,为全面打开氢燃料电池汽车市场做好铺垫。三是积极对接中国汽车工程学会,参与和推动“长三角氢走廊”建设、“长三角燃料电池汽车巡游”活动,在更大范围推动燃料电池汽车的推广使用,进一步加快燃料电池汽车市场化进程。

(3)加强平台打造,整合集聚产业创新资源和要素。全力打造载体平台。围绕产业发展全生命周期,着力加强通关物流、产品营销、产业集聚、科技创新及成果转化、试验检测等五大平台建设,通过资源和要素的集聚,一方面服务好已落户企业,另一方面吸引更多优秀产业人才在如皋落地生根。同时,密切与中国汽车工程学会、氢能标准委员会、联合国开发计划署(UNDP)等机构、行业协会和联盟间的合作。在金融服务方面,将不断解放思想,积极创新,进一步放大现有股权投资、供应链金融、融资租赁等综合性金融服务效应,解决好产业发展过程中全生命周期的资金问题。通过打造新平台、形成新功能、集聚新要素,推动产业更好更快发展。

与此同时,我市积极加强对上影响力,积极争取上级支持。一方面进一步加强对如皋市、南通市以及江苏省相关部门的影响力,积极争取获得上级部门及领导的支持,争取推动和参与产业相关战略及规划的顶层设计,推动相关终端补贴政策的制定与落地,推动加深省、市、区联动和部门协同,推进产业快速发展。另一方面进一步加强与中国氢能战略联盟、中国电动汽车百人会等行业联盟、协会的联系,积极参加组织的相关活动,争取在更高层面上取得相关国家部委的重视与支持。

氢能小镇

氢能小镇

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关键词: 氢能 制氢 氢气 科普
责任编辑:邓天伟
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