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氫能技術研發競爭形勢日益激烈——美、日、歐對比

作者:中國儲能網新聞中心 來源:能鏈 發布時間:2019-08-18 瀏覽:
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在歐洲,氫能和燃料電池技術作為發展具有競爭力的低碳經濟的能源技術的一環,而被努力推進。

作為氫燃料電池開發項目的中心,FCH 2 JU在2014至2020年期間實施的HORIZON 2020項目,將在支持歐洲氫能和燃料電池技術發展方面發揮主導作用。

此外,FCH JU在2008至2013年間實施,機構的資金來自于FP7(圖表1)。

▲圖1:歐洲與氫有關的政策包括,到2020年,減少能源消耗20%,引進20%的可再生能源,減少20%的溫室效應氣體排放;到2050年實現能源系統脫碳化

FCH 2 JU的目標是把氫能燃料電池作為能夠擔負能源和交通系統的技術。

基于《歐洲氫能燃料電池技術路線圖2014-2020》,正在實施從制造到使用的全供應鏈相應的技術開發和示范項目。

基于交通系統和能源系統兩大主題,正在開展能夠對這兩種主題進行互補的跨領域項目和包括兩種主題在內的項目。

歐洲的氫能和燃料電池技術發展的一個特點是,利用可再生能源制氫,制造出來的氫氣,具有多種利用方法。

使用通過可再生能源發電的剩余電力所制造產生的氫氣的主要用途有以下幾種:

①作為制造和利用甲烷氣體使用的Power to Gas

②作為燃料電池汽車的燃料使用的Power to Fuel

③作為石油化學等產業用氣體使用的Power to Chemical

④利用燃料電池進行發電的Power to Power

目前,這四種利用方式都正在被討論研究(圖表2)。

▲圖2:歐洲的氫氣使用

Power to Fuel和Power to Power,也是日本和美國設想的用途。不過,作為甲烷氣體使用的Power to Gas以及作為產業用氣體使用的Power to Chemical,可以說是歐洲在世界范圍內都領先的領域。

以Audi公司為例——Power to Gas的代表性項目

奧迪是全球首家工業規模的Power to Gas工廠,是ETOGAS GmbH與MT-BioMethan GmbH在德國薩克森州南部的維爾特建設的合資項目。工廠利用風力發電制造的電力進行水電解制氫。

其次,通過與相鄰的生物燃氣工廠排出的高濃度二氧化碳和氫產生化學反應,生成了化學合成甲烷氣體。

通過這種方式生產的甲烷氣體,有和作為化石燃料的天然氣同樣的性質,可以在德國國內循環通過現有的天然氣供給網絡,經由壓縮天然氣站運輸,供給作為CNG車輛的Audi A3 Sportback g-tron。

雖然在甲烷氣體的精制過程中會產生廢熱,但是通過向相鄰的生物燃氣工廠供給熱量進行再利用,也為抑制相鄰工廠的能源消耗做出了貢獻。

這樣,通過利用可再生能源制氫制造的甲烷氣體,能夠一邊活用既存的基礎設施,一邊將Well to Wheel的二氧化碳排放量從95g-CO2/km削減到20g-CO2/km(所謂Well to Wheel,即從一次能源的開采開始到被供應車輛行駛為止的過程)。

此外,在德國,可再生能源在電力市場中的份額正在迅速擴大,因為發電量存在著很大差異,因此需要調整電力的供需平衡。

在這種情況下,這個甲烷氣體工廠能夠調整電力網的供求平衡,經由控制電網的荷蘭TenneT TSO公司認定后,也會被許可進入電網控制公司配備的電力供求平衡市場。

通過這種方式,Power to Gas這一概念在利用現有的基礎設施實現社會的低碳化的同時,對擴大可再生能源的引進也做出了貢獻。

氫能燃料電池項目在日、美、歐超過400個

如上所述,在被稱為經濟大國的日本、美國和歐洲,雖然背景和特點不同,但各自都在開展與氫能和燃料電池相關的技術開發和示范項目。

德勤咨詢公司對2015年度中結束或在實施中的各國主要項目進行了調查(圖表3)。

▲圖3:各國主要項目參與企業的概覽圖

調查的主題是利用可再生能源制氫的相關技術,分為:

①擴大普及無碳排放的氫氣和儲存、運輸、供應相關的技術

②擴大氫能基礎設施,作為核心部分的燃料系統相關技術的開發

③針對燃料電池和相對應用的開發

④燃料電池的部署和應用于社會的燃料電池氫能燃料電池應用的實裝

⑤氫能社會模型的構筑

比較2015年時的數值,可以看出項目數量集中在“擴大氫能基礎設施”和“燃料電池開發”上。

但是,“擴大氫能基礎設施”和“燃料電池開發”的領域多為大學和研究機構,企業的數量不一定比其他領域多。

隨著“擴大氫能基礎設施”和“燃料電池開發”兩大主題項目數量的增加和集中,從2014年末豐田汽車推出燃料電池汽車可以看出,氫能和燃料電池相關技術剛剛進入實用階段,以低成本建立基礎設施技術和制造燃料電池系統仍然還是挑戰。

譬如,關于運輸和供給技術,壓縮氫氣最接近實用化。但與現有的化石燃料相比,無法形成價格上的競爭力。

而從運輸和存儲效率的角度來看,液化氫和存儲合金這些技術具有領先優勢,現在作為標準方式而處于被各國爭奪的狀況中。

一方面,日本在獨自致力于有機氫化物的研究,另一方面,在德國,BMW公司和Linde公司正在共同開發液化氫和壓縮氫氣之間的低溫氫氣的新技術。今后對于基礎設施相關的技術開發競爭會日益激烈。

另外,日本以在2020年左右實現與現在的化石燃料同樣的氫氣價格,并在2020年中期實現與現有應用同樣的價格作為目標。

而在這一點上,美國和歐洲也是相同的。到2020年左右,作為供應鏈基礎的氫氣運輸和供應區域及作為應用核心的燃料電池系統研發和示范項目會是主要關注點。

當然,氫能社會的根基以及運輸和供應等基礎設施及應用程序的核心部分—燃料電池系統的建立預計將從2020年代后期開始,多樣性應用程序的開發以及關于氫能社會模型實裝的項目和研發、示范項目的主體將會發生轉變。

關鍵字:氫能

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