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踔厉奋发新征程丨“氢”装上阵逐绿而行

发布时间:2024-05-13  来源:中央纪委国家监委网站  字体大小[ ]

  踔厉奋发新征程丨“氢”装上阵逐绿而行

  中央纪委国家监委网站 王雅婧 

上海氢晨新能源科技有限公司的生产车间内,工作人员正在对氢燃料电池电堆进行组装后的检验测量。 上海氢晨新能源科技有限公司 供图

  首列氢能源市域列车成功达速试跑、全国首艘氢能集装箱船签约建造、氢能源公交线路在多地开通……最近,氢能应用场景在我国“多点开花”,众多自主研发的技术成果接连落地,氢能产业显示出强劲发展活力。

  作为一种绿色低碳的清洁能源,在碳达峰、碳中和的目标背景之下,氢能的发展潜力逐步显现,成为全球竞争的“新赛道”。今年的政府工作报告提出:“加快前沿新兴氢能、新材料、创新药等产业发展。”这是氢能首次作为前沿新兴产业被写入政府工作报告。

  近年来,中国氢能产业取得长足进步,在氢能产能建设等多个领域位居全球第一,关键核心技术加快突破。同时,加氢站等基础设施网络日益完善,截至去年年底,我国累计建成的加氢站已有400余座,数量位居世界首位。

  年产氢气2万吨,减碳48.5万吨

  规模化绿氢制备展现强大降碳实力

  新疆维吾尔自治区阿克苏地区库车市牙哈镇,一座地处天山脚下的“阳光小镇”。我国规模最大的光伏发电直接制绿氢项目——“中石化库车绿氢示范项目”的光伏发电厂就建在这里。在项目园区内,几十万块光伏板整齐排列,每一块光伏板都以倾斜的角度面向阳光放置,这些角度均通过专业辐照测算,确保能最大化接受到太阳辐射。据发电厂的工作人员介绍,该电厂平均每天约发电159万千瓦时,这些绿色电能会被输送到配套的绿氢工厂。在那里,工作人员会通过电解水的方式来制造氢气。

  在业内,通过光伏等可再生能源发电制造出的氢气被称为“绿氢”。相较于制造过程依赖化石能源的“灰氢”和“蓝氢”,“绿氢”的生产过程基本不产生二氧化碳气体,更加清洁低碳,是符合当下绿色发展趋势的制氢方式。中石化新星新疆绿氢新能源有限公司有关负责人表示,中石化库车绿氢示范项目是国内首次规模化利用光伏发电直接制绿氢的项目,自2023年6月正式产氢以来,目前该项目的制氢规模已达到每年2万吨,相当于每年减碳48.5万吨。这些绿氢经由蓝色的输氢管道以每小时2.8万标立方的输送量源源不断地输往中国石化塔河炼化公司,替代了炼油加工中曾使用的天然气制氢,实现了炼油过程的绿色低碳化。

  在中石化库车绿氢示范项目的制氢厂内,白色的球状储氢罐格外醒目。这些储氢罐全部为中国研制,最高储氢能力为21万标立方。在制氢厂的车间内,自来水经过纯化和加碱,变成电解水,之后,电解水经过电解槽分离产生氢气和氧气,氢气经过提纯,最终被储存在储氢罐内。

  对于电解水制氢而言,稳定的电能供应十分关键。为了应对光伏发电受天气影响而产生的波动性,中石化库车绿氢示范项目的建造方开发了一套智能管控系统,利用工业互联网等新兴技术,将新能源发电设备、电控设备与制氢设备进行同步匹配响应,实现了源网荷储用一体化智能控制与智慧生产,做到了在新能源波动电力下的稳定供氢。如今,在制氢厂内,每个生产环节都实现了智能化操控,整个生产过程一气呵成。

  制氢是氢能产业链上游的关键环节,影响着整个氢能产业的发展。近年来,我国制氢产能规模不断扩大,特别是使用可再生能源制取的绿氢逐步走向规模化应用。除了中石化库车绿氢示范项目,国内多地,特别是西部资源型城市也陆续有绿氢项目开建或建成投用。在内蒙古自治区鄂尔多斯市,纳日松光伏制氢示范项目40万千瓦光伏绿电已于去年年底成功并网;在河北省张家口市,绿色氢源生产基地初具规模;在吉林省松原市,全球最大体量的绿色氢氨醇一体化项目火热建设中……中国国际经济交流中心能源政策研究部部长景春梅此前在媒体采访中表示,虽然目前绿氢在我国氢能产业中的占比还较低,但预计到2030年,这个占比会扩大到15%。此外,随着制氢技术的进步迭代,绿氢的制备成本也会进一步降低。

  实现燃料电池重卡动力系统从“够用”到“好用”

  “一年一台阶”推动氢燃料电堆技术升级

  长三角地区是我国氢能产业集群化发展的一个代表性区域。在中国(上海)自由贸易试验区临港新片区,以“国际氢能谷”为核心的氢能产业新高地正在形成,如今已有30余家氢能产业链上下游企业入驻,形成了包括氢能整车、发动机系统、核心部件等在内的全产业格局。

  据园区开发管理方——上海临港绿创经济发展有限公司的副总经理邓浩强介绍,早在2017年左右,临港集团就开始布局氢能领域,但那个时候还没有完整的氢能产业概念,只是把氢能作为新能源产业中的一个分支方向。直到2020年园区才开始系统化围绕氢能产业进行产业集群化发展。虽然发展时间并不长,但临港集团通过和上海交通大学合作建立产学研孵化平台,如今,已推出了不少自主创新成果。

  氢燃料电池电堆是许多氢能源车辆的动力来源,这种电堆由数百对电池板与膜电极组成,决定着一辆氢能源车的动力水平与运行效率。过去,制造电堆这类核心部件的技术曾一度被国外所垄断。而如今,在临港新片区的“国际氢能谷”内,不管是电堆还是组成电池板的双极板与膜电极,都被相关企业实现了自主研发和技术突破。

  就拿专注大功率燃料电池电堆生产研发的上海氢晨新能源科技有限公司(以下简称氢晨科技)来说,虽然2017年才成立,但企业已掌握了大功率电堆核心材料与核心部件的研发与制造技术,形成了超200项专利并持续增长的知识产权保护体系。

  从成立之初的80千瓦电堆到2022年发布的国内首台功率达到单堆300千瓦的大功率电堆,氢晨科技几乎在以“一年一个台阶”的速度推动着氢燃料电池电堆产品的研发和技术升级。最新一代的300千瓦氢燃料电池电堆将体积功率密度提升至了世界领先的6.2千瓦/升,使用寿命从10000小时翻倍提升至覆盖燃料电池重卡全生命周期的20000小时,成本也大大降低,实现了燃料电池重卡动力系统从“够用”到“好用”的转变。

  “300千瓦大功率电池电堆对于氢能车辆的意义是什么?答案是帮助车辆基本实现了氢燃料电池电堆的全功率驱动。过去,由于电池电堆功率不够,一辆氢能车辆不仅要装备氢燃料电池电堆,还要同时装配一些锂电池,而现在则不需要了。”氢晨科技董事长兼总经理易培云表示,氢燃料电池电堆功率的提升不是靠片数堆叠或面积上的延伸,而是技术的全面升级。每一次燃料电池电堆指标上的突破都是体系的重构与提升。为了不断提升自身产品的性能,氢晨新能源在创新研发上下功夫,如今研发费用总额在营业收入总额中的占比已达到40%。

  这些天,在氢晨科技的全自动化生产线上,一台台机器人正在高速运转,为本月即将交付的订单忙碌。氢晨科技的工作人员王晓华告诉记者,目前,在这条生产线上,从产品核心部件的生产到零件的气密、尺寸等的检验都基本实现了全自动化,工人只需要在上料端上料,整个生产线就会自动抓取、识别、检验并形成唯一的生产过程记录和质量追溯记录,物料生产检验完成后,工人只需在生产线出货端进行物料下料即可。

  “目前我们一个功能模块的生产线基本上只需要2个员工进行管理。主要负责上下料和过程中的监控与异常处理。”王晓华说,“在产品生产自动化的基础上,我们还推动产品生产过程的信息化,同时上线了生产线的MES系统,对生产过程进行全流程追溯。”

  在临港新片区,像氢晨科技这样的氢能企业还有许多。在邓浩强看来,如今园区内的氢能产业还属于爬坡和培育阶段,接下来,园区将继续加强氢能基础设施配套建设,加强中端用户培养,为氢能产业企业创造更多的市场应用场景。

  氢车氢舟助力“绿色出行”

  交通领域氢能应用场景持续不断扩展

  “喝的”是氢,排的是水蒸气,从北京市到上海市,载重20多吨,历时两天,横跨六省市……最近,两辆国产氢燃料汽车顺利完成了这趟绿色低碳之旅,这是我国氢能车辆首次实现大范围、长距离、跨区域的实际运输测试。

  能够完成本次长距离运输测试,除了得益于车辆氢燃料电池系统本身的过硬性能,还要依靠京沪高速沿途7个加氢站的护航。在全程约1500公里的路途中,“氢能高速”与氢能车辆互相配合,奏出一曲和谐的“绿色出行”交响曲。

  当前,我国氢能产业下游的应用场景已经在众多行业落地,其中,交通运输领域是氢能应用相对成熟的领域。今年3月,我国自主研制的首列氢能源市域列车在吉林省长春市进行了运行试验,此次试验是全球首次实现时速160公里氢能列车全系统、全场景、多层级性能验证,标志着我国氢能技术在轨道交通领域的应用取得新突破。按照设计,相较于传统燃油市域车辆,这列氢能源市域列车全寿命周期可减排5万吨二氧化碳,粗略估算,相当于5万辆汽车各开5000公里产生的碳排放量。

  氢能轨道列车、氢能重卡、氢能公交、氢能共享单车……近年来,越来越多的氢能汽车出现在我们的生活中,氢能车辆的应用日渐成熟。

  伴随着相关技术的成熟,氢燃料电池在交通领域的应用场景有望进一步扩大。我国新能源动力系统与交通电动化专家、中国科学院院士欧阳明高此前曾公开表示,未来氢燃料电池不光能用在交通领域的新能源汽车上,还能用在船舶、飞机上,在工业、发电和储能等领域也会进行全方位的推广。目前来看,不仅是陆上交通,水上交通也已有不少氢能应用的身影。去年10月,我国首艘氢燃料电池动力示范船“三峡氢舟1”号在长江进行了首航,标志着氢燃料电池技术在我国内河船舶上实现了成功应用。对于那些常年在船上工作的船员们来说,氢燃料电池动力船不仅没有难闻的汽油味,而且动力足、噪音小,行驶起来也十分稳定灵活。

  除了交通工具,加氢站作为重要的配套基础设施,对于氢能应用发展也必不可少。为了能够实现长距离、跨区域的氢能运输,我国加快布局加氢站网络。相关数据显示,截至去年年底,我国建成的加氢站已有400多座,数量在全球位居前列。同时,我国还在持续建设“氢能走廊”,依托高速公路打造“氢能干线”,目前已初步建成京津、成渝、沪嘉甬等多条高速氢能通道。而随着加氢站数量的稳步提升和国内“氢能走廊”的初见雏形,更多氢能交通工具也将在未来实现规模化应用。

中国企业新闻网摘编亓淦玉

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