我國氫能技術發展現狀和趨勢(二)
來源:冶金技術網 發布時間:2022年06月16日點擊數:

  二、我國氫能技術發展現狀和趨勢

  氫氣制備方面,“十三五”期間,我國電解水制氫技術已經由試驗示范進入商業化示范的初步階段。在堿性電解水制氫方面,已經建成多個可再生能源與堿性電解水制氫系統結合的示范裝置,單機最大容量達到1000Nm³/h,氫生產能力1752×104Nm³/年;質子交換膜電解水制氫方面,單機制氫能力已經達到0.5~50Nm³/h;高溫固體氧化物電解水制氫方面,已經實現了千瓦級高溫電解水蒸氣制氫系統集成;太陽能光催化制氫技術、熱化學循環分解水制氫技術等先進可再生能源制氫技術已經開展實驗室級別或中試級別的試驗研究工作。

  氫氣儲運方面,我國氫資源中心和氫負荷中心呈現逆向分布,規模化、大容量氫儲運技術是提高氫能在終端能源消費占比的重要前提。同時,由于氫能是一種靈活多元且具有物質形態的二次能源,適合因地制宜作為長周期、跨季節儲能形式進行布局,因此,大規模儲氫對保障新型電力系統安全穩定運行具有重要意義。“十三五”期間,氣態儲運技術方面,我國已經研制出87.5Mpa鋼質碳纖維纏繞高壓大容積加氫站用固定式儲氫瓶,運輸用高壓儲氫工作壓力在20Mpa等級,已建成電解水制氫~摻氫量10%的天然氣摻氫管道示范工程;液態儲運技術方面,我國航天及軍事領域已經具備液氫貯罐的自行研制能力,具備1.5~5噸/天氫液化系統設計制造能力,已經完成針對引進國外5噸/天以上的氫液化工藝包進行國產適應性優化,正在開展有機液體規模化加氫與運氫示范;固態儲運技術方面,開展了kW級風電制氫、15kg固態車載儲氫系統示范應用。

  燃料電池方面,在國家和地方產業政策的支持和鼓勵下,燃料電池技術尤其是質子交換膜燃料電池在交通領域的應用得到快速推廣,蓬勃發展。隨著我國能源結構調整步伐加快,燃料電池清潔低碳、無污染、綜合能源利用效率高的特點使其適合成為多元化供能的主體,從而在提高能源效率、推動終端用能清潔化、低碳化方面發揮不可替代的作用。“十三五”期間,質子交換膜燃料電池技術方面,我國已經突破了10kW級質子交換膜燃料電池分布式發電、熱電聯供關鍵技術并實現示范應用,電堆實測壽命達到9500小時,實現了5kW燃料電池備用電源系統商業化生產,燃料效率≥50%;固體氧化物燃料電池技術方面,實現了10kW級的分布式發電系統及5kW級熱電聯供系統示范,熱電聯產綜合效率達到80%以上,自主設計并建設了10kW級(2個5kW模塊)整體煤氣化燃料電池(IGFC)發電系統及CO₂近零排放工程示范,實現燃料利用率84.5%,發電效率53.3%;熔融碳酸鹽燃料電池技術中,完成了10kW~20kW以純氫為燃料的發電系統的試驗運行,初步具備了由實驗室走向中試規模的條件。

  氫氣加注方面,我國建成加氫站數量已經躍居世界第二,但加氫站關鍵裝備如加氫機、壓縮機等核心技術仍然面臨受制于人的局面。提高加氫關鍵技術裝備國產化水平的重要意義在于:一是提高能源產業鏈安全穩定水平,二是夯實我國氫能規模化發展的關鍵基礎,三是為氫能關鍵裝備“走出去”提供重要技術保障。“十三五”期間,我國已經建成的加氫站以35MPa氣態加氫站為主流,我國已經具備35MPa和70MPa等級氣態加氫站的集成設計能力。在35MPa加氫站技術方面,開發了基于國產III型儲氫瓶的快速加氫控制技術,國產壓縮機在加氫站實現應用;在70MPa加氫站技術方面,我國正在開展70Mpa加氫站關鍵技術和壓縮機、加氫機關鍵裝備的技術攻關工作。

  氫安全防控及品質保障是氫能健康、有序、快速發展的重要保證。氫具有分子量小、點火能低、燃爆范圍寬、火焰傳播速度快容易發生爆轟、高壓高純氫與材料相容性等特性,使得氫能各環節應用的安全問題都不容忽視,氫能安全利用是氫能大規模推廣應用的重要前提。氫氣品質保障是保證氫能利用各環節關鍵技術裝備的壽命、能效、避免設備故障的重要方面,隨著我國氫能步入商業化應用階段,氫氣全周期品質保障技術方面的研究和技術儲備的重要性逐漸凸顯。“十三五”期間,我國在氫氣安全和品質保障方面進行了大量基礎科學研究。在安全防控方面,已經進行了不同應用場景的氫氣擴散、液氫的泄漏、燃燒及爆炸的理論研究,建立了高壓臨氫部件及儲氫瓶測試試驗平臺,初步具備臨氫部件及儲氫瓶測試能力,進行了制氫設備安全監測體系研究和氫氣泄漏爆炸及其防控技術的研究。在品質保障方面,我國尚處于技術跟蹤階段,正在建立快速檢測、品質管控技術儲備。(未完待續)