氢能与氢燃料电池产业链概述.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,氢,能及氢燃料电池产业链概述,2018,年,3,月,20,日,目录,一、氢能产业链,二、氢燃料电池产业链,（一）制氢,（二）储运氢,（三）加氢站,（四）氢燃料电池,（五）氢燃料电池汽车,三、总结,一、氢能产业链,氢能，,H,2,，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。,氢能产业链构成,制氢,储运,应用,化石燃料制氢,气体存储运输,合成氨,含氢尾气、副产氢回收制氢,液氢存储运输,精炼油,电解水制氢,固态存储运输,精甲醇,化学热分解制氢,有机物存储运输,其他工业,光解水制氢,交通运输,生物质制氢,热电联供,储能,-,发电,工业燃料,传统用途,氢能源,二、氢燃料电池产业链,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 ：,2H,2,+O,2,=2H,2,O+,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。,氢燃料电池产业链构成,氢能源（制氢、储运加氢站,燃料电池系统,电堆,系统辅件,膜电极,端板,双极板,密封圈,气体扩散层,应用,空压机,增湿器,氢循环系统,DC/DC,碳布,/,碳网,催化剂,质子交换膜,客车,轿车,机车,叉车,便携式电源,固定式电源,（一）制氢,氢是二次能源，都是通过一次能源转化而来。,目前常用的制氢方法：化石燃料制氢、工业尾气副产氢回收、热分解制氢、电解水制氢。,制氢方式,化石燃料制氢,含氢尾气副产氢回收,高温分解制氢,电解水制氢,其他制氢方式,石油制氢,天然气制氢,煤气化制氢,氯碱副产氢,焦炉气,氨分解,甲醇裂解,合成氨驰放气,生物质气化,风能,光解水,水能,核能,地热,海洋能,太阳能,纯化,氢气,各种制氢方式的优缺点,制氢方式,优点,缺点,备注,化石燃料制氢,技术成熟、成本低、适合大规模制氢,排放量高、气体杂质多需提纯,我国现阶段氢气主要来源,含尾气、副产氢回收,成本低、来源广泛、提纯技术成熟、回收过程碳排放量低、环境友好、适合大规模制氢,提纯工艺相对复杂,我国氯碱工业、焦炉煤气副产氢资源丰富,化学热分解制氢,转化率高、原料易得、工艺简单,成本高,需要经过高温裂解,水电解制氢,技术成熟、产氢杂质少、电力资源丰富、制氢过程碳排放量低、环境友好,能耗高，有能量损失、成本较高、减排效果受电力来源结构影响,利用核能、风能、水能、太阳能等可再生能源，水电解制氢将清洁无排放,生物质气化制氢、光解水制氢,环境友好、原料丰富,尚未实用化、转化率低、成本高,还处于科研阶段,电解水制氢相关企业及性能,企业,工艺设备,制氢能力,（,Nm,3,/hH,2,）,电耗,（,kwh/Nm,3,H,2,）,氢气纯度,(%),中船,718,所,碱性水电解制氢,1600,4.60,99.99,天津市大陆制氢,碱性水电解制氢,0.11000,4.4,99.99,苏州竞立,碱性水电解制氢,21000,5,99.9,淳华氢能,固体聚合物水电解制氢,1050,4.85.0,99.999,苏州国能圣源,碱性水电解制氢,5500,4.4,99.9,扬州中电,碱性水电解制氢,201000,4.5,99.999,（二）储运氢,氢气,是世界上已知,的密度最小的气体，在常温常压下，氢气,的密度只有空气的,1/14,，即在,0,时，一,个标准大气压下,，氢气的密度为,0.0899,g/L,。,储运氢技术主要包括：气态储运、低温液态储运、,固体储运,、有机液态储运。,各种储运技术的质量储氢密度和优缺点,储存方法,单位质量储氢密度（,%,）,优点,缺陷,技术突破,备注,高压气态储氢,1.05.7,技术成熟、充放氢速度快、成本低,体积储氢密度低,提高体积储氢密度,目前车用储氢主要采用的方法,低温液态储氢,5.7,体积储氢密度高、液态氢纯度高,液化过程耗能大、易挥发、成本高,降低能耗、成本、挥发,液氢主要用于航空航天领域，民用很少,固体储氢,1.04.5,体积储氢密度高、安全、操作条件以实现不需要高压容器、具备纯化功能，可得到高纯度氢,质量储氢密度低，成本高、吸放氢有温度要求,提高质量储氢密度、降低成本和吸放氢温度,未来重要发展方向,有机液体储氢,5.07.2,储氢密度高、,储存、运输、维护保养安全方便、可多次循环使用,成本高、操作条件苛刻、有发生副反应的可能,降低成本、操作条件,可以利用传统石油基础设施进行运输和加注，很有前景,储运氢相关企业,储运氢方法 企业 主营业务,气态储氢,液态储氢,固态储氢,有机液态体储氢,北京科泰克 车用储氢,京城股份,/,天海 车用储氢,沈阳斯林达 车用储氢,中材 车用储氢,中国中氢 车用储氢中集氢能 车用储氢,安瑞科 运输及站用储氢罐,博源（湖北）实业 气罐、气罐车,浙江巨化 储氢罐,张家港福瑞氢能 液氢生产、低温槽车,中国航天科技集团,101,所 液氢生产,北京浩运金能 储氢合金,厦门钨业 储氢合金,宁波申江 储氢合金粉,湖南科力远 储氢材料,安泰科技 储氢材料,江苏申建氢能 储氢材料,武汉氢阳 有机物储氢,杭州聚力氢能,有机物储氢,（三）加氢站,氢燃料电池的应用和商业化离不开加氢站基础设施的建设。,氢气加注是通过将不同来源的氢气经过压缩机增压储存在站内的高压罐中，再通过加气机为氢燃料电池汽车加注氢气。,加氢站流程图,气源,干燥系统,调压（计量）装置,氢气压缩系统,加气系统,低压区,中压区,高压区,储气系统,氢燃料电池汽车,加氢设备,加氢站的主要设备：泄气柱、压缩机、储氢罐、加气机、管道、控制系统、氮气吹扫装置及安全监控装置。,核心设备：,压缩机、储氢罐、加气机,。,目前我国从事核心设备研发的企业较少，加氢核心设备主要依赖进口，自主产品发展不成熟，导致了我国加氢站建设成本很高。,目前我国加氢站建设技术已经很成熟，最大问题是建设成本很高，关键是土地成本和核心零部件成本较高。,加氢相关企业,省份,主要企业,主营业务,上海,上海涡卷,压缩机,上海舜华,加气机、增压加氢系统、移动加氢站,上海氢枫,加氢站设计、运营,上海驿蓝,加氢站建设,北京,中国神华,加氢站建设,北京久安通,加氢站方案设计,北京海珀尔,加氢站方案设计及运营,北京海德利森,移动加氢站,石家庄安科瑞,站用储氢罐,北京天高,隔膜压缩机,广东,深圳氢枫,加氢站运营,中石油,加氢站建设、运营,中石化,加氢站建设、运营,江苏,苏州绿萌氢能,加氢站设计,江苏氢联合,移动加氢站,加氢相关企业,省份,主要企业,主营业务,江西,普度氢能,加氢站设计、建设,陕西,国达新能源,加氢站建设,四川,成都华气厚普,压缩机,安徽,安徽明天氢能,加氢站建设,山东,青岛青枫,加氢站设计、建设,加氢站建设,加氢站,是氢燃料电池产业化、商业化的重要基础设施，,2017,年我国加氢站建设提速，从,2016,年的,3,座增加到,8,座。中国制造,2025,节能与新能源汽车技术路线图,中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（,2016,）,明确提出了,2020-2030,年的加氢站建设规划。,节能与新能源汽车技术路线图,到,2020,年建设,100,座加氢站,到,2025,年建设,350,座加氢站,到,2030,年建设,1000,座加氢站,中国氢能产业基础设施发展蓝皮书（,2016,）,到,2020,年建设,100,座加氢站,到,2030,年建设,1000,座加氢站,到,2050,年加氢站服务区域覆盖全国氢能产业发达地区,中国制造,2025,到,2020,年生产,1000,辆燃料电池汽车并进行示范运营,到,2025,年实现加氢站等配套基础设施完善,国内加氢站建设规划,我国加氢站建设现状,序号,（规划）建成年份,城市,名称,进展,1,2006,北京,北京永丰加氢站,已运营,2,2007,上海,上海安亭加氢站,已运营,3,2015,郑州,郑州宇通加氢站,已运营,4,2016,大连,同济,-,新源大连加氢站,已运营,5,2016,云浮,思劳加氢站,已运营,6,2017,佛山,瑞晖佛山加氢站,已运营,7,2017,常熟,丰田加氢站,已运营,8,2017,如皋,南通百应加氢站,已运营,9,2018,上海,嘉定加氢站,规划,10,2018,安徽,六安加氢站,规划,11,2018,如皋,神华加氢站,在建,12,2018,云浮,新区,规划,我国加氢站建设现状,序号,（规划）建成年份,城市,名称,进展,13,2018,云浮,罗定加氢站,在建,14,2018,云浮,云安区加氢站,规划,15,2018,云浮,新兴县加氢站,规划,16,2018,云浮,郁南县加氢站,规划,17,2018,山东滨州,滨化加氢站,在建,18,2018,湖北十堰,东风特汽加氢站,在建,19,2018,广东中山,古镇加氢站,在建,目前加氢站建设的难点,1,、审批难。,加氢站属于新生事物，国家还没有建立健全相关法规，土地规划、建设选址等审批程序、流程、标准以及审批层级、权责没明确，审批过程长，协调部门多；,2,、无统一规范的建设标准。,国家还没有统一制定加氢站的技术标准、安全标准、运营标准，安全监管较难，严重制约加氢站商业化。,3,、建设成本高。,加氢站的建设条件要求高，核心零部件如压缩机、加气机等主要依赖进口，制氢、储运氢成本也比较高；此外氢燃料电池商业化还处于起步阶段，成本回收也比较漫长，目前的加氢站还处于试点阶段。例如神华集团在我们如皋建设的一座加氢站的投资额就高达,5300,万。,（四）氢燃料电池,氢燃料电池（,Hydrogen Fuel Cell,），是将氢气和氧气化合产生电、水、热的电化学装置。只要保证燃料供给，氢燃料电池将会连续发电。整个化学反应过程安静、无污染，电池效率比化石燃料燃烧高,23,倍，能量转换效率可达,8090%,。,氢氧 燃料电池 水,+,电流,+,热量,化学总反应式 ：,2H,2,+O,2,=2H,2,O+,电,+,热,氢燃料电池是一种真正的零排放电源。,氢燃料电池系统,氢燃料电池系统是由,电堆（核心）,、氢气供给循环系统、空气供给循环系统、水热管理系统、电控系统、智能监控系统相互协调构成。目前我国氢燃料电池系统集成技术比较成熟，但冷启动温度一般为,-20,，与丰田的,-30,还有差距。,氢燃料电池系统构成图,催化剂,质子交换膜,碳布,/,碳网,气体扩散层,双极板,膜电极,密封圈,端板,电堆,氢燃料电池系统,电控系统（,DC/DC,）,水热管理系统,（增湿器）,空气供给循环系统（空压机）,氢气供给循环系统,氢燃料电池系统主要企业及产品参数,企业,功率（,KW,）,运行,/,储存温度（）,应用,北京艺华通,30,、,60,-2045/-3045,商用车、乘用车,新源动力,45,-2045/-2045,商用车、乘用车,上海重塑,30,、,60,-2045/-3045,商用车、乘用车,北京蓝吉,16,、,30,、,45,商用车、乘用车,上海攀业,0.03,、,5,-540,无人机、通信基站,大连光阳机电,31,-1042/042,商用车,上燃动力,06,-1042,商用车,苏州弗尔赛,510,-1042,观光车、叉车、备用电源,江苏索尔,30,商用车,北京氢能,10,、,30,-1045/-4060,商用车,北京碧空,175,-2040,发电系统、备用电源,武汉众宇,1.2,、,2,、,4,、,6,、,10,、,100,-1045,无人机、备用电源,南通泽禾,50,、,175,-2040,发电系统、备用电源,浙江南都,5,050/-1050,通信基站,氢燃料电池系统核心零部件,1,、电堆（,Galvanic pile,）,，分为水冷电堆和空冷电堆。一般空冷电堆用于小型化设备中，如上海攀业、江苏清能生产的空冷电堆，功率、体积较小。,2,、膜电极（,Membrane Electrode Assemblies,）,，通常由气体扩散层、质子交换膜、催化剂通过热压工艺制成，是氢燃料电池技术的核心。目前我国的膜电极功率密度最高达到,1.0W/cm,2,与国际水平的,1.8W/cm,2,，仍有差距。,3,、催化剂（,Fuel-cell catalyzer,）,，具有加速电极交换界面电荷转移反应的催化作用，具有导电性好、耐腐蚀性、催化活性高的特点。,铂（,Pt,）,是氢燃料电池电堆中应用最多的催化剂，但铂很稀缺，价格高（,193,元,/,克），低铂和非铂催化剂成为下一步催化剂研究开发的重点。,4,、质子交换膜,质子交换膜（,Proton Exchange Membrane,）,，是氢燃料电池的心脏，具有为电解质提供氢离子通道和隔离两极反应气体，防止它们直接产生作用的双重作用。其类型包括全氟磺酸膜、非全氟化膜、无氟化膜和复合膜,，其中全氟磺酸膜是主流，主要供应商是美国杜邦公司。为降低成本，加拿大,Ballard,公司也开发了部分氟化膜。山东东岳集团,2010,年自主研发了全氟磺酸膜，实现国产化，打破了美国、日本长期的垄断。,各类质子交换膜的优缺点,类型,优点,缺点,全氟磺酸膜,（主流）,机械强度高，化学稳定性好，在湿度大的条件下导电率高；低温时电流密度大，质子传导电阻小,高温时膜易发生化学降解，质子传导性变差；单体合成困难，成本高；用于甲醇氢燃料电池时已发生甲醇渗透,非全氟,效率高；单电池寿命提高；成本低,氧溶解度低,无氟化膜,电化学性能与,Nafion,相似；环境污染小成本低,化学稳定性较差；很难同时满足高质子传导性和良好机械性能,复合膜,可改善全氟磺酸膜导电率低及阻醇性差等缺点，赋予特殊功能；成本较低,制备工艺复杂，有待改善,5,、双极板,双极板（,Bipolar Plate,）,，是质子交换膜氢燃料电池的关键零部件，影响电池的性能和成本，是制约氢燃料电池产业化的瓶颈之一。其类型分为：,金属双极板、石墨双极板、复合双极板,。迄今使用最广发的是石墨双极板，但是他制备加工工艺复杂，成本较高，不适合批量生产,。,石墨双极板,金属双极板,复合双极板,优点,导热性强，耐腐蚀,导电和导热性能强，易加工，质量轻、体积小、易密封组装，成本低,易加工、成本低、结构灵活,缺点,加工周期长，组装较困难，成本较高,易腐蚀,导电、导热性能略低,代表企业,上海神力、上海弘枫、杭州鑫能、淄博联强碳素、江阴沪江,大连新源动力,大连新源动力、北京氢璞创能,三类双极板对比,6,、氢燃料电池系统辅件,氢燃料电池系统辅件,，包括空压机、增湿器、氢循环系统、,DC/DC,（直流,-,直流电转换器）。目前空压机和,DC/DC,有国内产品，北京亿华通能生产,DC/DC,，佛山广顺能生产空压机。但加湿器、氢循环系统我国处于空白状态，全部依赖进口。,我国氢燃料电池系统总体评述,我国氢燃料电池的功率密度、低温冷启动、寿命等关键性能指标；生产成本还与国外先进水平仍有差距。我国氢燃料电池关键零部件主要依赖进口，价格高昂，是我国氢燃料电池的短板。特别是：,质子交换膜,，国外巨头形成垄断，如美国,Dupont,、,WL Core,；,3M;,比利时,Solvay,等，国内已经开发出复合膜，山东东岳、新源动力、武汉理工；,碳纸，,Ballard,、,Toray,、,SGL,等已形成流水线生产，国内大规模无批量生产和应用,；,密封胶，,德国汉高、日本三健形成垄断,；,加湿器，,主要由美国、加拿大、德国的厂商提供，国内空白；,氢循环系统,，美国,Park,公司开发的氢循环泵可用于不同的车型，国内空白,。,（五）氢燃料电池汽车,国际上日本、韩国在氢燃料电池乘用车应用领域走在世界前列，丰田（,Mirai,，,2014,年,12,月）、现代（,NEXO,，,2017,年）氢燃料电池乘用车，已经问世,我国目前已经研发出氢燃料电池汽车有乘用车、客车、物流车、观光车、场地车等不同类型。上汽集团、北汽新能源、长安汽车、长城汽车、奇瑞新能源、陆地方舟、青年汽车等大小车企都积极布局氢燃料电池汽车，不同车型已经问世。,各地氢燃料电池汽车示范运用情况,示范项目,时间,运营车辆,上海世博会,2010,70,辆轿车、,3,辆客车、,100,辆微型车,广州亚运会,2010,60,辆观光车,深圳大运会,2011,60,辆乘用车,25,个城市新能源汽车万里行,2014,60,辆乘用车,北京,2017,10,辆客车,北京,-,张家口,2017,2,辆客车,佛山,-,云浮,2017,5,辆客车,佛山,-,云浮,2018,300,辆客车,北京,2018,10,辆客车、,5,辆物流车,郑州,2018,3,辆客车,盐城,2018,5,辆客车,上海,2018,16,辆客车、,41,辆乘用车、,30,辆物流车,佛山,2018,2,辆客车,我国氢能与氢燃料电池产业链主要企业统计表,制氢 储运 加氢 燃料电池系统 应用,制氢,神华集团,首钢氧气,香河华瑞,华能集团,中节能风电,华昌化工,制氢设备,林德集团,七一八研究所,大陆制氢,北京氢璞,派瑞华,淳华氢能,苏州竞立,气态储氢,科泰克,天海,中氢,EKC,安瑞科,新兴重工液态储氢,富瑞氢能,航天,101,所,固态储氢,浩运金能,厦门钨业,申江科技,科力远,安泰科技,申建氢能,有机物液态体储氢,武汉氢能,聚力氢能,加氢站建设,富瑞特装,上海舜华,华南集团,上海驿蓝,神华集团,久安通,安徽明天,普渡氢能,国达新能源,海珀尔,加氢设备,雪人股份,汉钟精机,厚普股份,海德利森,涡卷精密机械,储氢罐（瓶）,中材科技,京城股份,安瑞科,压缩机,北京天高,系统,亿华通,新源动力,上海攀业,大连光阳机电,潍柴（弗尔赛）,氢璞创能,北京碧空,武汉众宇,南通泽禾,广东国鸿,上燃动力,质子交换膜,东岳集团,三爱富,武汉理工新能源,催化剂,贵研铂业,北方稀土,苏州擎动动力,宇辰新能源,乘用车,上汽集团,北汽新能源,长城汽车,长安汽车,广汽汽车,客车,福田汽车,宇通客车,中通客车,南京金龙,中植新能源,五州龙,上海申龙,安徽安凯,青年汽车,金龙汽车,佛山飞驰,扬子江,电堆,上海神力,北京氢璞,新源动力,上海攀业,江苏华源,江苏清能,潍柴（弗尔赛）,浙江南都,双极板,上海神力,鑫能石墨,联强碳素,江阴沪江喜丽碳素,上海弘枫,膜电极,世纪富源,武汉理工,新源动力,上海河森,苏州擎动,物流车,东风汽车,福田汽车,中国重汽,叉车,安徽合力,有轨电车,中车唐山,中车四方,无人机,同济大学,众宇动力,上海清能,三、总结,制氢,储运,加氢,氢燃料电池,应用,氢燃料电池产业链,氢能及氢燃料电池产业目前是一片蓝海，各地方政府和企业正在加紧布局，产业链不断完善，规模初显，是,21,世纪朝阳产业。,同时还应看到氢能及氢燃料电池产业化、商业化之路还很漫长，我们氢能园区一定要保持先发优势，不断补齐产业链短板，加大力度招引制氢、储运氢及膜电极、催化剂、质子交换膜、双极板等关键零部件企业，瞄准国际先进水平，优中选优，加快氢能小镇建设，形成产业集聚，,建设具有国际知名度的氢经济示范园区,！,谢谢,观赏,!,谢谢观赏！,