车用氢能发展难点与对策

“双碳”目标背景下,国内加快能源转型步伐,交通运输业作为第三大碳排放行业,加快向电、氢转型。分析了国内氢燃料电池汽车和加氢站的发展现状,从产业链的角度深入剖析了国内车用氢能发展的“车贵”“氢贵”“站贵”等三大痛点,认为深层次的原因是燃料电池、车辆生产和加氢站设备生产存在技术瓶颈,关键零部件仍然依赖进口,加氢站建设及运营成本高,电解水等制氢成本高等。最后,从行业发展的角度,分别提出了降低车用氢能成本的突破路径,指导行业良性发展。

输氢管线钢氢脆敏感性影响因素综述

随着新能源产业的发展,采用大直径、高强度钢管输送氢气是未来氢能发展的必然趋势。分析了输氢管线钢在氢相容性试验中不同试验参数、输氢介质压力及组分、管线钢组织及强度、夹杂物和残余应力等对管线钢在高压氢气环境下的氢脆敏感性,讨论了降低输氢管线钢的氢脆敏感性的方法,提出了需要进一步重点研发的方向。

液氢中仲氢检测的质量控制研究与实践

氢能是一种清洁高效的未来能源,氢以其来源广、可储存、可再生、可电可燃、应用过程零污染、零排放的特性,广泛应用在国防工业、航天航空技术、氢能产业等尖端技术中,被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。液氢是经过气态氢纯化、正仲氢转化、预冷和节流膨胀等工艺过程而获得,氢气的液化是将常温状态下的氢气降温至-253℃变成液态氢的过程。通常的氢是正氢和仲氢两种形式氢分子的混合物,正仲氢之间的平衡百分比仅与温度有关。

氢产业链发展的路径分析

碳达峰、碳中和战略的提出为我国各行业绿色低碳转型指明了方向,绿色氢能源有望在交通、化工、发电等多个领域发挥重要作用,推动氢产业发展可成为我国实现双碳目标的有效途径。本文在对美国、欧盟、日本和中国近年来氢产业发展情况进行比较与分析的前提下,提出了中国氢产业链的发展路径。文中指出,我国需要在借鉴发达国家氢产业发展政策的基础上,立足本国国情,统筹谋划构建从制氢、储运、加氢站建设到多场景应用的产业链。综合考虑我国的资源分布情况,加大绿氢产业布局,依据绿氢的绿色能源、绿色材料以及绿色原料的多元属性,推动氢能在交通、化工、冶金、发电等多场景的高效利用,同时我国要加强国际合作,联合研发相关新型技术与基础设施,制定涉氢国际标准,统筹兼顾氢产业经济发展与应对全球气候变暖的双重目标。

氢能技术及其在车用领域应用现状综述

化石燃料的快速消耗迫切地需要寻找绿色清洁的替代能源,氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,具有高能量、无污染的特性,是当下重要的工业原料。本文较为全面地分析了氢能的制取与储存,并且围绕氢能在车用领域的应用,因为在碳峰值和碳中和的背景下,内燃机行业的发展正面临着最好的转型机遇。加快氢发动机关键技术的研发和应用已成为世界各国政府和各大汽车企业的重要战略。本文对比了氢燃料电池与氢燃料内燃机的特点,对未来氢能源利用的产业化前景进行了分析。

氢能储运技术现状及发展分析

在氢能的“制储输用”全产业链中,储运成本约占总成本的30%~40%,是制约氢能大规模发展的主要瓶颈。目前主要的储氢方式可分为高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢和固态储氢。高压气态储氢是目前氢能储存中应用最为广泛的方法。低温液态储氢需要耐超低温、保持超低温、耐压、密封性强的特殊容器,制造难度大,成本高昂,因而制约了其发展,目前在民用领域还鲜有应用。有机液态储氢的储氢量较大,且存储介质为液态有机物,存储的同时也可进行常温常压输送,目前在我国仍处于研究阶段,尚未大规模普及。固态储氢材料可分为物理吸附和化学吸附两大类,其中物理吸附材料包括传统的碳基多孔材料、介孔材料、金属有机框架、共价有机框架等;化学吸附材料包括金属氢化物、配位氢化物、氢水化合物等。管道运输长期以来被视为大规模输运介质的低成本方式。高压氢气管输技术门槛低且最为成熟,目前仍是新建长距离输氢管道时优先考虑的氢能管输方式。天然气管道掺氢输送可以利用现役天然气管道设施,降低前期建设成本,被认为是实现氢能大规模输送最具发展潜力的技术。液态管道输氢受限于建设成本高及技术不成熟,尚没有长距离液氢管输实例,但低温液氢管输未来可期。

关于氢能航空动力发展的认识与思考

近年来,在全球碳减排目标的驱动下,各国对发展氢能航空的热情空前高涨,在氢能飞机和氢能动力领域加速布局研究计划。通过研究国内外氢能飞机及动力发展历程和研究进展,发现人类对氢的认知始于其燃烧特性,认为氢能航空发展兴于“双碳”目标,指出燃氢涡轮发动机是航空业实现减碳目标的关键,分析了燃氢涡轮发动机和氢燃料飞机的性能优势,研判出氢能航空及动力发展难在全产业链重构和全链条颠覆创新,提出了创新氢能航空发展机制、加快发展燃氢涡轮发动机、健全氢能航空产业链条、实现全链条颠覆性创新和加强氢能航空基础建设等五方面的发展措施建议。

国内外纯氢及掺氢输送管材研究进展

氢能作为一种二次清洁性能源,同时作为一种零碳能源,具有清洁、安全、高效及可持续的特点,已成为未来能源产业发展方向之一。管道输氢是最安全高效的运输方式,已成为全球氢气远距离输送的首选。阐述了国内外纯氢/掺氢输送管道工程基本情况,归纳了氢损伤概念及氢损伤产生的机理以及氢损伤的影响因素,包括管线钢的化学成分及非金属夹杂等级、微观组织、强度,以及掺氢比例、温度及应变速率等,对国内外氢气输送管道用标准进行了分析,提出了输氢管材的设计及要求。针对纯氢/掺氢管道仍未进行大规模推广应用的现状及下一步需研究的方向进行了展望。

低碳氢冶金炼铁技术进展及包钢氢能炼铁技术途径探讨

钢铁工业是国民经济发展的支柱型产业,钢铁工业的节能降碳是实现国家“碳达峰、碳中和”发展目标的重中之重。文章简要介绍了主流低碳氢冶金炼铁技术的种类及特点,阐述了国内外低碳氢冶金炼铁技术的进展及现状。高炉富氢还原技术和氢基竖炉直接还原技术是最主要的低碳氢冶金炼铁技术。其中,高炉富氢还原技术降碳能力有限,可作为钢铁行业短期低碳氢冶金炼铁技术的发展方向,如结合碳捕集利用封存(CCUS)技术,可进一步降低CO_(2)排放量。氢基竖炉直接还原技术从源头上摆脱了化石能源的应用,与传统“高炉-转炉”生产流程相比,可降碳80%以上,是钢铁工业工艺技术变革必然发展趋势。包钢积极响应国家绿色低碳发展战略及内蒙古五大任务,积极布局绿色低碳氢能炼铁技术于白云鄂博中贫矿的氢基矿相转化、高炉富氢还原及氢基竖炉直接还原技术,钢铁生产过程低碳绿色化明显提高。

氢能利用关键技术及发展现状

作为一种绿色、低碳、高效的二次能源,氢能逐渐受到广泛关注。氢能全产业链“制—储—输—用”各环节紧密联系,涉及众多关键技术创新和相关产业融合。对氢能产业链中“制—储—输—用”各环节的关键技术及发展现状进行了梳理,针对氢能利用关键技术提出了相关建议,并对中国氢能产业的发展作出了展望。目前,氢能产业的发展如火如荼,其中,碱性电解水(AWE)制氢、高压气态储氢和氢燃料电池等技术已经得到初步示范应用,但仍存在关键技术短板亟待突破的问题,比如:AWE制氢中低电压、高电流密度、高稳定性电极材料的可控制备,氢燃料电池中高可靠性和耐用性的催化剂和质子交换膜的制备。未来中国氢能产业的发展,一方面要突破关键技术与核心材料的研发;另一方面要充分发挥氢电耦合协同作用,实现可再生能源无法并网电力的消纳,加快构建新能源体系。

我国制氢技术发展现状

氢能在清洁能源领域备受关注。对比传统化石能源制氢、工业副产气制氢、可再生能源制氢技术,分析各制氢技术优缺点,简单测算制氢成本,得出煤制氢成本最低,为13.6元/kg H_(2);碱性电解水制氢成本为30.3元/kg H_(2);PEM电解水制氢成本最高,为34.04元/kg H_(2)。预测未来可再生能源电力成本会有所下降,在电解槽等设备成本优化及引入碳排成本等影响下,电解水制绿氢成本会逐步趋于平价,也会逐渐优于传统能源制氢。综合考虑制氢成本及氢能环保属性,我国未来制氢产业的发展趋势是电解水制氢。

酒钢氢能产业发展概述与建议

为实现碳达峰、碳中和目标以及产业绿色低碳转型,分析氢能发展的背景,整理并解读了我国的氢能相关的政策。本文围绕制氢、储氢、运氢、用氢技术的发展现状和酒钢目前氢产业现状进行了综述,对酒钢氢产业发展进行分析,为氢能产业提供助力。

液态有机储氢技术研究现状与展望

随着构建绿色氢能社会愿景的提出,氢能的需求量将会大规模增长,氢能的储运就成为了制约产业规模化发展的瓶颈。液态有机储氢技术在氢能大规模储存和长距离运输上具有成本低、安全性高等传统高压储氢无法比拟的优势,由于这项技术目前仍处于发展初期,国内相关的报道较少。本文综述了芳香烃类和氮杂环芳香烃类等主要的液态有机储氢材料,并对其储氢性能、优势、存在问题及发展现状展开了分析;阐述了液态有机储氢技术中加氢和脱氢过程所涉及的各种金属催化剂的性能。基于目前的研究,对液态有机储氢技术在未来氢能规模化应用方面的发展前景进行了展望,同时指出液态有机储氢技术在诸多氢能应用领域的可行性及其极高的经济价值。但是若要实现大规模应用,则需选择更优的有机储氢材料,开发高选择性、高催化活性及低成本的新型催化剂,进一步优化加氢和脱氢技术。

油气行业可再生能源制氢技术进展与前景展望

利用可再生能源制氢,是油气企业推动能源结构优化升级与深度脱碳的重要途径。油气企业近年通过全产业链技术研究与示范应用,积极推动氢能产业高效益、规模化发展。文章研究对比了碱性电解水制氢(ALK)、质子交换膜制氢(PEM)和固体氧化物电解制氢(SOEC)等技术的优势与挑战,分析了国内外代表性油气公司在制氢产业和项目方面的布局规划。中国石油围绕绿氢产业链与制氢技术链,持续攻关符合自身特色应用场景的可再生能源制氢技术及配套系统,涵盖基础研究到项目示范,在高效率电极催化剂材料、电解槽系统优化、氢电耦合系统、大规模大容量制氢装置、固体氧化物电解制氢技术、太阳能光解水制氢技术等领域取得系列创新成果。结合我国油气企业制氢技术特点、场景特色与项目现状,对未来可再生能源制氢领域发展提出建议和展望。

“双碳”视域下氢燃料电池汽车储氢技术现状及发展方向

车载储氢技术是开发高效、安全、低成本氢燃料电池汽车的关键,而储氢材料是研究的重点之一,也是氢的储存和输送过程中的重要组成部分。综述了已采用或正在研究的储氢技术,金属储氢、高压气态储氢、液态储氢和复合储氢等,比较了各种储氢技术的优缺点并指出了车载储氢技术的发展方向。

有机液体储氢技术现状及其脱氢催化研究进展

有机液体储氢技术因其高效、安全的特点成为氢能储运领域的重要研究方向。本文综述了有机液体储氢技术的主要研究进展,重点探讨了作为储氢介质的芳烃类和杂环类化合物的特性及其脱氢反应的催化机制。文章分析了脱氢催化剂活性组分的选择、催化剂载体的作用以及脱氢反应器设计对有机液体储氢过程的优化作用。文章指出,未来研究应聚焦于开发更高效、低成本的催化剂和优化反应器设计,以推动LOHC技术的商业化应用,为氢能经济的发展提供支持。

“双碳”背景下制氢技术前景展望

在全球能源转型的浪潮中,氢能产业迎来了前所未有的发展机遇。为促进氢能产业高速高质量发展,推动氢能从传统工业原料向大规模能源应用转型,国家发改委和能源局于2022年联合印发了《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,从国家层面上明确氢的能源属性,提出氢能产业发展的基本原则以及各阶段的发展目标,部署了推动氢能产业良性健康发展的重要举措。围绕“双碳”目标下热门制氢技术的研究进展进行综述,分析各制氢技术的优缺点,最后对未来制氢技术的发展趋势进行了展望。

光——氢建筑能源系统园区容量配置鲁棒优化

碳中和目标促使全球建筑行业能源结构向低碳化、无碳化与清洁化的方向转型。为了开发更清洁、更高效的光伏耦合技术,零碳排燃料——氢能提供了一个新路径。同时,为了提高可再生能源消纳水平,促进能源系统综合发展,针对光——氢建筑电热不确定性,以年均综合成本最优为目标,考虑系统能量平衡条件、系统设备效力等约束条件,引入鲁棒性对偶变量,提出一种包含云储能(CES)的电-氢-热能源系统(EHT-ES)鲁棒优化方法,得到基于氢储能的微电网热电容量配置方案。结果表明,考虑光伏资源和电力负荷需求不确定性时,需增加10.05%光伏发电投建设备容量配置规模。

储氢材料虚拟仿真实验的设计与教学实践

针对固态储氢材料制备及性能测试线下实验教学中存在的时间、空间和深度限制,设计建设了虚拟仿真实验。实验内容包含一类材料、两个体系、两类制备技术、三种性能测试方法,并且结合动画展示材料内部原子级别的反应机理,既让学生亲自体验、直接观察每一步实验过程,又能深入理解实验机理,实现了多个维度的以虚补实和探究型的实验教学,有利于培养学生的自主学习能力和实践创新能力,提升材料科学与工程专业实验教学的质量和水平。

TiFe系储氢合金的研究现状

在氢能存储中固态储氢是比较安全的一种方案,而储氢合金因其独特的优点备受关注,TiFe系储氢合金就是其中的一种。本研究综述了TiFe系储氢合金近三年来的最新研究成果,从作为储氢合金的优势、制备工艺和合金元素对储氢性能的影响三方面进行了总结。作为AB型金属间化合物,其既可以作为固定存储,也可以作为移动存储,具备较大的应用优势。活化困难问题是目前TiFe系储氢合金研究的重点,目前常用的做法是进行元素替代,主要包含金属元素和稀土元素。研究证明,通过元素替代能够提高活化特性,缩短孵育时间。建议下一步可以探索其他元素对储氢性能的影响,不断提高储氢能力。