【Pegasus投融研究所】氢燃料电池行业研究报告

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【本期行业:氢燃料电池】就氢燃料电池行业的行业概况、产业链分析、可比公司、竞品情况等进行汇总和分析,推出《氢燃料电池行业研究报告》。


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摘  要

在全球应对气候变化的背景下,已有41个国家和地区发布了国家级氢能发展战略,中国也在2022年3月发布了《氢能产业发展中长期规划》,明确了氢能在能源革命中的战略定位,并提出氢能产业 2030 年和 2035 年发展目标。氢燃料电池因其能量密度高、卓越的转换效率以及零排放等特点,在工业、交通、电力和建筑等领域展现出巨大的应用潜力,尤其在交通运输领域,作为一种无污染的动力源,备受瞩目。


本报告从四个方面对氢燃料电池进行了深入分析:氢燃料电池的优势分析及类型与构成氢能产业链的上游至下游阶段分析可比公司案例研究以及竞品对比分析。通过这些内容,我们得以全面了解氢能产业的发展现状与趋势,也有助于我们制定出更为明智和有效的决策。


报告目录一览




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图片氢燃料电池——氢能消纳主力军,绿色交通新宠儿
全球碳减排背景下,截至2022年底,包括美国、德国、日本在内的共41个国家和地区制定发布了国家级氢能发展战略。我国在 2022 年 3 月推出了《氢能产业发展中长期规划(2021-2035 年)》,明确了氢能的战略定位,并提出氢能产业 2030 年和 2035 年发展目标,为加快推动能源革命、科技革命和产业变革注入了新动能。


目前,氢能在工业、交通、电力、建筑领域有巨大的应用潜力。氢燃料电池作为氢能的一种载体,被广泛运用于交通领域。又因其能量密度高能量转换效率高零排放等优点,被认为是氢能的关键应用。









氢燃料电池的优势



优势一:绿色无污染,能量转化效率高

氢燃料电池既不是热能利用装置(如内燃机),也不是一种储能电池(蓄电池),而是以氢气为燃料,通过电化学反应逆转电解水过程,进而将化学能转化为电能的一种发电装置,理论上能量转化效率可达50~60%。氢燃料电池运作的整个过程不会产生CO(2)等温室气体,只产生水和热能作为副产品,具有零排放、高效率的特点。

优势二:无振动、噪声低、寿命长

氢燃料电池可视为化学反应容器,只需持续供给燃料和催化剂,便能实现长时间供电,因此其使用寿命远高于普通的原电池或充电电池。由于没有往复及回转运动的机械部件,因此燃料电池运行时只会发出约55B的噪声,广泛应用后可以减小城市噪声污染。同时,无机器振动和低噪音能够进一步减小机器器件的磨损,从而在一定程度上延长其寿命。



优势三:燃料来源多样,能源补充效率高

燃料电池所使用的氢燃料来源广泛,可采用蒸汽重整、水电解、煤气化、生物质转化等方式制备。其中,水电解的方式需要利用电力驱动,而电力的来源可以为太阳能、风能、水能等可再生能源,进而实现全循环无有害物质产生。燃料电池所需要的燃料主要是氢,充气或更换氢气瓶一般只需几分钟,相比纯电动汽车的蓄电池充电时间要短得多,且克服了纯电动汽车续航里程短的缺点。

优势四:应用范围广泛


氢燃料电池在工业生产、发电和交通运输领域上展现出了出色的性能与潜力。

1. 工业生产中,氢燃料电池被广泛用于电动叉车搬运设备起重机械等需要移动性能力的设备上


2. 在发电领域中,氢燃料电池可以作为分布式能源系统的一部分,用于小型和中型发电站。同时,氢燃料电池可以用作电网备份系统,在紧急情况或电力中断时提供稳定的备用电力


3. 交通运输领域中,氢燃料电池车长续航里程快速加注高功率密度低温自启动等技术特点赋予其在长程重载商用领域寒冷地区等应用场景都有良好的表现,可有效补足纯电动汽车短板。


图1:燃料电池汽车、纯电动汽车、燃油车性能比对

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氢燃料电池的分类


根据电解质的不同,主流的氢燃料电池有碱性燃料电池(Alkaline Auel Cell,AFC)、磷酸燃料电池(Phosphoric Acid Fuel Cell,PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell,MCFC)、固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)、质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)等。目前商业领域投入使用的主要为SOFC和PEMFC。


固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)

固体氧化物燃料电池(SOFC)依赖于固体电解质,通常为固体陶瓷,单体电池由两个多孔的电极和夹在中间的紧密电解质层构成。SOFC具有以下特点:

1. 理论能量高,但单体运作效率低:SOFC在理论上具有最高的能量密度。由于其单体运行功率有限,且只能产生1V左右的电压,因此必须将若干单体电池通过串联、并联、混联的方式组成电池组才能达到使用功率


2. 工作温度高,无需催化剂参与反应:SOFC的实际工作温度可达到700~1000℃,因此其电解质具备传递O2-、分隔氧化剂和燃料的能力,无需使用铂催化剂进行催化反应,进而降低了生产成本。废热也可以被用来生产蒸汽,从而获得更多的电力


3. 启动速度慢,适用于固定式供电场景:为防止过快升温对电池的损害,SOFC的启动时间通常较缓慢(约65~200分钟),因此SOFC并不适用于交通运输以及需要频繁开关的使用场景,而在公共事业、商业和数据中心等需要连续输出功率的固定式发电场景会有更出色的表现。
质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)质子交换膜燃料电池(PEMFC在产生电化学反应时,会在电池阳极解离氢气产生质子(H+)和电子(e-)。由于PEMFC中配有质子交换膜,只允许质子(H+)通过,同时阻止电子(e-)的流动。因此,质子能通过质子交换膜达到阴极与氧气反应,而电子则通过外部回路流动,进而产生电流,为外界负载供电。


相比其他氢能燃料电池,PEMFC的反应温度较低(50~100℃),还可以根据不同的应用场景灵活调整使用功率。因此,质子交换膜燃料电池以启动时间短(~1 min)、操作温度低(<100 ℃)、结构紧凑、功率密度高等成为氢燃料电池研究热点和氢燃料电池汽车迈入商业化进程的首选。


图2:氢燃料电池主要技术路径比较图片 资料来源:《质子交换膜燃料电池关键材料与技术》,E4tech,前瞻产业研究院,平安证券研究所









氢燃料电池构成(以PEMFC为例)
氢燃料系统主要由电堆和辅助系统(BOP)组成。其中,电堆组成材料包括膜电极(催化剂、质子交换膜、气体扩散层)和双极板。辅助系统BOP主要由空压机和循环泵构成。其中氢燃料电池电堆约占2022年电池系统总材料成本的58.0%。氢燃料电池电堆的成本包括膜电极、双极板及其他。2022年,构成膜电极的催化剂、质子交换膜和气体扩散层约占电堆总材料成本的63.0%。双极板约占材料成本的29.7%。其他(装配部件,如框架及垫圈等)约占氢燃料电池电堆总材料成本的7.3%
图3:氢燃料电池系统成本构成图片资料来源:国鸿氢能招股说明书

电堆:燃料电池的“心脏”

氢燃料电池的电堆是由多节燃料电池组合而成的发电装置,比起单节燃料电池有更高的输出电压和运行功率。电堆主要由膜电极、双极板和其他支撑件组成。


根据冷却方式的不同,电堆又分为水冷电堆和空冷电堆。


这两个种类的区别在于,水冷电堆通过辅助系统(BOP)中水冷却系统吸收电堆产生热量,能够有效地控制和降低电堆的温度,提高其运行效率和稳定性,适合叉车、乘用车、中、重型商用车,满足该类车型在中长途、非封闭场景的干线运输需求。


而空冷电堆则是抛弃了外部辅助系统,通过空气流通以带去电堆热量。由于空气的散热能力有限,因此空冷电堆更适合较低功率(2~10kW的功率产品,也因精简结构降低了生产成本,更适合氢能无人机、氢能观光车、备用电源等轻量化应用。


① 膜电极:电堆的核心组件


膜电极(MEA)通常由阴极扩散层、阴极催化剂层、电解质膜、阳极催化剂层和阳极气扩散层组成,直接决定了氢燃料电池的功率密度、耐久性和使用寿命。


② 催化剂:氢燃料电池系统成本大头


催化剂促进氢、氧在电极上的氧化还原过程、提高反应速率,主要的催化剂是铂(Pt),因铂族金属吸附氢的电位较宽,而铂在其中吸附能力和最强的钯相近,价格却便宜。


《铂金季刊》统计,截至2022年底,全球已知铂金地表存量约8500吨。全球年均产量仅180余吨,相当于黄金的5%。全球铂金年均供应量约240余吨,主要由矿山和回收供应两部分组成,其中矿山供应占比约75%。而铂金矿山中,南非约占70%,排在首位;其次是俄罗斯,约占11%。我国是全球最大的铂族金属消费市场,大约占全球总需求量30%。中国的年均需求为60余吨,个别年份达到70余吨。而中国由于本身铂族金属储量少,根据自然资源部最新的数据统计,2020年我国铂族金属储量仅为126.73吨,主要依赖南非(55.9%)、日本(16%)、俄罗斯(9.2%)进口铂族金属。


由于铂元素的稀缺,使得催化剂成为电堆中成本最高(30~50%)的部件。根据东方财富网发布信息,截至2023年10月9日,国际铂金的价格约为890美元/盎司(约229元/g)。现全球氢燃料电池铂金用量约为0.3~0.4g/kW,每个100kW的电堆平均需耗用30~40g的铂金。
图4:铂金价格走势图图片


当下国内外燃料电池主要使用铂碳催化剂(Pt/C)。但其稳定性很差,主要因为 Pt/C 在工作条件下会发生溶解、烧结和团聚,进而引起活性的大幅度降低。而且,Pt/C 催化剂对甲醇的不耐受性使其容易发生一氧化碳中毒而丧失催化活性。为提高催化剂性能,减少Pt用量,一般采取小粒径的 Pt 纳米化分散制备技术,调整Pt的分布纳米颗粒在几何空间分布从而提高催化活性和质量比活性,防止Pt溶解、团聚。


目前催化剂研究主要集中在三个方向:1)催化剂的高温耐受性,维持其在高温工作环境下的催化活性;2)催化剂对CO的抗毒性,以提高燃料电池的抗衰减性能,降低其运行成本;3)研究高稳定、高适应性的低 Pt 或非 Pt 催化剂,以减少对资源的依赖度。


图5:不同类型催化剂对比

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国内铂碳催化剂企业主要有西安凯立新材料、格林美股份、中自科技、贵研铂业、济平新能源、中科科创新能源等。


③ 质子交换膜:PEMFC运作的关键


质子交换膜是氢燃料电池实现电化学反应的关键部件,它能够隔离氧化剂和燃料,并传递氢质子,因此要求有高的质子传导率和良好的化学与机械稳定性。PEM在工作时需保持湿润态,否则很难传递氢离子,内阻增大,影响燃料电池效率。因此,耐高温、抗无水并具有较高的高质子传导率的PEM(如自增湿功能复合膜)等成为近年来的研究热点。


目前可用于燃料电池的质子交换膜主要包括:全氟磺酸膜、非全氟化膜、无氟质子交换膜、复合膜等。常用的PEM为全氟磺酸膜,属于固体聚合物电解质,具有机械强度高、化学稳定性好、工艺完善,应用最为广泛的优点。


④ 气体扩散层:气体流通的通道


气体扩散层(GDL)是气体到达电极的“走廊”,由微孔层、支撑层组成,起到电流传导、散热、水管理、反应物供给的作用。微孔层通常由碳黑、憎水剂构成,主要作用为管理阴极产物(水)的含量和引导反应气体快速通过扩散层并均匀分布到催化剂层表面。支撑层材料主要是多孔的碳纤维纸,其制造工艺成熟、性能稳定、成本相对较低,是支撑层材料的首选。


⑤ 双极板:燃料电池的主要载体


双极板(BPs)又称流线板,在氢燃料电池中起分隔反应气体、除热、排出化学反应产物(水)的作用。双极板的质量占燃料电池堆的60~80%,成本占20~40%,并且几乎占据了整个燃料电池堆的全部体积。


根据制作材料不同,双极板主要分为石墨双极板、复合双极板和金属双极板。

• 石墨双极板

石墨双极板具有低密度、高导电率、低接触电阻、良好的耐蚀性等优点。但石墨疏松多孔的结构特质降低了其机械强度,在制造过程中需要进行封孔、机加工及模压成型或注塑成型等处理,因此生产成本高、周期长,不利于大规模生产。此外,石墨的耐高温能力较差,且容易受力变形,进而导致电池堆渗漏、膜电极被污染等问题。目前的改进方向是将石墨与酚醛树脂、环氧树脂等聚合物材料结合,形成石墨复合双极板

• 复合双极板(石墨复合及金属复合)

石墨复合双极板比石墨双极板重量轻,但强度却更高。另外,复合材料的组合使得石墨复合双极板有更强的耐高温能力和抗腐蚀能力。但是,随着燃料电池的使用,聚合物材料会发生蠕变、降解、离子渗出等现象,从而使电池性能大幅度下降。

金属复合双极板兼并金属与石墨双极板二者的优点,具有高的强度、较轻的质量、较小的体积、良好的加工性、优异的耐蚀性等特点,但同时存在导电性差、加工困难、成本高等缺点。

• 金属双极板(新研双极板类型)

金属双极板的导电性、导热性、强度等技术性能指标均优于前面所述的石墨双极板和复合双极板,常用钛及钛合金、铝及铝合金、不锈钢等材料制作。

纯钛强度适宜、韧性好、易导电导热,可加工成薄板以减小电池体积,但长时间接触电阻后易被氧化,接触电阻也会随之增大。铝与铝合金强度高、易加工成型、价格便宜。但同样易被氧化,需做其他抗氧化处理。不锈钢价格低廉、性能稳定,强度适宜,且可加工成薄板,在双极板应用方面极具潜力。但在电池运作时会发生化学腐蚀,腐蚀产物金属离子会造成催化剂中毒,进而降低电池输出功率。

表面涂层改性是当前解决金属双极板应用方面所面临各种问题的一种有效途径,增加其耐腐蚀性和导电性,并延长其寿命。表面涂层主要分贵金属涂层、金属化合物涂层和碳基涂层,对界面接触电阻(ICR)、腐蚀电流密度(Icorr)和机械强度等双极板关键参数。

图6:2025美国能源部门双极板标准(DOE)

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贵金属涂层的常见贵金属材料有Au、Ru、Pt,通常是以化学电镀的方式在双极板表面形成致密的金属涂层,从而增强其抗腐蚀能力和导电性,但缺点在于成本较高。


金属化合物涂层主要是金属的碳化物和氮化物,拥有较高的导电性、优异的化学稳定性和良好的耐腐性,又因其成本较低,因此适合商业化应用推广。金属氧化物涂层的导电性相对较低,但IrO2、SnO2、和PbO2三种氧化物具有较优异的导电性,在双极板改性方面具有潜在应用的前景。


碳基涂层主要有石墨、非晶碳(α-C)和石墨烯等,其耐蚀性和导电性均较好,能使金属双极板具有金属和石墨二者的优点。非晶碳涂层由类金刚石和类石墨两种碳杂化而成,前者结构紧密耐腐蚀性好,后者结构疏松但导电性优异,二者以一定比例结合可达到更优异的效果。此外,在涂层沉积过程添加Ti、Cr、Si、W等过渡层可以进一步提升双极板性能。石墨烯不仅有上述两种的优点,还有较好地耐高温和疏水性,性能上相对前两种更优异,但制备难度和成本限制其大规模应用。

辅助系统BOP辅助设备(BOP)是用于提供冷却、密封和支撑等辅助功能的各种设备和系统,通常含水管理系统、热管理系统、氢气循环系统、空压机等。虽然辅助系统不直接影响电池性能,但是对于氢能燃料电池的运作有关键的影响。

• 水管理系统起保持质子交换膜湿润,并防止在阴极和阳极堵水的作用;

• 热管理系统冷起动和散热作用;

• 氢气循环系统采用过量氢气供给策略,将未反应的氢气再循环进入电堆,带走反应水、防止水淹,并起到加湿氢气的作用;

• 空气压缩机则为电堆提供一定温度、一定压力和一定流量的空气。



图片氢能产业链分析


截至2022年12月,全球已有42个国家及地区发布了明确的氢能发展战略和规划,这些国家和地区经济总量占世界的比例超过了80%。2022 年是全球氢能产业规模化发展的 “元年”,全球氢能领域的直接投资达到 2500 亿美元。


我国氢能战略的布局主要集中在上游的氢能基础设施建设和下游的氢燃料电池汽车推广。根据《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》显示,2025 年我国将初步建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系;燃料电池车辆保有量约5万辆,部署建设一批加氢站,可再生能源制氢量达到10万—20万吨/年,实现二氧化碳减排100万—200万吨/年。


氢燃料电池是疏通氢能产业链的重要枢纽。氢能产业链上游为氢气的供给,包括制氢、储运和加注三个板块。下游的应用端主要是交通运输、电力储备、热电联供、航空航天等应用场景。而氢燃料电池系统完美地将上下游串联起来,既能为氢气储存和消纳提供“时空分割”的场所,又能在碳减排风口下,为下游以交通运输为主的应用场景提供新的发力点。


图7:氢能产业链图谱

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上游:绿色制氢面临挑战,基础设施建设加速


氢气供应环节是氢能产业链发展经济性的关键因素。氢能产业链上游终端的成本可根据制氢、运储、加注进行组成分析,其中氢气原材料成本占比最高(约50%),这也抑制了产业链下游对氢气的需求。从短期来看,工业副产氢是解决氢气需求的过渡性办法,从中长期来看,可再生能源电解制氢是氢源的终极解决方法,但该方法面临制备成本、运储成本和加氢网络建设上的挑战。
图8:氢能产业链上游成本构成图片资料来源:中商产业研究院,万联证券研究所

氢气制备① 制取方法目前氢气主要有三种主流制取路径:

• 以煤炭、天然气为代表的化石能源重整制氢;

• 以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产气制氢;

• 电解水制氢

• 其他制氢方式包括生物质制氢、太阳能光催化分解水制氢、核能制氢等。

从技术成熟度来看,我国在化石燃料制氢法上有较高的技术成熟度。此外,中国煤炭资源丰富且相对廉价也促使化石燃料制氢成为大规模制氢的主要途径。2022年,中国约60%的氢气制备来源于化石燃料,其次为工业副产(约19%)。但化学燃料制氢的产物中含有大量的温室气体,不利于我国开展碳减排行动。因此在环境效益、能源效率等方面均具有技术优越性的电解制氢和可再生能源制氢成为我国可持续发展战略推进的主要选择。


图9:中国氢气供给结构扇形图(2020)

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② 氢气类型

• 灰氢是利用石油、天然气、煤炭等化石能源制造的氢气,制造过程中会产生二氧化碳等温室气体。作为世界最大的氢能生产国和消费国,中国当前生产的氢能以灰氢为主,拥有较为成熟的技术。

• 蓝氢是在制作灰氢的基础上引用利用与封存(CCUS) 碳捕捉等技术,以减少温室气体的排放。目前CCUS技术的成本相对较高,所以并未得到大规模的应用。

•  绿氢是通过使用可再生能源制造的氢气,例如通过太阳能、风能发电进行电解水制氢,在生产“绿氢” 的过程中,完全没有碳排放。

③ 困境与解决方案

目前绿氢的需求受到了成本的极大限制。氢价上,据彭博新能源财经统计,如今,灰氢生产成本为每千克0.98美元至2.93美元,蓝氢生产成本为每千克1.8美元至4.7美元。相比之下,绿氢生产成本高达每千克4.5美元至12美元。但随着电解槽技术的突破和政策的扶持,“绿氢贵”的难题将被攻克。


电解水制绿氢中电力成本占比最大(约为40%~80%),而影响电力成本大小其中一个因素为电解装置的能源转化效率。Hysata于2022年研制毛细管供电电解槽的能源转换效率达到了95%,比现有技术水平高出四分之一,更能将绿氢制取价格降到2美元/公斤。此外,中国的可再生资源丰富,国际能源署的经济评估显示,中国部分省份的可再生能源产氢成本为 2-2.3美元/kgH₂,优于世界其它地区,这意味着我国绿氢的大规模生产在未来是可行的。


于此同时,我国也在加大对绿氢制备的投入。据能景研究统计,我国可再生能源制氢已公布的央企规划项目近300项,已披露的建设项目规划投资超过4000亿元,总规模超 50GW;2023Q1国内有13 个绿氢项目签约或进入开工环节,涉及绿氢产能超15万吨/年,电解槽容量达 835MW,超过2022年全年的产量。根据势银的统计,我国已有超过100个已建、在建和规划中的可再生能源电解水制氢项目。根据 BloombergNEF 预计, 2023 年中国电解 槽出货量将为 1.4-2.1GW,占全球出货量的 60%以上,相比 2022 年增长 75%- 163%,保持迅猛发展的势头。


图10:2020—2050年期间氢气成本变化趋势图

图片图片来源:国际氢能网

氢气运储根据氢气运输时物理状态的不同,现有的氢气运输方式主要为气态运输、液态运输、固体运输气态运输成本低且技术成熟,但高压储氢瓶性能需要提高;液体运输能提高运输燃料能量密度,但成本偏高,大规模应用仍需时间;固体运输具有储氢密度高、运行压力低、安全性好等优点,但技术门槛较高,资金需求巨大,目前国内处于早期研发阶段。


市场上较为成熟的运输方式有长管拖车气态输运、液氢罐车输运和管道输运。


长管拖车气态输运常用于运输高压氢气。载货区常由9个压力为20Mpa、长约10m的高压储氢钢瓶组成,可充装约3500kg氢气,且拖车在到达加氢站后车头和拖车可分离,运输技术成熟、规范较完善,国内的加氢站目前多采用此类方式运输。


液氢槽罐车输运存储容量高,适用于中等距离运输,但对储氢容器的绝热要求很高。通常是将氢气深度冷冻至21K液化,再装入隔温的槽罐车中运输,目前商用的槽罐车容量约为65m3,可容纳4000kg氢气。


管道运输是下游需求上涨时最经济的运氢方式,也是大规模集中运氢和长距离运氢的重要组件。管道运输适合长距离和大容量运输。管道输氢的初始投资大,建设成本高,约为天然气管道的2.5~3倍,其成本主要在于特殊的管道材质及工程开支,但建设完毕后能够大幅降低长途大规模运氢成本。使用20MPa长管拖车运输氢气,当运输距离为50km时,氢气的运输成本约4.9元/kg;随着运输距离的增加,长管拖车运输成本逐渐上升。而管道输送运氢100km的成本为1.43元/kg,远低于高压长管拖车及低温液态输氢。


当前,我国氢气管道主要分布在环渤海湾、长江三角洲等区域;我国纯氢管道建设处于起步阶段,规模较小,总里程约400公里,已建项目以化工园区内应用为主。同时,我国输氢管道主要以天然气掺氢管道项目为主,且正往纯氢管道项目发展。


管道运输面临困境:目前管道运输在低成本材料研发、高性能管道设计、运输标准化规范化三个方面存在问题。


抗氢脆材料是管道运输安全性的保障。由于氢气容易与金属反应引起管道韧性下降(氢脆现象),从而造成氢气逃逸,因此需选用含炭量低的材料作为运氢管道,但这也增大了管道的建造成本。开发低成本的高强度或耐氢脆管材,加快实现氢气管输系统降本增效,是满足当前规模化氢储运需求的重要途径。


管道的设计和建设对于提高运能利用率至关重要。管道运氢成本也取决于运能利用率,在运能利用率仅为20%时运氢成本和长拖车运输相当。合理的管道布局、有效的阀门控制以及减少压力损失的设计都可以提高输送效率。


图11:不同管道运氢运能利用率下运氢距离与成本的关系

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管道运氢的标准化和规范化有待完善,包括材料的选择指导、氢能管道的设计、建造、运行、维护,管道里面涉及到密封、管道风险评估、定期检验等相关标准的统一。国内关于氢气管道的标准有GB 50177《氢气站设计规范》、GB 4962《氢气使用安全技术规程》。但这两个标准均不适用于埋地氢气长输管道,所以目前国内尚无针对氢气长输管道的标准体系。



氢气加注氢气的加注模块的发展主要体现在加氢站的建设上。EVTank发布的《中国加氢站建设与运营行业发展白皮书(2023年)》显示,截至2023年6月,中国累计建成加氢站351座,数量为全球第一。加氢站主要分布在广东、山东、江苏、上海等地,其中广东省已建成加氢站55座,山东省已建成34座,浙江、江苏、河北、河南等多地均已建成超过20座。此外,全国有22个省(市)分别出台了相关政策支持氢能基础设施建设,并明确提出了2025年加氢站具体建设目标,广西和新疆两地也在相关政策中指出未来将适度超前布局一批加氢站。到2025年全国累计建成的加氢站数量有望突破1000座;到2030年,国内加氢站数量将突破5000座。


图12:城市示范群加氢站建设目标

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但建设加氢站需要投入巨大的资金,单设备和土地建设本身就需花费800万元以上人民币,结合我国规划计算2025年将会有近100亿的规模。氢气的加注成本可分成加氢站投入(设备成本及土地成本)、加氢站运营维护成本、氢燃料耗损成本三个部分。其中设备成本和土地成本投入占大部分(约60~80%),一方面要求尽可能降低设备成本,另一方面要求设备尽量紧凑,节省空间,以减少占地面积。但加氢站的安全面积又受隔离距离要求的限制,且为保证安全性,设备的成本可降空间有限。在运营维护成本上加氢站可粗略和加油站对标。


此外,加氢站还需要通过加氢协议标准化来规范首先要加氢接口标准化以保证加氢枪与氢燃料电池车的加氢接口必须匹配,连接紧固,才可以安全可靠的将高压氢气注入车载储氢罐。其次是储氢压强和加注流速标准化,如果在短时间将大量的高压氢气注入车载储氢罐,会使氢气连带储罐快速升温,长期反复的过温冲击可能造成储罐破裂的风险。此外,包括压缩机、低温泵、加氢机在内的加氢设备也需要有对应的规范,以保证加氢过程的安全性。2023年8月6日,国家标准《氢燃料电池车辆加注协议技术要求(GB/T 42855-2023)》发布,同年12月1日正式开始实施,此项协议的推行为加注环节上了一层保险。


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