氢能制、储、加、用，方案这里都有！来自SNEC展的氢能声音（下）
2023-06-08 17:59 来源：氢能汇 点击：273
在SNEC展如火如荼期间，也有一场氢能会议火热举行，这就是在上海浦东嘉里大酒店举行的第五届（2023）国际氢能与燃料电池技术和装备及应用（上海）大会。5月25日，22名业内专家针对氢能产业发表了独到观点。国际能源网/氢能汇（微信公众号：h2-2005）以氢金融、电解槽等为主题，分两期发送专家的观点纪要。这是下篇。
第四篇章：氢储运材料、技术新方向
在国际氢能与燃料电池技术和装备及应用（上海）大会上，来自上海交通大学、北京天海、北京星翼、中集安瑞科的4位专家为储氢材料和技术提供了新的方案。
氢应用扩张的一条通路：固态镁基储氢
上海交通大学材料科学与工程学院邹建新教授带来的报告名为《高容量固态镁基储氢材料在氢能领域中的应用》，重点介绍了镁基储氢材料，以及它在氢能领域的应用。
上海交通大学材料科学与工程学院教授 邹建新
固态储氢的原理是把氢存储到镁当中，一个镁原子可以带两个氢原子，变成氢化镁，在用氢时通过加热的方式把氢释放出来，也可以通过加水的方式把水当中的氢也置换出来，加水是一次性使用方法，产氢量可以加倍。
邹建新介绍说，团队在实验室里面研发生产工艺之后，已经建设了中试生产线，在上海临港建设了一个年产10吨左右氢化镁粉末的生产线，年产10吨，高产氢密度15.2%，可长期存储，主要是在无人机、备用电源方面应用。另外还有一条多孔镁基储氢生产线，年产100吨。
团队还研发了大型储运氢的罐体，已在南通建设了一个大型储运氢罐体的测试基地，做了很多测试，单罐可以实现12个小时内吸放氢达到75公斤以上。在储氢罐的基础上组装成大型的储运氢车，是12个罐体组合，储运氢能力达1吨，它可以实现常温低压下的储运，它有进化能力，可以实现远程控制。
团队和中石化、宝武等集团，共同制定了团体标准，《镁基氢化物固态储运氢系统技术要求》，近期在很多地方进行了测试，包括路测和加氢站测试，都安全完成吸放氢。它的主要优势是运输能力非常强，单车可以运1吨氢气，加氢能力非常大，占地比较小。另外团队也对运输过程中固态材料遇到振动、加速、减速、碰撞等等情况可能产生的应率问题进行了防范，以确保安全。
邹建新重点介绍了和宝武集团合作的项目，这一名叫“氢行者”的项目刚刚获得巴黎国际博览会的金奖。装置附带太阳能板和撬装装置，通过光伏发电，进行电解水制氢，制氢以后直接存储到镁基固态储氢装置。用时可以把氢直接释放出来为车辆进行加氢。
邹建新对这一技术前景进行展望时说，这一技术既可以储能，可以用来供氢，也可以给氢能汽车家庭用氢，甚至工业用氢方面获得应用。而且动力系统方面将来可能和内燃机或者固态氧化物燃料电池进行结合，产生的废热可以用来给镁基固态储氢装置放氢，这样可以实现高效率、高安全的动力系统。
IV储氢瓶生产目前在国内依旧是重点
北京天海氢能装备有限公司总经理张增营分享了车载高压储氢技术的应用。他介绍说，现阶段在车载储氢领域比较成熟的还是高压储氢。
北京天海氢能装备有限公司总经理 张增营
上世纪50年代开始出现的I型瓶为全钢瓶；70年代出现了钢内胆玻璃纤维环形缠绕，也就是Ⅱ型瓶；80年代出现了铝内胆碳纤维全缠绕的III型瓶；90年代出现了塑料内胆碳纤维全缠绕的高压气瓶，也就是IV型瓶。发展趋势也是重量越来越轻，目前还有无内胆的V型瓶，正在研发试用阶段。
现在国外基本70兆帕的储氢气瓶都是IV型瓶。国内目前以III型瓶为主，从2016年开始有企业陆续开展IV型瓶的研究。他介绍说IV型瓶技术难点主要包括塑料内胆的材料选择和成型；内胆与金属阀座的平口密封连接技术；纤维的带压缠绕、浮层设计和工艺技术。其中内胆与金属阀座的连接是一项关键技术，连接部位容易因疲劳而产生泄漏，北京天海也研发了独特的密封结构，已申请了专利。
北京天海是国内气体储运装备的龙头企业，主要负责氢能储运装备的设计制造，是国内首家取得了70兆帕大容积氢气瓶许可认证的企业，在北京冬奥会上有140辆车氢燃料客车都是用的天海70兆帕的产品，并且在冬奥会上的火炬供氢系统也是采用70兆帕的产品进行供氢的。天海的III型瓶目前从70升-450升，供应压力有35兆帕和70兆帕两种，覆盖了不同车型、多种氢系统的应用。对于IV型瓶北京天海是从2016年开始进行了自主研发，已经建成了一条国际水平的IV型瓶国际生产线，目前已经实现了IV型瓶的量产销售。
不同的“站”配置不同的“桩”
北京星翼空间技术有限公司研发中心负责人赵亚杰分享了氢能源领域不同应用场景下压缩机的选择经验。他介绍说，氢能源产业压缩机主要四部分，隔膜式压缩机、无油活塞式压缩机、液驱活塞式压缩机、离子液压缩机。赵亚杰分别介绍了四种压缩机的优势和劣势。
北京星翼空间技术有限公司研发中心负责人 赵亚杰
他提供了经过调研得出的一组数据，对于母站来讲，压缩机的条件一般是1.2-1.8兆帕；流量主要是200、500、1000、2000标方的，排气条件是20兆帕的长管拖车是压缩机要达到22兆帕，30兆帕要达到32兆帕，IV型瓶要达到75兆帕。
压缩机是加氢站产生故障的第二大因素，他认为在不同的站应该用不同的压缩机。“针对于加氢母站、加氢子站、制加一体站，我们认为隔膜压缩机比较适合加氢母站，液驱压缩机比较适合加氢子站，制加一体站我们认为适合用液驱。”
他以星翼空间为不同加氢站配置不同压缩机为例介绍了压缩机的合理应用。星翼空间成立于2019年，是专业压缩机企业，既可以做隔膜压缩机、活塞压缩机，也可以做液驱压缩机。
超前思考助力液驱氢气压缩机开发
中集安瑞科氢能增压研究中心孙洪涛主任介绍了“液驱氢气压缩机的研发与应用”。他认为，基于加氢站核心设备上的应用，对加氢站用的压缩机进行分析，主要是在运用选型方面关注的有八个关键因素：单泵最大排量、压缩级数、气体污染、维护周期、采购成本、维护成本、运行温度、单位能耗。
中集安瑞科氢能增压研究中心主任 孙洪涛
他说，目前隔膜压缩机和液驱压缩机项目应用比在国内大概在六四分，60%左右是隔膜压缩机，40%是液驱压缩机，这是因为国情现实情况导致的，因为目前国内加氢站排气压力主流是在45兆帕，这个领域里两种类型的优势还不是特别明显。但是在70兆帕都是液驱压缩机，因为隔膜压缩机膜片在大压力、大排量的发展方向上面技术难度较高。
正是基于这种思考，上海安瑞科公司专注于液驱氢气压缩机的研发，主要通过四个方面进行关键技术的研究，包括液驱增压技术、超高压组合密封、气液隔离技术、比例换向。
在液驱增压技术上，通过压力的选择和气液增压比的匹配，单个增压器排量就已经达到500公斤，理论上的驱动功率是42千瓦，下降非常明显。以这个产品为基础，通过并联或者串联的灵活配置形式，可以覆盖到从500公斤-1000公斤压缩机的应用。
第五篇章：氢能产业将在综合性发展中提速
5月25日，国际氢能与燃料电池技术和装备及应用（上海）大会在上海嘉里大饭店召开，来自上海氢器时代、佛山环境与能源研究院和同济大学的3位专家，为氢能产业综合化发展提供了路径方案。
应用场景综合化是未来方向
上海氢器时代科技有限公司总工程师吴亮介绍了母公司上海电气集团对于可再生能源制绿氢及系统解决方案的思考和布局。
上海氢器时代科技有限公司总工程师 吴亮
在碱性电解水装置方面，已经能够提供单体产氢量100-2000标方的电解槽。在PEM电解水制氢产品，能够提供单体5-200标方的电解槽。另外在储氢罐和压缩机等储运领域也有系列化产品推出。 氢燃料电池方面，上海电气中央研究院目前有三个比较成熟的产品，一个是200千瓦的热电联产系统，是110千瓦的燃料电池系统，以及60千瓦的燃料电池车用系统。
在多个产品线的基础上，上海氢器针对不同场景推出了多个氢能解决方案。
第一个方向是面向交通领域的“氢能制储加一体化站”的系统解决方案，目前与上海浦江特种气体合作的奉贤化工园区的联合示范基地将很快开始投产运行，它的规模是6000公斤每天的产氢规模，这边的设备我们提供的主要是一台1500标方每小时的碱性电解槽，包括1.6-90兆帕不同等级的储氢罐，以及45跟90兆帕两种等级的隔膜压缩机。
第二个方向是面对风光大基地提供的“绿氢+储氢+掺氢燃机”的系统解决方案。这个方案的特点是可以绿氢为媒介，实现大规模、长周期储能，而且还使用氢储能和电化学储能双重方案，提高储能的上限。
第三个方向是面向绿色化工领域提供的“绿氢+碳捕集+绿化化工站”系统解决方案。可以为传统电厂提供“电+氢+化”的解决方案，实现电力调峰和碳减排。对下游的绿色化工厂可以提供绿氢取代灰氢的解决方案，包括化工领域深度脱碳。
第四个方向是面向工业园区的“风光储氢一体化-冷热电氢综合智慧能源供给”系统解决方案。这个方案优势在于可以提供分布式多联产，满足工业园区冷热电氢用能需求。目前上海氢器在上海闵行工业园区投资打造了风光储充氢的综合智慧能源示范。配备了2.1兆瓦的光伏加上2台5千瓦的风电，3兆瓦的储能电池，20标方/每小时的PEM电解水制氢装置，后端配了50公斤的储氢罐，到后面30千瓦的燃料电池。这个示范项目打通了从绿电到绿氢，到最后下游应用的全产业链环节。目前系统已经运行了几个月，各项数据稳定性都优于设计值。
佛山多元化经验必须看
佛山环境与能源研究院上海事业部部长邬佳益带来的报告是《基于佛山地方实践浅谈氢能产业发展的前景与挑战》。中国的氢能看佛山，佛山氢能看南海，他介绍了佛山氢能的基本情况和佛山发展经验。
佛山环境与能源研究院上海事业部部长 邬佳益
佛山氢能产业链比较齐全，目前超过150家的氢能企业，全链发展比较顺畅。他也讲了佛山所面临的困难。他说：“佛山只不过有些走在了前头，踩过一些坑，可能大家后面也会面临。例如在政策范围内，包括氢能制、储、运、加等各环节的监管部门，很多城市是住建主管，很多还有应急、城管，不太一样。大规模液氢项目必须在化工园区。包括道路运输的限制，节假日运输的限制，包括液氢上路的限制，目前都还没有突破。”
“氢能应用已经全面多元化了，不仅仅交通领域，包括建筑、船舶工业领域，而且氢能不单单是燃料电池，也可能是其他形式的利用。而现在围绕的标准法规体系都是围绕着交通领域，这还需要得到进一步扩展。举个例子，比如佛山的渣土车，氢能渣土车跟原来的渣土车可能没有在政府采购名单里面，或者它的尺寸有些不太一样，政府就没法采购。”
另外还共同面对氢能供应保障不足和成本高的问题。“总体来说补贴模式不可持续，未来需要寻找优势应用场景，打造商业化的模式，也看到越来越多的地方在做这方面，比如像钢铁企业形成自己的一个内循环体系，包括上下游协同，去降低成本。”
他提出多条建议，包括探索多元化制氢技术路径，多元化建站模式，降低氢能储运成本，基础设施建设布局要立足实际，创新商业模式，打造多元化应有场景等。
其中在探索多元化制氢技术路径，他以佛山经验为例：“首先副产氢资源要尽量盘活，因为副产氢毕竟是现阶段经济性最好的氢气资源。绿氢，除了陕北资源丰富的地区，它的成本还是比较高的，特别依赖于电价，初期设备投资成本也较高，这块需要做多元化的制氢路线。包括佛山的天然气重整，还有在做的甲醇重整，现场制氢加氢一体，需要综合考虑一个路线，不是每个城市都一定适合某一种路线，都没有明确的路线。”
氢燃料电池汽车市场破局关键
同济大学王哲教授带来了“氢燃料电池汽车市场发展面临的挑战与破局思考”。
同济大学教授 王哲
他提供了一组数据：截止到去年年底，全球燃料电池汽车保有量67488辆，我国保有量12306辆，全球排名第三。从2015年到2022年，燃料电池汽车复合增长率超过85%。
2022年底全球814座加氢站投入运营，分布在37个国家和地区。我国已建成274座，2022年共建成22座。加氢站复合增长率超过20%。加氢站的建设是滞后于燃料电池汽车的发展。
他提出了五项建议：一是加速技术创新并商业化。迫切需要增加研发预算和对示范项目的支持，确保氢能关键技术尽快商业化。
二是在关键应用领域创造需求。目前氢能需求的大部分增长来自炼油和传统工业，氢很大一部分用在做化肥上，新兴应用项目需求增长目前只有4万吨，虽然比2020年增长了60%，但是数量是非常少的。要重点支持氢能既能支持脱碳又能减少对化石燃料依赖的行业，比如重工业、重型公路运输和航运。
三是促进电解水制氢成本降低，这是氢能发展的关键。目前电解槽产能每年接近8GW，到2030年超过60GW，随着后面光伏、风电等可再生电的发展，电解水制氢成本也会下降。
四是推进氢能产业的投资建设。要尝试一些新的基础设施的领域，比如在制氢领域提升电解槽和碳捕集装置在制氢过程中的使用率，发展氢专用的基础设施。提高氢能技术的创新能力，不断地用、示范，来提高技术的产业化。
五是构建配套的标准、认证和监管体系。
第六篇章：氢安全关注要点 这里有提供
在国际氢能与燃料电池技术和装备及应用（上海）大会上，有3位专家为氢安全和标准创建提供了意见。
氢的安全性并不差
北京大学李星国教授以《氢气的储运及应用关键技术及未来发展》发表了演讲，他指出 现在储氢的方式有多种，大体来说有高压气体的、液态的、固态的三大类，并分别进行了详细的对比分析，还对氢能安全问题进行了深入探讨。
北京大学教授 李星国
他在氢能安全问题上廓清了人们的一个误解。他说：确实要注意安全，但氢没有我们想象的那样可怕，氢燃烧得很快，但是氢含量爆炸的可能性比较小。氢含量必须达到18%以上才产生爆炸。而要达到空间内18%的含量并不是非常容易，一是氢气散逸非常快，二是在密闭空间需要有大量的氢泄漏才能达到这一数字，而在此之前进行干预可以制止。
他说，因为氢本身所具有的特性，它的单位能量小，就起爆点来说，他并不比天然气更容易起爆，我们可以用管理天然气的方法来管理氢气。现在天然气已经应用在家庭生活中，没有想象中那么可怕，氢也一样，将来它会慢慢走入家庭。
他认为，最要紧的是怎么去防范。保证氢的安全性，除了防止泄漏之外，还不能囤积，并保持通风，远离火花火源，远离静电等。
碳排放实证数据会因地而异
德国莱茵TUV孟昭瑞从第三方视角剖析了电解水制氢系统和绿氢绿氨综合技术在安全性、可靠性方面的要求。
德国莱茵TUV 孟昭瑞
制氢系统有一个特性，它有产品属性，本身又是生产系统，同时也是小的化工装置，所跨级的安全专业非常多，除了本身氢气本身附带的安全要求、流程控制所带来的工艺安全要求，还有机械、电器等安全要求。这些要求如何整合在一起，有比较大的挑战。即使同样的防爆评估，在不同的安全环境下，后果影响可能不一样，所以很难拿一个标准模型说制氢系统是什么配置就能满足条件，要综合考虑不同应用场景来论证其风险影响。
绿氢和衍生物与碳排放相关的要求和难点主要表现在，首先是对绿氢、绿氨的定义和最终排放标准值是有多重定义，在不同的地区定义并不相同，一些企业已经拿到了绿氢绿氨的认证，但是当把这些产品卖到国际市场的时候会受到该地区的否定，这就是因为标准未统一。
绿氢和衍生物还有一个特点是，碳排放跟最终的应用场景、使用地点以及生产频次关联性很强，也就是说根据相同的标准生产的绿氢和衍生物的碳排放很容易随时间和地点不同而发生变化。他举了一个在内蒙的项目为例，在刚开始做初步碳排放评估时发现完美符合绿氢绿氨，但当这个评估一步一步展开，变量一点点输入，比如冬天特别冷的时候需要蒸汽来保障系统的可靠性以及稳定性，这时候整体的功耗能耗就大幅增加。类似这样的变量增加之后，产出就无法符合标准。
TUV莱茵目前在制氢领域提供安全和可靠性方面的技术支持，目前在跟一些系统厂商以及多个国家的能源主管机构协同制定一个共同的标准，利用区块链技术以及其他加密协议的方式，来对绿氢、绿氨或者其他衍生物的认证进行可靠性的保证，以便于交易的时候，碳数据是可靠、可信、可交互的。
防爆最重要的是安全意识的提升
德国莱茵工业服务部安全技术总经理张小龙带来了《加氢站及相关设备防爆技术要求解析及案例分享》。作为一家第三方的检测认证服务公司，他为与会观众讲解了氢在防爆层面的注意事项。
德国莱茵工业服务部安全技术总经理 张小龙
他说，“在防爆领域，我们把危险的气体或者液体会定义为三个组别，分别叫2A组别，2B组别，2C组别，氢是风险最高的，它跟乙炔的等级是一样高。”
“但是防爆并不是不可能。例如加氢站，其实空气和氢气已经存在，这时候更多控制的是现在的点燃风险。在工业领域，包括在制、储、运这些领域，我们更推崇的是阻止危险环境形成的方式。需要限制危险物质的浓度，也就是如果把它控制在爆炸下限之下，这时候也不会有爆炸的风险。”
控制在爆炸下限之下可以通过很多方式，最重要的是减少危险物质的泄漏，限制危险环境的形成。增加气体报警的措施，主要包括增加探头，识别危险物质的泄漏，当达到爆炸下限的时候，整个设备，或者现场的带电设备或者运动部件，都要进入到停机或者停电的状态。
在加油站或者加氢站不能避免危险环境的形成，这时候应依据危险区的等级，进行分区配置，将不同等级的防爆设备、安全设备进行配置。他重点讲了不同分区应如何配置不同的防爆设备。例如加氢机内部被定义为了1区，在加氢机周边有一个4.5米半径的圆柱形的空间，被定义为了2区。所以在加氢机附近，有任何的电气设备都要考虑防爆的风险，危险环境下用到的设备也都必须要考虑防爆的认证。
他还提到，即使保证了工业现场设备安全，人员同样是潜在的点燃风险，应通过软件或者体系的手段，避免由于人员的失误产生的风险。他认为，最重要的就是人员的培训，“我们也希望涉氢的同事，跟氢打交道的现场的同事，也有对氢最基本的认识，能读懂防爆合格证防爆标记，了解危险区域划分，了解电气设备的安装、维检修，这些是一个整体性的对防爆基础知识的支持。”
