转换下降-燃料电池成本、能源转化效率等方面是其影响发展的关键因素-合肥电视台新闻频道

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                                    郑州彩虹桥拆除

                                    以氫燃料電堆為例,據歐洲燃料電池與氫能聯合組織發佈的氫能及氫燃料電池汽車的相關行業報告顯示,2020年,燃料電池系統的年生產量達到1000套時,電池堆的成本為111.96美元/kW,在生產量達10000套時,電池堆的成本為36.9美元/kW,下降幅度達67.04%。而在2025年,生產量為50000套時,電池堆的成本可低至11.53美元/kW。

                                    在中國,氫能已納入國家能源戰略,成為優化能源消費結構和保障國家能源供應安全的重要選擇。隨着這種被譽為「人類終極能源」產業的爆發,全國各地對氫能產業的規劃布局正在提速。據不完全統計,僅2019年,江蘇如皋、浙江嘉興、山西大同等地對氫能的投資預計超過1600億元。根據中長期規劃,到2025年,中國氫能產值將會超過5100億元,最終發展成萬億市場。但火熱背後,氫能產業究竟何時才能商業化,卻無明確時間。

                                    11月15日,由蓋世汽車主辦,常熟國家高新技術開發區指導的2019全球燃料電池汽車產業論壇上,中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員衣寶廉提出,氫燃料電池乘用車商業化至少還需十年。

                                    如今,制約氫燃料電池成本大規模下降的因素主要源自核心技術尚未突破,產業鏈完備程度有待提高,加氫站建設較為落後及市場接受度需提升等多個方面。曾有專家認為,當前技術已足夠滿足氫燃料電池汽車的使用需求,其阻礙氫燃料電池汽車成本下降的關鍵原因是目前的燃料電池仍處於小規模生產狀態,產業鏈上下游各個環節成本居高不下。

                                    但現實果真如此么?現階段,燃料電池自身消耗的電能、氫氣從電解池低壓狀態壓縮到適於輸送的高壓狀態所需電能,運輸高壓氫氣到加氫站所消耗的能量,加氫站給運營車輛充氫所消耗的能量等,都需算做氫能轉化效率,此概念因和電動汽車全生命周期類似。據估算,從電解水制氫至車輛使用,所消耗的1度電,最終僅可使用不及0.3度電。

                                    對於其中緣由,衣寶廉院士表示,燃料電池成本、能源轉化效率等方面是其影響發展的關鍵因素。

                                    規模化降低成本是關鍵據衣寶廉院士表示,目前燃料電池發動機成本高昂,成為阻礙氫燃料產業發展的關鍵。據了解,燃料電池發動機成本是燃油車的一倍,其車輛運行費用也頗高,1kgH?/100km氫氣成本在70-80元,而燃油費用僅為40餘元,鋰離子電池平均15°電,成本僅需10-15元。所以,無法降低燃料電池動力系統成本,談普及就為時尚早。

                                    電堆主要由氣體擴散層、質子交換膜、膜電極、催化劑、雙極板、密封件等幾個關鍵部件組成,其中質子交換膜和催化劑占燃料電池堆成本的60%以上。影響成本的主要組件即是電堆中的質子交換膜、催化劑中鉑的含量、雙極板材料,以及電池系統中的儲氫罐、升壓變頻器、動力單元等。

                                    有不少業內人士表示,氫燃料電池規模化生產,確實降低成本的首要路徑。但做好規模化生產,不是一日之功,需要三到五年時間累積。

                                    隨着可再生能源邊際成本不斷下降,從長遠來看,水能、生物能、太陽能(000591,股吧)、風能等可再生能源制氫,不管是從對環境的保護還是可持續性來看,都具有較強競爭力。尤其隨着因溫室氣體過度排放造成的全球變暖及日益嚴重的環境污染,可再生能源制氫廢物零排放、環境零污染的優越性逐步體現出來。

                                    (豐田MIRAI氫燃料電池汽車製造成本已得到控制)

                                    氫能利用要提升轉化效率當下,影響氫能產業發展的另一大因素,是氫能的轉化效率及經濟效益。眾多周知,氫能並非一次能源,它更像電能屬於二次能源,需轉化得來。這一轉化過程需要消耗能源的同時,必有能源浪費,降低浪費量,是氫能發展的重要前置條件。並且,能源轉化需有成本,如果提高經濟效益也是關鍵。

                                    據美國能源部此前預測,氫燃料電池產能如能擴大十倍,整車成本將下降 23%,同時伴隨電堆技術的突破,成本將再降 23%;兩者疊加帶來的成本下降幅度將超過45%。

                                    如果能充分利用棄水、棄風、棄光所產生電能進行電解水制氫,則意味着不僅能解決可再生能源消納問題,還能實現綠色制氫。電解水制氫工藝,從20世紀初發展至今已有110多年的工業化歷程,技術較為成熟。利用兩個不產生化學反應的電極,在無機酸或鹼金屬氫氧化物的水溶液傳導直流電流,陰極生成氫氣,陽極生成氧氣。電解水方法大規模製氫主要有兩條降成本的途徑,一是降低電解過程的能耗,二是降低電價。

                                    (現代NEXO fuel cel氫燃料電池發動機)

                                    曾有業內人士對比,如果一度電經充電器的AC-DC變換和車上電池的充電—放電,兩環節的能量轉換效率都在95%左右,送到電動汽車電機上的電能接近0.9度,近三倍的能量轉換效率一目了然。如此計算,氫能轉換效率既不高,經濟效率也不樂觀。

                                    想要提升制氫能轉化率,且更具經濟性,可再生能源制氫或是一種有效手段。

                                    據相關資料顯示,目前通過電解水制氫的能量轉換效率較高,約達85%。氫在燃料電池中發電,能量轉換效率約50%,由電到氫在到電的整體能量轉換總效率或大於40%。曾有智庫計算,根據能量守恆定律,氫燃料電池能量轉化效率遠高於內燃機。以氫氣作為能源載體的燃料電池車能效,較使用傳統燃料的內燃機車能效提升2.5倍。

                                    (中國工程院院士、中國科學院大連化學物理研究所研究員衣寶廉)

                                    目前,氫燃料電池動力系統由氫燃料電池堆、加濕器、功率調節器、空氣壓縮機、氫氣循環泵等部件構成。其中,電池堆是整個燃料電池產業鏈的核心部分,其性能和成本的演化直接決定了燃料電池產業化進程。

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