氢能的应用及氢燃料电池零部件梳理

时间:2022/9/16 9:07:32 浏览:588 << 返回

氢能:“21世纪的终极能源”

       国际能源转型一直沿着从高碳到低碳、从低密度到高密度的路径进行,而被誉为“21世纪的终极能源”的氢气是目前公认的最为理想的能量载体和清洁能源提供者。

氢能是一种清洁、高效、安全、可持续的二次能源,可通过多种途径获取。且符合我国碳减排大战略,同时有利于解决我国能源安全问题,是我国能源革命的重要媒介。

氢能的应用可以广泛渗透到传统能源的各个方面,包括交通运输、工业燃料、发电等,主要技术是直接燃烧和燃料电池技术。

到2050年,氢能将承担全球18%的能源终端需求,创造超过2.5万亿美元的市场价值,燃料电池汽车将占据全球车辆的20%-25%,届时将成为与汽油、柴油并列的终端能源体系消费主体。

2050年氢能在中国终端能源体系中占比至少达到10%,氢气需求量接近6000万吨,其中交通运输领域用氢2458万吨,约占该领域用能比例19%,燃料电池车产量达到520万辆/年。

涵盖燃料电池零部件端

目前在燃料电池系统、电堆环节,国产企业已经实现产品批量供应,随着膜电极国产化的逐步深入,燃料电池零部件产业链已经基本实现国产化。但产业链中空压机、增湿器、氢气循环泵、引射器等部件环节仍处于研发或小批量试制阶段,持续引导国产化推进,实现技术独立可控对成本下降意义重大。

空压机

目前,两级压缩离心式空压机由于优势明显,经过实际装车验证,在技术上较为成熟,是空压机领域的应用主流。但是,众所周知,燃料电池系统功率增大,两级压缩离心式空压机的功耗就会越大。在大功率趋势下,为解决这一痛点,系统厂家及空压机供应商已集体将目光放在了采用透平能量回收技术路线的空压机产品上。不过,现阶段这类产品的技术还不够成熟,市场上基本还没有看到样品。

空气压缩机的作用是将空气增压,为燃料电池提供适当压力的气体,使得燃料电池的阴极侧的压力始终处于较为高效的区间。与一般的空气压缩机不同,燃料电池用的空气压缩机需要完全无油,以防止燃料电池催化剂中毒,影响燃料电池的输出性能,并且还需要空压机具有高流量、高压比的特性。

增湿器

 燃料电池电堆在反应过程中,质子交换膜需维持一定的湿度以保证质子交换膜处于合适的水饱和状态,保持较高的电导,保持较高的反应效率,因此要求反应介质需携带一定量的水蒸气进入电堆,这一步通常需要增湿器来实现,其重要性不言而喻。

“十年磨一剑”我司经过无数次实验,成功研制出增湿器的核心加湿材料,一种高分子复合材料中空纤维膜,目前公司已经成功开发(10kW-120kW级)适用国内市场的增湿器,先后通过了国内多家客户的测试,2021年已逐渐推向市场。

增湿器的作用是将空气进行加湿,以提升燃料电池的输出性能,提升燃料电池的效率。

氢气循环部件

氢循环部件主要有氢循环泵、引射器两类,在实际使用中各有优缺点。氢循环泵具有转速及流量调节可控、实用性高等优点,但存在噪音高、体积大、成本高、功耗大等缺点;引射器具备成本低、体积小、无寄生功率等优点,但存在无法实现全工况覆盖、普适性差等缺点。

本公司拥有涡旋式氢气循环泵的技术与专利,使其设计出全球最前沿的无油涡旋式氢气循环泵,通过精细的力平衡,使动、定涡卷之间的摩擦损失最小化,提高了产品的压缩效率、稳定性及使用寿命,直接减少氢气循环泵的综合使用成本。同时动、定涡卷的无顶密封结构,避免了密封磨屑粉尘污染问题,成为最理想的氢气循环设备。

氢气引射器的作用与氢气循环泵的作用类似,与氢气循环泵的不同之处在于,氢气引射器是纯机械件,当按照燃料电池堆的额定功率设计时,使得引射器只能在一定的工作区间内起作用,尤其是燃料电池低功率时,引射器的作用较小。为解决该问题,可设计大、小两个引射器配合使用,或者配合一合适规格的氢气循环泵使用。

本公司自主研发组合分配引射器,利用不同大小引射器通过逻辑控制组合,加持全工况系统控制策略,可实现流量无级调节,避免目前市场上引射器适用工况窄的缺陷。且拥有自主知识产权,利用机械引射结构替代氢气循环泵,从而减少做功、提升效率、降低系统成本、延长使用寿命。

氢燃料汽车:我国已进入商业化初期

《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》指出,交通领域将是氢能消费的重要突破口,在商用车领域,2030年燃料电池商用车销量将达到36万辆,占商用车总销量的7%(乐观情景将达到72万辆,占商用车总销量13%);2050年销量有望达到160万辆,占比37%(乐观情景下销量300万辆,占比70%以上)。


      当前我国燃料电池汽车已进入商业化初期。

财政部、工业和信息化部、科技部等5部门联合发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》,明确燃料电池汽车示范期间,将采取“以奖代补”方式,对入围示范的城市群按照其目标完成情况给予奖励。

在补贴扶持期间,补贴后燃料电池汽车基本实现对标燃油车平价,刺激市场化整车采购需求,推动产业迈出规模化第一步,进入降本放量的良性循环,加速平价阶段的到来。

因此,产业发展初期的政策扶持显得尤为重要,政策扶持下产业进入规模化-降本-开拓市场的良性内循环,此外,持续的技术进步也将反哺解决各环节核心技术的成本制约,进一步提升商业化竞争力。

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