氫能與氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈概述PPT課件

氫能及氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈概述,2018年3月20日,1,.,目錄,一、氫能產(chǎn)業(yè)鏈二、氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈（一）制氫（二）儲運氫（三）加氫站（四）氫燃料電池（五）氫燃料電池汽車三、總結(jié),2,.,一、氫能產(chǎn)業(yè)鏈,氫能，H2，資源豐富，來源多樣，可儲存，可再生，熱值高，清潔無污染，是唯一的同時滿足資源、環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展要求的新能源，很可能成為二十一世紀(jì)的終極能源（氫的同位素：氕、1H，氘、2H，氚、3H）。氫能產(chǎn)業(yè)鏈包括：制氫、儲運、加氫、氫氣應(yīng)用。制氫是基礎(chǔ)，儲運和加氫是氫氣應(yīng)用的核心保障。,3,.,氫能產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成,傳統(tǒng)用途,氫能源,4,.,二、氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈,氫能利用的核心媒介是氫燃料電池。氫+氧燃料電池水+電流+熱量化學(xué)總反應(yīng)式：2H2+O2=2H2O+電+熱氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈包括：制氫、儲運氫、加氫站、氫燃料電池系統(tǒng)、各項應(yīng)用。,5,.,氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成,氫能源（制氫、儲運）,加氫站,燃料電池系統(tǒng),電堆,系統(tǒng)輔件,膜電極,端板,雙極板,密封圈,氣體擴散層,應(yīng)用,空壓機,增濕器,氫循環(huán)系統(tǒng),DC/DC,碳布/碳網(wǎng),催化劑,質(zhì)子交換膜,客車,轎車,機車,叉車,便攜式電源,固定式電源,6,.,（一）制氫,氫是二次能源，都是通過一次能源轉(zhuǎn)化而來。目前常用的制氫方法：化石燃料制氫、工業(yè)尾氣副產(chǎn)氫回收、熱分解制氫、電解水制氫。,7,.,制氫方式,化石燃料制氫,含氫尾氣副產(chǎn)氫回收,高溫分解制氫,電解水制氫,其他制氫方式,石油制氫,天然氣制氫,煤氣化制氫,氯堿副產(chǎn)氫,焦?fàn)t氣,氨分解,甲醇裂解,合成氨馳放氣,生物質(zhì)氣化,風(fēng)能,光解水,水能,核能,地?zé)?海洋能,太陽能,純化,氫氣,8,.,各種制氫方式的優(yōu)缺點,9,.,電解水制氫相關(guān)企業(yè)及性能,10,.,（二）儲運氫,氫氣是世界上已知的密度最小的氣體，在常溫常壓下，氫氣的密度只有空氣的1/14，即在0時，一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氫氣的密度為0.0899g/L。儲運氫技術(shù)主要包括：氣態(tài)儲運、低溫液態(tài)儲運、固體儲運、有機液態(tài)儲運。,11,.,各種儲運技術(shù)的質(zhì)量儲氫密度和優(yōu)缺點,12,.,儲運氫相關(guān)企業(yè),儲運氫方法企業(yè)主營業(yè)務(wù),氣態(tài)儲氫液態(tài)儲氫固態(tài)儲氫有機液態(tài)體儲氫,北京科泰克車用儲氫京城股份/天海車用儲氫沈陽斯林達車用儲氫中材車用儲氫中國中氫車用儲氫中集氫能車用儲氫安瑞科運輸及站用儲氫罐博源（湖北）實業(yè)氣罐、氣罐車浙江巨化儲氫罐張家港福瑞氫能液氫生產(chǎn)、低溫槽車中國航天科技集團101所液氫生產(chǎn)北京浩運金能儲氫合金廈門鎢業(yè)儲氫合金寧波申江儲氫合金粉湖南科力遠儲氫材料安泰科技儲氫材料江蘇申建氫能儲氫材料武漢氫陽有機物儲氫杭州聚力氫能有機物儲氫,13,.,（三）加氫站,氫燃料電池的應(yīng)用和商業(yè)化離不開加氫站基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。氫氣加注是通過將不同來源的氫氣經(jīng)過壓縮機增壓儲存在站內(nèi)的高壓罐中，再通過加氣機為氫燃料電池汽車加注氫氣。,14,.,氣源,干燥系統(tǒng),調(diào)壓（計量）裝置,氫氣壓縮系統(tǒng),加氣系統(tǒng),低壓區(qū),中壓區(qū),高壓區(qū),儲氣系統(tǒng),氫燃料電池汽車,15,.,加氫設(shè)備,加氫站的主要設(shè)備：泄氣柱、壓縮機、儲氫罐、加氣機、管道、控制系統(tǒng)、氮氣吹掃裝置及安全監(jiān)控裝置。核心設(shè)備：壓縮機、儲氫罐、加氣機。目前我國從事核心設(shè)備研發(fā)的企業(yè)較少，加氫核心設(shè)備主要依賴進口，自主產(chǎn)品發(fā)展不成熟，導(dǎo)致了我國加氫站建設(shè)成本很高。目前我國加氫站建設(shè)技術(shù)已經(jīng)很成熟，最大問題是建設(shè)成本很高，關(guān)鍵是土地成本和核心零部件成本較高。,16,.,加氫相關(guān)企業(yè),17,.,加氫相關(guān)企業(yè),18,.,加氫站建設(shè),加氫站是氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化的重要基礎(chǔ)設(shè)施，2017年我國加氫站建設(shè)提速，從2016年的3座增加到8座。中國制造2025節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖中國氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍皮書（2016）明確提出了2020-2030年的加氫站建設(shè)規(guī)劃。,國內(nèi)加氫站建設(shè)規(guī)劃,19,.,我國加氫站建設(shè)現(xiàn)狀,20,.,我國加氫站建設(shè)現(xiàn)狀,21,.,目前加氫站建設(shè)的難點,1、審批難。加氫站屬于新生事物，國家還沒有建立健全相關(guān)法規(guī)，土地規(guī)劃、建設(shè)選址等審批程序、流程、標(biāo)準(zhǔn)以及審批層級、權(quán)責(zé)沒明確，審批過程長，協(xié)調(diào)部門多；2、無統(tǒng)一規(guī)范的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。國家還沒有統(tǒng)一制定加氫站的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)、運營標(biāo)準(zhǔn)，安全監(jiān)管較難，嚴重制約加氫站商業(yè)化。3、建設(shè)成本高。加氫站的建設(shè)條件要求高，核心零部件如壓縮機、加氣機等主要依賴進口，制氫、儲運氫成本也比較高；此外氫燃料電池商業(yè)化還處于起步階段，成本回收也比較漫長，目前的加氫站還處于試點階段。例如神華集團在我們?nèi)绺藿ㄔO(shè)的一座加氫站的投資額就高達5300萬。,22,.,（四）氫燃料電池,氫燃料電池（HydrogenFuelCell），是將氫氣和氧氣化合產(chǎn)生電、水、熱的電化學(xué)裝置。只要保證燃料供給，氫燃料電池將會連續(xù)發(fā)電。整個化學(xué)反應(yīng)過程安靜、無污染，電池效率比化石燃料燃燒高23倍，能量轉(zhuǎn)換效率可達8090%。氫+氧燃料電池水+電流+熱量化學(xué)總反應(yīng)式：2H2+O2=2H2O+電+熱氫燃料電池是一種真正的零排放電源。,23,.,氫燃料電池系統(tǒng),氫燃料電池系統(tǒng)是由電堆（核心）、氫氣供給循環(huán)系統(tǒng)、空氣供給循環(huán)系統(tǒng)、水熱管理系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)構(gòu)成。目前我國氫燃料電池系統(tǒng)集成技術(shù)比較成熟，但冷啟動溫度一般為-20，與豐田的-30還有差距。,24,.,氫燃料電池系統(tǒng)構(gòu)成圖,催化劑,質(zhì)子交換膜,碳布/碳網(wǎng),氣體擴散層,雙極板,膜電極,密封圈,端板,電堆,氫燃料電池系統(tǒng),電控系統(tǒng)（DC/DC）,水熱管理系統(tǒng)（增濕器）,空氣供給循環(huán)系統(tǒng)（空壓機）,氫氣供給循環(huán)系統(tǒng),25,.,氫燃料電池系統(tǒng)主要企業(yè)及產(chǎn)品參數(shù),26,.,氫燃料電池系統(tǒng)核心零部件,1、電堆（Galvanicpile），分為水冷電堆和空冷電堆。一般空冷電堆用于小型化設(shè)備中，如上海攀業(yè)、江蘇清能生產(chǎn)的空冷電堆，功率、體積較小。2、膜電極（MembraneElectrodeAssemblies），通常由氣體擴散層、質(zhì)子交換膜、催化劑通過熱壓工藝制成，是氫燃料電池技術(shù)的核心。目前我國的膜電極功率密度最高達到1.0W/cm2,與國際水平的1.8W/cm2，仍有差距。3、催化劑（Fuel-cellcatalyzer），具有加速電極交換界面電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)的催化作用，具有導(dǎo)電性好、耐腐蝕性、催化活性高的特點。鉑（Pt）是氫燃料電池電堆中應(yīng)用最多的催化劑，但鉑很稀缺，價格高（193元/克），低鉑和非鉑催化劑成為下一步催化劑研究開發(fā)的重點。,27,.,4、質(zhì)子交換膜,質(zhì)子交換膜（ProtonExchangeMembrane），是氫燃料電池的心臟，具有為電解質(zhì)提供氫離子通道和隔離兩極反應(yīng)氣體，防止它們直接產(chǎn)生作用的雙重作用。其類型包括：全氟磺酸膜、非全氟化膜、無氟化膜和復(fù)合膜，其中全氟磺酸膜是主流，主要供應(yīng)商是美國杜邦公司。為降低成本，加拿大Ballard公司也開發(fā)了部分氟化膜。山東東岳集團2010年自主研發(fā)了全氟磺酸膜，實現(xiàn)國產(chǎn)化，打破了美國、日本長期的壟斷。,28,.,5、雙極板,雙極板（BipolarPlate），是質(zhì)子交換膜氫燃料電池的關(guān)鍵零部件，影響電池的性能和成本，是制約氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化的瓶頸之一。其類型分為：金屬雙極板、石墨雙極板、復(fù)合雙極板。迄今使用最廣發(fā)的是石墨雙極板，但是他制備加工工藝復(fù)雜，成本較高，不適合批量生產(chǎn)。,三類雙極板對比,29,.,6、氫燃料電池系統(tǒng)輔件,氫燃料電池系統(tǒng)輔件，包括空壓機、增濕器、氫循環(huán)系統(tǒng)、DC/DC（直流-直流電轉(zhuǎn)換器）。目前空壓機和DC/DC有國內(nèi)產(chǎn)品，北京億華通能生產(chǎn)DC/DC，佛山廣順能生產(chǎn)空壓機。但加濕器、氫循環(huán)系統(tǒng)我國處于空白狀態(tài)，全部依賴進口。,30,.,我國氫燃料電池系統(tǒng)總體評述,我國氫燃料電池的功率密度、低溫冷啟動、壽命等關(guān)鍵性能指標(biāo)；生產(chǎn)成本還與國外先進水平仍有差距。我國氫燃料電池關(guān)鍵零部件主要依賴進口，價格高昂，是我國氫燃料電池的短板。特別是：質(zhì)子交換膜，國外巨頭形成壟斷，如美國Dupont、WLCore；3M;比利時Solvay等，國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出復(fù)合膜，山東東岳、新源動力、武漢理工；碳紙，Ballard、Toray、SGL等已形成流水線生產(chǎn)，國內(nèi)大規(guī)模無批量生產(chǎn)和應(yīng)用；密封膠，德國漢高、日本三健形成壟斷；加濕器，主要由美國、加拿大、德國的廠商提供，國內(nèi)空白；氫循環(huán)系統(tǒng)，美國Park公司開發(fā)的氫循環(huán)泵可用于不同的車型，國內(nèi)空白。,31,.,（五）氫燃料電池汽車,國際上日本、韓國在氫燃料電池乘用車應(yīng)用領(lǐng)域走在世界前列，豐田（Mirai，2014年12月）、現(xiàn)代（NEXO，2017年）氫燃料電池乘用車，已經(jīng)問世,32,.,我國目前已經(jīng)研發(fā)出氫燃料電池汽車有乘用車、客車、物流車、觀光車、場地車等不同類型。上汽集團、北汽新能源、長安汽車、長城汽車、奇瑞新能源、陸地方舟、青年汽車等大小車企都積極布局氫燃料電池汽車，不同車型已經(jīng)問世。,33,.,各地氫燃料電池汽車示范運用情況,34,.,我國氫能與氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈主要企業(yè)統(tǒng)計表,制氫儲運加氫燃料電池系統(tǒng)應(yīng)用,制氫神華集團首鋼氧氣香河華瑞華能集團中節(jié)能風(fēng)電華昌化工制氫設(shè)備林德集團七一八研究所大陸制氫北京氫璞派瑞華淳華氫能蘇州競立,氣態(tài)儲氫科泰克天海中氫EKC安瑞科新興重工液態(tài)儲氫富瑞氫能航天101所固態(tài)儲氫浩運金能廈門鎢業(yè)申江科技科力遠安泰科技申建氫能有機物液態(tài)體儲氫武漢氫能聚力氫能,加氫站建設(shè)富瑞特裝上海舜華華南集團上海驛藍神華集團久安通安徽明天普渡氫能國達新能源海珀爾加氫設(shè)備雪人股份漢鐘精機厚普股份海德利森渦卷精密機械儲氫罐（瓶）中材科技京城股份安瑞科壓縮機北京天高,系統(tǒng)億華通新源動力上海攀業(yè)大連光陽機電濰柴（弗爾賽）氫璞創(chuàng)能北京碧空武漢眾宇南通澤禾廣東國鴻上燃動力質(zhì)子交換膜東岳集團三愛富武漢理工新能源催化劑貴研鉑業(yè)北方稀土蘇州擎動動力宇辰新能源,乘用車上汽集團北汽新能源長城汽車長安汽車廣汽汽車客車福田汽車宇通客車中通客車南京金龍中植新能源五州龍上海申龍安徽安凱青年汽車金龍汽車佛山飛馳揚子江,電堆上海神力北京氫璞新源動力上海攀業(yè)江蘇華源江蘇清能濰柴（弗爾賽）浙江南都雙極板上海神力鑫能石墨聯(lián)強碳素江陰滬江喜麗碳素上海弘楓膜電極世紀(jì)富源武漢理工新源動力上海河森蘇州擎動,物流車東風(fēng)汽車福田汽車中國重汽叉車安徽合力有軌電車中車唐山中車四方無人機同濟大學(xué)眾宇動力上海清能,35,.,三、總結(jié),氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈,36,.