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科普 | 氫能106個問題問答

2022-12-05 來源:氫能儲運與應用 瀏覽數:683

Q1:氫是什么?A:氫氣,化學式為H?,分子量為2.01588,常溫常壓下,是一種極易燃燒的氣體。無色透明、無臭無味且難溶于水的氣體

Q1:氫是什么?

A:氫氣,化學式為H?,分子量為2.01588,常溫常壓下,是一種極易燃燒的氣體。無色透明、無臭無味且難溶于水的氣體。氫氣是世界上已知的密度最小的氣體,氫氣的密度只有空氣的1/14,即在1標準大氣壓和0℃,氫氣的密度為0.089g/L。

Q2:大家常說的灰氫、藍氫、綠氫指的是什么?

A:灰氫(gray hydrogen):使用化石燃料制取氫氣,并對釋放的二氧化碳不做任何處理。藍氫 (blue hydrogen):使用化石燃料制取氫氣,同時對釋放的二氧化碳進行捕集和封存。綠氫 (green hydrogen):使用可再生能源發電電解或光解制取的氫氣。

Q3:每次提到碳中和總會提到氫,那么什么叫做碳中和?

A:碳中和。當一個組織在一年內的二氧化碳排放通過二氧化碳去除技術應用達到平衡,就是碳中和或凈零二氧化碳排放。

Q4:氫氣的安全性如何?

A:氫氣具有燃點低,爆炸區間范圍寬和擴散系數大等特點,長期以來被作為危化品管理。氫氣擴散系數是汽油的12倍,發生泄漏后極易消散,不容易形成可爆炸氣霧,爆炸下限濃度遠高于汽油和天然氣。因此,在開放空間情況下安全可控。氫氣在不同形式受限空間中,如隧道、地下停車場的泄漏擴散規律仍有待深入研究。

Q5:氫能產業鏈包含什么?

A:氫能產業鏈包括制氫、儲運氫、加氫與氫的綜合應用。

Q6:制氫有哪些方法?

A:目前,氫的制取產業主要有三種較為成熟的技術路線:一是以煤炭、天然氣為代表的化石能源重整制氫;二是以焦爐煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫為代表的工業副產氣制氫;三是電解水制氫。

Q7:什么叫做氫燃料電池?

A:氫燃料電池是將氫氣和氧氣的化學能直接轉換成電能的發電裝置。其基本原理是電解水的逆反應,把氫和氧分別供給陽極和陰極,氫通過陽極向外擴散和電解質發生反應后,放出電子通過外部的負載到達陰極。

Q8:目前有哪些儲氫方式?

A:目前國際上主要氫氣儲運技術包括氣態儲運(長管拖車、管道)、液氫儲運、氫載體儲運和固態儲運。氣態儲運氫環節涉及的核心技術裝備主要有長管拖車用高壓管束儲氫瓶與管道。低溫液態儲運氫涉及的核心技術裝備主要有氫液化裝置與液氫儲罐。有機液體儲運氫涉及的核心技術裝備 主要有供熱脫氫裝置。在實際應用中,可根據運輸距離和運輸規模,選擇最經濟的儲運氫技術。

Q9:氫氣儲存有什么難點?

A:自從18世紀拉瓦錫給氫命名以來,對氫的研究已有200多年的歷史,氫作為一種氣態物質,人們一直致力于通過提高氫的密度將其儲存來提高氫能利用的效率,但氫氣儲存難度較大,主要有以下三點原因。第一,所有元素中氫的重量最輕,在標準狀態下,它的密度為0.0899g/L,為水的密度的萬分之一。在-252.7℃時,可變成為液體,密度為70g/L,僅為水的十五分之一。第二,作為元素周期表上的第一號元素,氫的原子半徑非常小,氫氣能穿過大部分肉眼看不到的微孔。不僅如此,在高溫、高壓下,氫氣甚至可以穿過很厚的鋼板。第三,氫氣非常活潑,穩定性極差,泄露后易發生燃燒和爆炸。氫氣的爆炸極限:4.0~74.2%(氫氣的體積占混合氣總體積比)。

Q10:氫能源有哪些特點?

A:(1)氫燃燒性能好,點燃快,與空氣混合時有廣泛的可燃范圍,而且燃點高,燃燒速度快。(2)氫本身無毒,與其他燃料相比氫燃燒時最清潔,除生成水和少量氮化氫外不會產生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、鉛化物和粉塵顆粒等對環境有害的污染物質,少量的氮化氫經過適當處理也不會污染環境,而且燃燒生成的水還可繼續制氫,反復循環使用。(3)氫能利用形式多,既可以通過燃燒產生熱能,在熱力發動機中產生機械功,又可以作為能源材料用于燃料電池,或轉換成固態氫用作結構材料。用氫代替煤和石油,不需對現有的技術裝備作重大的改造現在的內燃機稍加改裝即可使用。(4)氫可以以氣態、液態或固態的金屬氫化物出現,能適應貯運及各種應用環境的不同要求。由以上特點可以看出氫是一種理想的新的含能體能源,但是要利用氫能必須制備氫能和儲運氫能,氫的規模制備是氫能應用的基礎,氫的規模儲運是氫能應用的關鍵,氫燃料電池汽車是氫能應用的主要途徑和最佳表現形式,三方面只有有機結合才能使氫能迅速走向實用化,目前國內外主要從事氫的規模制備和氫的規模儲運的開發研究,并取得了一定的進展。

Q11:什么叫做液氫?

A:液氫是由氫氣經過降溫而得到的液體,是一種無色、無味的高能低溫液體燃料。一個大氣壓下的正常氫沸點為20.37 K(-252.78℃),凝固點為13.96 K(-259.19℃),密度為70.85 kg/m?。

Q12:什么叫做固態氫?

A:固態氫是一種無機物,即氫氣的固態形式。化學式為H2,具有密度很小的性質。在溫度為-252.87℃時,氣態氫可轉變成無色的液體;-259.1℃時,液態氫可變成雪花狀固體。

Q13:氫燃料電池主要應用于哪些領域?

A:氫燃料電池主要應用于固定領域、運輸領域、便攜式領域等三大領域。目前氫燃料電池的主流發展方向是氫燃料電池汽車。燃料電池直接將燃料的化學能轉化成電能,能量轉換效率高。相比純電動車搭載的動力鋰電池,氫燃料電池質量輕,補充能量的時間短,加氫只需3至5分鐘,續航里程長,大于600千米。

Q14:什么叫做加氫站?

A:加氫站是給燃料電池汽車提供氫氣的燃氣站,最早的氫氣加注站也許可以追溯到1980年代位于美國Los Alamos的加氫站。

Q15:全國首個全商業化運營的加氫站在哪?

A:全國首個全商業化運營的加氫站位于廣東省佛山市南海區丹灶鎮。該項目采用政府主導、政府和企業共同投入的“1+1+N”模式,開展氫燃料電池汽車商業化運行工作。

Q16:什么叫做可再生氫氣?

A:可再生氫氣生產過程中所產生的溫室氣體排放的限值與清潔氫相同,且氫氣的生產所消耗的能源為可再生能源。可再生能源類型范圍見2010年4月1日施行的《中華人民共和國可再生能源法》。

Q17:什么叫做低碳氫?

A:低碳氫是指生產過程中所產生的溫室氣體排放值低于特定限值的氫氣。這里的特定限值為14.51 kg CO2e/kgH2。

備注:氫氣的熱量按低熱值選取,即120.0MJ/kg。

Q18:什么叫做清潔氫?

A:清潔氫是指生產過程中所產生的溫室氣體排放值低于4.90 kg CO2e/kgH2的氫氣。備注:氫氣的熱量按低位熱值選取,即120.0MJ/kg。

Q19:加氫站的氫氣來源有哪些?

A:長管拖車運輸供應高壓氣態氫,一輛拖車運輸25~35MPa的高壓氫氣約5000Nm3;加氫站內自備水電解解氫裝置或天然氣轉化制氫裝置,制取氫氣經加壓、儲存供應氫氣;氫氣管道輸送氫氣只是個別的;液態氫槽車供應液態氫,在加氫站內設液態氫儲罐,以液態氫直接對氫能汽車上的液氫貯罐加氫。

Q20:加氫站有哪些分類?

A:加氫站按照站內是否有制氫設備,可以分為外供氫和站內制氫加氫站。而加氫站通過外部供氫和站內制氫獲得氫氣后,經過調壓干燥系統處理后轉化為壓力穩定的干燥氣體,隨后在氫氣壓縮機的輸送下進入高壓儲氫罐儲存,最后通過氫氣加注機為燃料電池汽車進行加注。

Q21:加氫站系統有哪些核心裝備?

A:加氫站系統的三大核心裝備為氫氣壓縮機、儲氫系統(中國目前均為高壓儲氫系統)和氫氣加注機。

Q22:加氫站中成本占比最大的裝備是什么?

A:加氫站成本中占比最大的是

壓縮機,其次是儲氫設備。

Q23:氫氣壓縮機有哪些分類?

A:氫氣壓縮機根據技術路線,主要分為液壓活塞式氫氣壓縮機、隔膜式氫氣壓縮機和離子壓縮機。

Q24:什么叫做儲氫裝置?

A:加氫站中用于充裝高壓氫氣且安裝在固定位置的裝置,包括儲氣罐儲氫裝置和無縫管式儲氣瓶儲氫裝置。

Q25:儲氫裝置需要設置什么安全附件?

A:超壓泄放裝置;壓力測量儀表、壓力傳感器;氫氣泄漏報警裝置;氮氣吹掃置換接口;位于儲氫裝置頂部的氫氣排放管。

Q26:儲氫裝置的切斷閥有什么要求?

A:儲氫裝置的切斷閥宜采用截止閥或者球閥。

Q27:影響我國氫氣售價的最主要因素是什么?

A:中國加氫站氫氣售價價格組成包括:氫氣成本、加氫站維護、加氫站可變成本、儲壓器、壓縮機、其他固定資產。其中影響我國氫氣售價的最主要因素是包括制氫和儲運氫氣在內的氫氣成本部分,其中氫氣成本占70%。

Q28:外供氫加氫站的建設成本構成?

A:由于各種各樣的原因,如站址選擇、規模、競爭的考慮,加氫站的建設成本披露較少。從國外的數據來看,規模為200-300kg/d的加氫站,建設成本大概為2-3百萬美元(折合人民幣1340-2000萬),其中固定資產為1.5-2百萬美元(折合人民幣1000-1340萬);德國的加氫站要便宜些,位于Bonhoff的加氫站大概100百萬歐元(折合人民幣756萬)。

Q29:氫氣爆炸的必備條件是什么?

A:氫氣爆炸極限是4.0%~75.6%(體積濃度),意思是如果氫氣在空氣中的體積濃度在4.0%~75.6%之間時,遇火源就會爆炸,而當氫氣濃度小于4.0%或大于75.6%時,即使遇到火源,也不會爆炸。

Q30:氫氣爆炸的原理?

A:氫氣爆炸的過程當在一定空間內部如一容器中的氫氣含量處于爆炸極限內時,遇到明火,局部首先著火,并放出大量的熱量,使生成的水蒸汽體積膨脹,壓力急劇增大,在極短的時間內完成燃燒,同時引燃周圍混合氣體燃燒,空間內的壓力猛然急劇增大,這就形成了爆炸。Q31:氫能源在安全性上有什么優點?A:氫氣具有很高的擴散系數和浮力,泄露時濃度會迅速降低。如果發生爆炸,氫氣的爆炸能量是常見燃氣中最低的,就單位體積爆炸能而言,氫氣爆炸能僅為汽油氣的1/22。

Q32:加氫站在設計過程中要注重哪些安全問題?

A:加氫設備、輸送管道等的防泄漏措施處理;加氫站內配置的電氣元件應為防爆器件,同時采取可靠的防靜電措施,防止因靜電導致著火爆炸等事故的發生;加氫站內應設置排風排氣裝置,及時排除泄漏的氫氣;加氫站中的加注模塊應具備安全聯鎖功能和過壓保護功能;由于高電位氫流會使氫氣在空氣中燃燒,還要防止高速氫流與儲氫瓶之間摩擦導致的高電位氫流等等。

Q33:《氫氣使用安全技術規程》中規定,輸入系統的氫氣含氧量不得超過多少?

A:輸入系統的氫氣含氧量不得超過0.5%。

Q34:《氫氣使用安全技術規程》中規定,氮氣置換法中氮氣含氧量不得超過多少?

A:氮氣中含氧量不得超過3%。

Q35:氫氣有毒嗎?

A:氫氣本身對人體無害。燃燒的廢氣僅是蒸汽和少量的氮氧化物,因此不用擔心氫氣中毒。

Q36:氫氣的泄露與擴散速度如何?

A:氫氣的泄露與擴散約為甲烷的2.83倍,擴散速度非常快,但是也造成了一個好的方向就是燃燒的時候非常快地燃燒掉,并且在空氣中是上升的,不是鋪開的燃燒,在燃燒的時候比起汽油或者天然氣是有優勢的。但如何泄漏量較大,氫的快速擴散會導致室內空氣很快到達著火點,具有較大的危險性。

Q37:氫氣輸送過程容易發生哪些危險?

A:第一:氫氣輸送管道的防雷、防靜電接地裝置如果保護失效,雷電或靜電積聚會使管道及構筑物遭到破壞或引起火災爆炸事故;

第二:管道因腐蝕、意外撞擊、熱脹冷縮、振動疲勞等原因被損壞時,會造成大量的氫氣外漏;當管道的法蘭、閥門、焊縫泄漏或密封墊圈損壞而發生泄漏,泄漏的氫氣遇火源會發生燃燒或爆炸;

第三:在抽送或壓縮氫氣時、檢修、動火過程中各種原因導致氫氣與氧氣或其它助燃氣體混合,達到一定的濃度極限時,遇火源會產生爆炸事故;

第四:外部明火導入管道內部,包括管道附近明火的導入,以及與管路相連接的焊接工具由于回火而導入管道內;管道過分靠近熱源,管內氣體過熱引起的著火爆炸;

第五:帶有水分或其它雜質的氣體在管道內流動時,當超過一定的流速就會因摩擦產生靜電積聚而放電。

Q38:氫的火焰是什么顏色的?

A:氫的火焰是無色的,在白天肉眼幾乎看不到,只有在黑暗的條件下可以看到藍色火焰,因此在白天很難被察覺,接近氫火焰的時候可能并不能意識到火焰的存在,有灼傷人體的風險。但是氫火焰在可見光范圍內燃燒放出的熱量較低,熱輻射少,對周圍環境中的物體影響也比較小,這也是有利的一點。

Q39 :我國目前儲存氫能的方式有哪些?

A:我國目前儲存氫能的方式有高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫和固態儲氫。

Q40:氫的運輸方式有哪幾種?

A:氫的運輸方式包括道路車輛、鐵路、輪船、管道運輸四種。

Q41:什么叫做高壓氣態儲氫,原理是什么?

A:高壓儲氫,一種儲氫方法。氫氣可以在高壓下(15.2~70.9兆帕)裝盛在氣體瓶中運輸,可通過減壓閥的調節直接釋放氫氣。方便可靠,是最普通和最直接的儲氫方式。隨著材料科學的發展,已開發出碳纖維與鋁復合材料的高壓氣瓶,大大降低氣瓶自身質量,提高容量裝載效率,使高壓儲氫成為較有競爭優勢的車載儲氫方式。

Q42:什么叫做低溫液態儲氫,原理是什么?

A:低溫液態儲氫是先將氫氣液化,然后儲存在低溫絕熱容器中。由于液氫密度是標況下氫氣密度的近850倍,所以即使將氫氣壓縮至15 MPa,甚至35、70 MPa,其單位體積的儲存量也比不上液態儲存。單從儲能密度上考慮,低溫液態儲氫是一種十分理想的方式。

Q43:什么叫做固態儲氫,原理是什么?

A:金屬氫化物儲氫是采用某些金屬或合金與氫氣形成化合物,而對形成的氫化物加熱又會釋放出氫氣,從而實現對氫的儲存與釋放。這種方式安全性好、氫氣純度高、單位體積儲氫密度高,但單位質量儲氫密度低、吸放氫氣速率較低。

Q44:三種儲氫方式的優缺點各是什么?

A:高壓儲氫目前發展最為成熟,應用也最為廣泛,但在儲氫密度及安全性方面存在瓶頸;金屬氫化物儲氫技術則表現出巨大潛力,但目前還處在研究階段; 低溫液態儲氫技術具有單位質量和單位體積儲氫密度大的絕對優勢,但目前儲存成本過高,主要體現在液化過程耗能大,以及對儲氫容器的絕熱性能要求極高兩個方面,目前低溫液氫技術多用于航天,但也越來越有向民用發展的趨勢。

Q45:高壓氣態儲氫瓶有哪幾種類型?

A:高壓復合儲氫罐主要分為純鋼制金屬瓶(I型瓶)、鋼制內膽纖維纏繞瓶(II型瓶)、鋁內膽纖維纏繞瓶(III型瓶)及塑料內膽纖維纏繞瓶(IV型瓶)4個類型。I型瓶、II型瓶儲氫密度低、安全性能差,難以滿足車載儲氫密度要求。而憑借提高安全性、減輕重量、提高質量儲氫密度等優勢,III型瓶、IV型瓶的車載應用已經較為廣泛,其中國外多為IV型瓶,國內則多為III型瓶。

Q46:加氫站內儲氣壓力一般為多少?

A:目前國際上應用比較廣泛的車載儲氫瓶壓力等級主要有35MPa和70MPa兩種。加氫站的最高設計壓力等級也需要與其加注車輛車載儲氫的壓力等級相匹配,除了利用長管拖車作為20MPa移動儲氫設施外,35MPa氫燃料電池車的加氫站站內最高固定儲氫壓力一般為45MPa,70MPa氫燃料電池車的加氫站站內最高固定儲氫壓力一般為90MPa。

Q47:長輸管道摻氫路線可行嗎?

A:管道輸氫是具有發展潛力的低成本運氫方式,但輸氫管道由于氫脆現象需選用含炭量低的材料,導致氫氣管道的造價是天然氣管道造價的2倍以上,此外占地拆建等問題也導致投資成本高。如果利用現有的天然氣長輸管網摻氫運輸可以解決上述難題。

天然氣摻氫也是氫能研究熱點,國內外科研機構紛紛投入研究,目前多個示范項目也在陸續推進中。德國、英國等已建有或在建摻氫率高達20%的管道摻氫示范項目;國家電投集團于2019年建成國內首例天然氣摻氫示范項目。如果摻氫示范驗證成功,并解決天然氣管道與氫氣相容性問題,煤制天然氣工廠可以充分利用現有西氣東輸管道等天然氣主干管網和龐大的支線管網摻氫運輸,無需任何改造,降低了氫氣的運輸成本。

Q48:我國儲氫氣瓶生產哪項關鍵材料需要進口?

A:盡管國內70MPa儲氫技術已在不斷推進,但要實現這一技術的商業化應用,仍有諸多問題需要解決,主要矛盾則是仍高度依賴進口的碳纖維等關鍵原材料。另外應用于70MPaIV型瓶中的塑料內膽,往往采用的高密度聚乙烯或其他工藝較為復雜的塑料,但目前國內需求相對較低,生產成本也相對較高,也依賴進口。

Q49:氫有哪些應用?

A:氫氣不僅是一種"潔凈"的能源,也是一種十分重要的工業原料,它廣泛應用于石油、化工、電子、冶金、油脂、航天、輕工業等領域。

Q50:什么叫做氫內燃機動力車?

A:氫內燃車是傳統汽油內燃機車的帶小量改動的版本。氫內燃直接燃燒氫,不使用其他燃料或產生水蒸氣排出。這些車的問題是氫燃料很快耗盡,載滿氫氣的油缸只能行駛數英里,很快便沒能量。另一方面,各色各樣的方法正在研究以減少耗用的空間,例如用液態氫或氫化物。

Q51:什么是氫燃料電池?其工作原理是什么?

A:氫燃料電池是將氫氣和氧氣的化學能直接轉換成電能的發電裝置。其基本原理是電解水的逆反應,把氫和氧分別供給陽極和陰極,氫通過陽極向外擴散和電解質發生反應后,放出電子通過外部的負載到達陰極。

Q52:氫燃料電池的優點有什么?

A:無污染:燃料電池對環境無污染。它是通過電化學反應,而不是采用燃燒(汽、柴油)或儲能(蓄電池)方式--最典型的傳統后備電源方案。燃燒會釋放像COx、NOx、SOx氣體和粉塵等污染物。如上所述,燃料電池只會產生水和熱。如果氫是通過可再生能源產生的(光伏電池板、風能發電等),整個循環就是徹底的不產生有害物質排放的過程。無噪聲:燃料電池運行安靜,噪聲大約只有55dB,相當于人們正常交談的水平。這使得燃料電池適合于室內安裝,或是在室外對噪聲有限制的地方。高效率:燃料電池的發電效率可以達到50%以上,這是由燃料電池的轉換性質決定的,直接將化學能轉換為電能,不需要經過熱能和機械能(發電機)的中間變換。

Q53:氫燃料電池與干電池、蓄電池的區別是什么?

A:干電池、蓄電池是一種儲能裝置,是把電能貯存起來,需要時再釋放出來;而氫燃料電池嚴格地說是一種發電裝置,像發電廠一樣,是把化學能直接轉化為電能的電化學發電裝置。另外,氫燃料電池的電極用特制多孔性材料制成,這是氫燃料電池的一項關鍵技術,它不僅要為氣體和電解質提供較大的接觸面,還要對電池的化學反應起催化作用。

Q54:氫燃料電池車的工作原理是什么?

A:氫燃料電池車的工作原理是:將氫氣送到燃料電池的陽極板(負極),經過催化劑(鉑)的作用,氫原子中的一個電子被分離出來,失去電子的氫離子(質子)穿過質子交換膜,到達燃料電池陰極板(正極),而電子是不能通過質子交換膜的,這個電子,只能經外部電路,到達燃料電池陰極板,從而在外電路中產生電流。質子到達陰極板后,與氧原子和氫離子重新結合為水。由于供應給陰極板的氧,可以從空氣中獲得,因此只要不斷地給陽極板供應氫,給陰極板供應空氣,并及時把水(蒸氣)帶走,就可以不斷地提供電能。燃料電池發出的電,經逆變器、控制器等裝置,給電動機供電,再經傳動系統、驅動橋等帶動車輪轉動,就可使車輛在路上行駛。

Q55:目前氫燃料電池車有什么難點?

A:盡管燃料電池的工作原理并不算復雜,在技術方面早已被攻克。它真正的難點是在于氫能源的儲存以及成本上,現在氫氣主要的儲存方法是利用高壓鋼瓶和儲存液態氫,前者不僅容積小且有發生爆炸的危險,而后者的困難之處在于成本高且對液態氫的儲存箱要求很大,加上現在的技術并不成熟。中國燃料電池汽車關鍵部件自主供應程度示意圖Q69:各種類型發動機的噪音強度對比?A:

發動機類型50km/h      噪音(dB)

燃料電池發動機            53~57

天然氣發動機                63~73

柴油機                          65~73

Q56:氫燃料電池發動機包含哪些組成部件?

A:氫燃料電池發動機是由電堆、氫氣供給循環系統、空氣供給系統、水熱管理系統、電控系統和數據采集系統六大組成部分。燃料電池汽車主要部件構成圖

Q57:最早的加氫站是?

A:最早的氫氣加注站可以追溯到1980年代位于美國Los Alamos的加氫站。

*資料來源于網絡,如有偏差,歡迎糾錯。

Q58:加氫站成本的影響因素有哪些?

A:目前加氫站成本的影響因素包括加氫機、儲罐、壓縮機成本,加氫電耗,日加氫能力,連續無故障加氫次數和雇用人員數量。換言之,除了加氫站建設的初始設備投資外,在日后運行過程中產生的運營成本不容忽視。

Q59:如何可以降低加氫站的運營成本?

A:用油氫合建站的模式“以油養氫”;站內制氫-加氫母站建站模式降低儲運成本;燃料電池汽車運營平臺自建站以用來減少交易環節,降低運營成本。同時,加氫站等基礎設施的建設要立足實際,系統性考慮氫能產業布局,把握好適度超前的節奏,決不能脫離實際。

Q60:加氫站報建流程是什么?

A:1.辦理用地手續后,項目建設單位向區行政審批局申請建筑規劃方案審批。區行政審批局對在規劃設計階段的項目,在規定時限內組織開展聯合審查(消防審批、防雷裝置設計核準、環評、能評的審查、安全條件及安全設施設計的審查),審查完成后,核發《建設工程規劃許可證》。

2.由區建設局負責受理加氫站工程報建、施工圖審查及施工合同備案。

3.區行政審批局在取得審批要件后根據相關規定核發《建筑工程施工許可證》。

4.由取得資質的特種設備施工單位將擬進行的特種設備安裝情況書面告知區市場監管局,并向市特種設備監督檢驗所申請對施工過程進行監督檢驗(不需要安裝監督檢驗的設備由施工單位出具施工質量證明書)。

*資料來源于網絡,如有偏差,歡迎糾錯。

Q61:加氫站日常經營管理需要辦理哪些手續?

A:1.特種設備使用登記:特種設備使用單位在特種設備投入使用前或者投入使用后三十日內,向市質監局辦理使用登記。

2.氣體充裝資質許可審批:由區市場監管局負責協助項目建設單位向市質監局申請氣瓶充裝資質許可(通過工藝管道向固定式壓力容器內輸送氣體,無需取得充裝資質許可)。

3.經營許可及日常監督管理:由區城管局參照《城鎮燃氣管理條例》向市城管委協調核發經營許可,并實施日常監督管理。 如因法律法規尚未明確規定而沒有取得經營許可時,可由區城管局組織專家進行評估,按專家組指導意見進行日常監督管理。 其他相關單位按照法律、法規對其履行監管責任。

*資料來源于網絡,如有偏差,歡迎糾錯。

Q62:加氫站工作原理是什么?

A:由于儲存技術的限制,目前的加氫站主要是高壓壓縮氫氣加氫站,其工藝流程如下圖所示,主要包括氫源、純化系統、壓縮系統、儲氫系統、加注系統、安全及控制系統。通常,氫氣加注是通過將不同來源的氫氣經氫氣純化系統、壓縮系統,然后儲存在站內的儲存系統(高壓儲罐),再通過氫氣加注系統為燃料電池汽車加注氫氣。根據供氫方式不同,加氫站各系統的設備有所不同,但大致相同。加氫站的主要設備有泄氣柱、壓縮機、儲氫灌、加氫機、管道、控制系統、氮氣吹掃裝置以及安全監控裝置等,其主要的核心設備是壓縮機、儲氫灌和加氣機。

Q63:加氫站的三大核心設備是什么?

A:加氫站系統的三大核心裝備為氫氣壓縮機、儲氫系統(中國目前均為高壓儲氫系統)和氫氣加注機。

Q64:加氫站用氫氣壓縮機的作用和分類?

A:氫氣壓縮機是通過改變氣體的容積來完成氣體的壓縮和輸送過程的設備,國內的氫氣壓縮機企業較多,但輸出壓力大多在30MPa以下,主要用于石油、化工領域的工業氫氣壓縮機,無法滿足加氫站技術要求,仍然需要依賴進口。氫氣壓縮機根據技術路線,主要分為液壓活塞式氫氣壓縮機、隔膜式氫氣壓縮機和離子壓縮機。

Q65:加氫站的建設意義是什么?

A:開展加氫站點的建設工作,不僅能方便燃料電池類型汽車補充能源,同時加氫站點本身就是一個宣傳,能讓更多人注意到燃料電池類型汽車的發展,讓燃料電池類型汽車融入每個人的生活之中,最終實現燃料電池類型汽車的普及以及城市環境的綠色發展。

而在實際開展加氫站點建設的時候需要各個地區都認識到當地能源供應特點、道路交通特點,并能結合各地區的不同特點,從經濟角度以及技術角度兩個方面來開展加氫站點的建設,確保加氫站點的建設能完全符合燃料電池類型汽車充能需要以及城市發展建設的需要。

Q66:氫能汽車分為哪幾種?

A:氫能汽車分為兩種,一種是氫內燃機汽車(Hydrogen internal combustion engine vehicle, HICEV)是以內燃機燃燒氫氣(通常透過分解甲烷或電解水取得)產生動力推動汽車。氫燃料電池車(Fuel cell vehicle-FCEV)是使氫或含氫物質與空氣中的氧在燃料電池中反應產生電力推動電動機,由電動機推動車輛。

Q67:氫氣的燃點是多少?

A:氫氣是一種極易燃的氣體,燃點只有574℃,在空氣中的體積分數為4%至75%時都能燃燒。

Q68:氣態氫如何儲存?

A:高壓氣態儲氫是指在氫氣臨界溫度以上通過高壓壓縮的方式存儲氣態氫,這種儲氫方法是現在最常用并且發展比較成熟的技術,其儲存方式是采用高壓將氫氣壓縮到一個耐高壓的容器里。

Q69:運輸氣態氫有哪些方式?

A:運輸氣態氫的方式主要分為:氣氫拖車運輸(tube trailer)和氣氫管道運輸(pipeline)。

Q70:什么叫氫氣長管拖車?

A:氫氣長管拖車,用于運輸高壓氫氣的裝置。由若干個大容積高壓氫氣瓶組裝后設置在汽車拖車上,配帶相應的連接管道、閥門、安全裝置等。

Q71:高壓儲氫容器有哪些種類?

A:目前高壓儲氫主要的壓力有15、35、70Mpa三種,70Mpa的高壓儲氫容器已經上市,其質量儲氫密度可達到3%。現在正在研制100Mpa的高壓儲氫容器。我國現在可以自行制造35Mpa的高壓儲氫容器。國外普遍使用70MPa壓力標準的Ⅳ型碳纖維瓶,我國目前普遍為35MPa的Ⅲ型鋼瓶。

*資料為網絡收集,歡迎糾錯~

Q72:氣氫的儲存目前有哪些難點?

A:單位質量儲氫密度低、運輸成本高、有泄漏和爆炸的安全隱患。

Q73:高壓儲氫技術有哪些分類?

A:高壓儲氫技術從車用高壓儲氫容器、高壓氫氣運輸設備、固定式高壓氫氣儲存設備及高壓儲氫系統分為三類。

Q74:高壓儲氫技術有哪些代表性公司?

A:

*資料為網絡收集,歡迎糾錯~

Q75:中國加氫站氫氣售價價格組成中,氫氣生產運輸成本占多少?

A:氫氣生產運輸固定成本占總價格中的17%,氫氣生產運輸可變成本占3%,氫氣原材料成本占50%。

Q76:運氫成本下降路徑?

A:短期放寬儲運壓力標準,中長期發展管道運輸。運輸壓強從現今使用的20MPa提升到國外常見的50MPa后,單車次氫氣運輸量是原來的三倍,成本大約為原來的一半,采用工業副產物制氫的運輸半徑可達1367km,但電解水的電價成本僅可提升至0.13元/Kw·h。因此從中長期來看,雖然管道運輸建設周期長,但其在高利用率下其每百公里運輸成本僅需2元/kg左右,遠低于使用長管拖車的成本,選擇管道運輸時,電價可降至0.18元/Kw·h,故長期看好管道運輸發展。

Q77:什么叫做液氫?

A:液氫是由氫氣經過降溫而得到的液體,是一種無色、無味的高能低溫液體燃料。

Q78:液氫主要應用在哪些地方?

A:液氫是氫的液體狀態,凡是需要氫的場合如航天、航空、運輸、電子、冶金、化工、食品、玻璃,甚至民用燃料部門都可以用液氫。在氫醫學方面,醫用液氫可以為大型場所的富氫水機、富氫水杯、吸氫裝置提供氫氣。目前我國液氫應用最多的領域是航天。

Q79:液氫產業民用領域標準有哪些?

A:2021年5月6日,市場監管總局(國家標準委)批準發布了《氫能汽車用燃料液氫》《液氫生產系統技術規范》和《液氫貯存和運輸技術要求》三項國家標準,將于11月1日起實施。

Q80:液氫生產的難度在于哪幾個方面?

A:①制冷溫度低,制冷量大,單位能耗高;②氫的正仲轉換使得液化氫氣所需的功遠大于甲烷、氮、氦等氣體,其中正-仲轉化熱占其理想液化功的16%左右;③劇烈地比熱變化導致氫氣的聲速隨著溫度的增加而快速增大,這種高聲速使得氫膨脹機轉子承受高應力,使得膨脹機設計和制造難度很大;④在液氫溫度下,除氦氣以外的其他氣體雜質均已固化(尤其是固氧),有可能堵塞管路而引起爆炸。

Q81:什么情況下會造成液氫的損失?

A:由于液氫沸點很低、氣化潛熱小(0.45kJ/g),因此,液氫的溫度與外界的溫度存在巨大的溫差,稍有熱量從外界滲入容器,即可造成液氫的快速沸騰而損失。

Q82:液氫怎么儲存?

A:液氫通常儲存在絕熱的密封儲罐內。儲罐分為大型站用儲罐,中型運輸儲罐和車用儲罐。

Q83:液氫加注的方法是什么?

A:使用汽化器汽化后再壓縮機加壓后加注;使用液氫泵加壓后汽化,不使用壓縮機而直接加注;或是利用液氫儲罐和車載氫罐之間的壓差或液氫泵壓送得方法直接加注液氫。

Q84:液態氫氣儲罐的組成是什么?

A:液態氫儲罐,用于儲存液態氫的低溫容器。一般由內膽,外殼體,絕熱結構及連接用機械構件,測量儀表,安全設施,液、氣注入和排出配管,附件等組成。

Q85:液氫的輸送方式是什么?

A:液氫一般采用車輛或船舶運輸,液氫生產廠至用戶較遠時,可以把液氫裝在專用低溫絕熱槽罐內,放在卡車、機車、船舶或者飛機上運輸。這是一種既能滿足較大輸氫量又比較快速、經濟的運氫方法。另外液氫還可以使用管道輸送。

Q86:液氫運輸過程中的關鍵設備是什么?

A:液氫槽車是關鍵設備,常用水平放置的圓筒形低溫絕熱槽罐。汽車用液氫儲罐其存儲液氫的容量可以達到100m3。鐵路用特殊大容量的槽車甚至可運輸120~200m3的液氫。

Q87:氫氣有哪些制取方法?

A:常用的制氫方法有:各種礦物燃料制氫、電解水制氫、生物質制氫、其他合氫物質制氫、各種化工過程副產氫氣的回收等。各種礦物燃料制氫是最主要的制氫方法,但其儲量有限,且制氫過程會對環境造成污染。

Q88:灰氫、綠氫、藍氫從制備環節的區別是什么?

A:所謂的灰氫,是指煤炭、天然氣、化工工廠等碳基能源制備的氫,由于在制備環節有二氧化碳排放的,沒有實現低碳,把這種氫定義為灰氫,當前全球主要制氫產能都屬于灰氫。藍氫,是在灰氫的制備過程采用“無碳”技術手段,實現零碳排放,需要二氧化碳的捕捉、利用和封存相關技術支撐,實現藍氫需要技術的突破發展。水電解制氫是“無碳”制氫技術,同時電力是通過太陽能、水電、風能等可再生能源和核能發電獲得,可實現制氫的無碳、綠色,這種氫被稱為綠氫,實現綠氫主要受制于可再生能源發電技術和水電解槽技術發展。

Q89:電解水制氫的原理是什么?

A:電解水制氫,在由電極、電解質與隔膜組成的電解槽中,在電解質水溶液中通入電流,水電解后,在陰極產生氫氣,在陽極產生氧氣。

Q90:化石原料制氫的原理是什么?

A:化石原料制氫,化石原料目前主要指天然氣、石油和煤,其他還有頁巖氣和可燃冰等。天然氣、頁巖氣和可燃冰的主要成分是甲烷。甲烷水蒸氣重整制氫是目前采用最多的制氫技術。煤氣化制氫是以煤在蒸汽條件下氣化產生含氫和一氧化碳的合成氣,合成氣經變換和分離制得氫。由于石油量少,現在很少用石油重整制氫。

Q91:我國各種制氫技術的成本有多高?

A:主要制氫方式的氫氣成本中,煤制氫成本最低,約8~10元/kgH2,其中CAPEX占比接近50%,燃料成本占15%~20%。天然氣制氫成本約12元/kgH2,其中燃料成本是成本構成的主要部分,占比達45%~75%。電網制氫因電價過高,經濟可行度較低,且我國以煤電為主的特點使電網制氫的碳排放強度大,單位質量氫氣碳排放為天然氣制氫的3倍以上。可再生能源制氫成本約20元/kgH2,電的成本占總成本約60%,CAPEX占約34%。

除此之外,預計大規模的工業尾氣制氫的氫氣成本約為11.3元/kgH2,6000m3/h制氫規模的甲醇制氫,在甲醇價格為3元/kg的情況下的氫氣成本約21.3元/kgH2。整體而言,制氫成本的順序為:煤制氫<工業尾氣制氫<天然氣制氫<可再生能源制氫<甲醇制氫<電網制氫。

Q92:電費占電解水制氫比例是多少?

A:電費占整個水電解制氫生產費用的80%左右,因此水電解制氫成本的關鍵在于耗能問題。存在兩條降成本途徑:一是降低電解過程中的能耗,可通過開發PEM(質子交換膜電解)及SOEC(固體氧化物電解)技術來實現;二是采用低成本電力為制氫原料,關鍵在于依靠光伏和風電的發展。以大工業電價均價0.61元/kW·h計算,當前電解水制氫的成本為3.69元/Nm3。

當用電價格低于0.50元/kW·h時,電解水制備的氫氣成本才可與汽油相當。光伏系統發電成本0.5930元/kWh,風電度電成本約為0.3656元/kWh,且在未來仍有一定的下降空間。

Q93:哪一種電解水制氫與風電光伏匹配?

A:電解水制氫主要分為AWE、固體聚合物PEM水電解,固體聚合物陰離子交換膜(AEM)水電解、固體氧化物(SOE)水電解。其中,AWE是最早工業化的水電解技術,已有數十年的應用經驗,最為成熟;PEM電解水技術近年來產業化發展迅速,SOE水電解技術處于初步示范階段,而AEM水電解研究剛起步。

從時間尺度上看,AWE技術在解決近期可再生能源的消納方面易于快速部署和應用;但從技術角度看,PEM電解水技術的電流密度高、電解槽體積小、運行靈活、利于快速變載,與風電、光伏(發電的波動性和隨機性較大)具有良好的匹配性。隨著PEM電解槽的推廣應用,其成本有望快速下降,必然是未來5~10a的發展趨勢。SOE、AEM水電解的發展則取決于相關材料技術的突破情況。

Q94:為什么越過電網就近電制氫不可行?

A:目前,電解水制氫成本中70%以上為電費,當到戶電價在0.3元/千瓦時左右時,其成本已接近于傳統化石能源制氫。但是,越過電網就近下電制氫本質上不可行。曾有研究者提出,基于成本考慮,可以嘗試在水電站附近就近制氫,避免電網輸送等費用。但實際上,無論是從法規監管角度,還是從運輸的經濟性角度看,該思路均不可行。電力法及相關法律法規已明確規定用電企業應通過電網接入用電,直接通過發電企業供電違反電力法相關規定;在運輸方面,水電站均位于偏遠地區,大規模氫氣運輸在經濟上和技術上均不可行。

Q95:天然氣制氫在什么條件下比煤制氫便宜?

A:天然氣制氫的特點在于流程短,投資低,運行穩定。煤制氫的特點在于流程長,投資高,運行相對復雜,因煤炭價格相對較低,制氫成本低。當制氫規模低于5萬Nm3/h時,煤制氫的氫氣成本中固定資產折舊成本高,與天然氣制氫相比沒有優勢。當制氫規模大于5萬Nm3/h,煤制氫成本中固定資產折舊成本較低,其氫氣成本具有競爭能力。制氫規模越大,煤制氫路線的成本優勢越明顯。

Q96:天然氣水蒸氣重整制氫燃料占生產成本比例如何?

A:天然氣水蒸汽重整制氫需吸收大量的熱,制氫過程能耗高,燃料成本占生產成本的50-70%。天然氣催化部分氧化制合成氣,相比傳統的蒸汽重整方法比,該過程能耗低,采用極其廉價的耐火材料堆砌反應器,但天然氣催化部分氧化制氫因大量純氧而增加了昂貴的空分裝置投資和制氧成本。

采用高溫無機陶瓷透氧膜作為天然氣催化部分氧化的反應器,將廉價制氧與天然氣催化部分氧化制氫結合同時進行。初步技術經濟評估結果表明,同常規生產過程相比,其裝置投資將降低約25——30%,生產成本將降低30-50%。

Q97:碳價達到什么水平時灰氫與綠氫成本可以持平?

A:電解槽設備成本隨著技術進步和規模化,將在2030年前下降60%-80%,其制氫系統的耗電量和運維成本也將隨之降低。隨著可再生能源發電成本的降低,5-10年內,電解水制氫成本將降至20元/千克以內,具備經濟性。按照目前碳配額試行市場40元/噸的交易價格計算,煤制氫需要增加0.1元/立方米的氫氣碳配額成本。因此,當碳配額交易價格達到200元/噸時,綠氫成本將和灰氫持平。

Q98:長管拖車運氫適用于哪種運輸場景?

A:當運輸距離為50km時,氫氣的運輸成本為4.9元/kg;隨著運輸距離的增加,長管拖車運輸成本逐漸上升,當距離500km時運輸成本近22元/kg,所以考慮到經濟性問題,長管拖車運氫一般適用于200km內的短距離和運量較少的運輸場景。

Q99:3年來國內一共賣出多少輛氫燃料電池汽車?

A:2018年,燃料電池汽車產銷量均為1527輛。2019年,燃料電池汽車迎來較大發展,產銷分別完成2833輛和2737輛,同比增長85.5%、79.2%。

然而,在新能源汽車產銷增速迅猛的2020年,燃料電池汽車的產銷卻出現了大幅下滑,僅僅完成1199輛、1177輛,分別同比下降57.5%、56.8%。直到今年前5個月,其產銷量仍未停止下滑,分別完成188輛、270輛,同比下降47.3%、44.1%。其中,5月的產銷甚至跌至個位數。

Q100:天然氣管道摻氫的安全比例是多少?

A:對于摻氫的天然氣管道,其各個部分的適用摻氫比例有很大區別。壓縮機等管網設備能接受的摻氫比例是最小的,約為10%;管道能接受的摻氫比例隨著鋼級的不同而有所變化,大致范圍在30%~50%之間;安全事故允許的摻氫比例在24%左右。

Q101:目前最成熟的氫氣儲運技術是什么?

A:目前應用最廣泛、最成熟的是“壓縮氫氣(CH2)”的氫氣儲運方式,常用操作壓力為20MPa的管束車運輸,因回空壓力限制每輛車可用氫氣的質量約200~300kg。

Q102:我國目前終端氫價是多少?

A:隨著燃料電池終端應用的起量,終端氫價格可由目前的70-80元/kg(含稅)下降至2025年的約35-40元/kg(含稅),并至2030年下降至約30元/kg(含稅)。

Q103:加氫站投資成本有多高?

A:加氫站設備國產化還面臨瓶頸,氫氣壓縮機、加注機等關鍵設備目前仍以進口為主。根據公開資料整理,加注量1000 kg/d的35MPa加氫站建設成本高達1500萬元,高出加油站數倍。其中儲氫裝置、壓縮機、加注機、站控系統等占加氫站總投資約60%,其中氫壓縮機占比最高,約為30%。

Q104:我國的氫源結構是什么樣的?

A:從氫能源結構方面來看,目前全球平均氫氣有48%來源于天然氣、30%來自于副產氫、僅18%來源于煤炭。其中日本氫能來源結構最為清潔,由于日本資源短缺問題,其一直致力于打造一條全球無碳化氫供應鏈,主要依靠基于"可再生能源"發電,利用水電解生產的氫燃料,電解水制氫占比達到了63%。而中國的氫能源結構仍以煤炭為主,煤制氫占比62%,天然氣制氫占19%,而電解水制氫僅占1%,氫源結構需要優化。

Q105:加氫站內儲氣壓力一般為多少?

A:目前國際上應用比較廣泛的車載儲氫瓶壓力等級主要有35MPa和70MPa兩種。加氫站的最高設計壓力等級也需要與其加注車輛車載儲氫的壓力等級相匹配,除了利用長管拖車作為20MPa移動儲氫設施外,35MPa氫燃料電池車的加氫站站內最高固定儲氫壓力一般為45MPa,70MPa氫燃料電池車的加氫站站內最高固定儲氫壓力一般為90MPa。

Q106:加氫站是否有噪音和空氣污染?

A:加氫站可能會存在氣體泄漏的風險,也可能會存在空氣污染風險。

 

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