储氢技术需求提升,国产化替代加速,70MPa储氢何时迎来“腾飞期”?

储能微观察 2023-02-24
3252 字丨阅读本文需 8 分钟

70MPa储氢技术有利于提升氢车的续航能力和经济性。随着国内氢车对70MPa储氢需求的提升,车载储氢系统企业、加氢站综合解决方案提供商及配套装备企业纷纷针对性地推出配套产品,联合助力行业加速发展。

当前国内70MPa储氢技术各环节的具体进展如何?

01

先有70MPa加氢站还是先有70MPa乘用车

2022年9月,上海投入首批氢能网约车,搭载了70MPa车载储氢瓶,但司机纷纷抱怨“加氢难”,提出70MPa加氢站发展不成熟限制70MPa乘用车发展的观点,与常说的70MPa加氢展受70Mpa乘用车发展制约观点相悖。

从关系来看,70MPa加氢站与70MPa乘用车就像“鸡与蛋”,相辅相成又相互制约。其主要原因在于乘用车的空间有限且对重量敏感,所以主要是通过增加压力来提升载氢量,并不断优化储氢气瓶结构以减少载重来完成额定里程。

但2022年70MPa乘用车投入运营的只有89辆,因此70MPa乘用车规模还不足以完全推动70MPa加氢站发展,70MPa加氢站存在无车可加现象。

从现状而言,国内氢能燃料电池车辆以氢能重卡等商业车型为主推,所批量化应用的车载储氢瓶以35MPaⅢ型储氢瓶为主,70MPa加氢站商业化运营受70MPa乘用车发展的制约。

但国内现已建成的加氢站多为35MPa加氢站,并无法提供70MPa加氢服务,只能加注35MPa氢气,其行驶里程也将减半。此外,由于目前加氢站覆盖率并不高,容易出现氢站过远以致缺氢抛锚及加氢排队时间长等问题,70MPa乘用车也面临着无站可加情况。70MPa加氢站与70MPa乘用车的关系就像“鸡与蛋”。

不过,对于70MPa乘用车发展整体而言,制约最大的在于70MPa储氢气瓶的发展,而不在于70MPa加氢站。也正是如此,70MPa氢气市场也并未到达一个爆发期,70MPa加氢站也仍处于“观望期”。

02

氢车对70MPa储氢技术需求提升

近年来,随着氢车保有量的大幅提升,氢车不断增长的续航需求也对高压储氢技术提出了更高的要求,搭载70MPa车载供氢系统的燃料电池汽车已逐渐在示范群内开跑。

在北京冬奥会上,丰田在北京延庆等山地赛区投放了搭载70MPa的高压储氢系统的第二代MIRAI、柯斯达氢擎等燃料电池汽车,运输冬奥会工作人员;2022年9月,上海首批80辆燃料电池网约车以虹桥机场为中心,开始上路运营;今年2月,广州市启动了全国首个氢燃料电池轿车全场景规模化示范运营项目,初期共投入65台进口MIRAI以及一座70MPa撬装式加氢站。

今年2月10日,上海氢能利用工程技术研究中心和上海市特种设备管理协会组织评估专家组听取了《上海 70MPa 储氢燃料电池乘用车加氢运营安全评估报告》专题汇报,认定70MPa车载燃料电池系统满足安全使用要求。这为进一步加大规模推广70MPa燃料电池乘用车吃了一颗“定心丸”。

除乘用车外,目前占据市场主流的氢能重卡也对70MPa储氢技术的需求有所提升。

“氢能重卡现在续航里程在400公里左右,只能适用于短途物流,与纯电卡车相比并不占优势。目前来看,搭载70MPa储氢瓶的氢能重卡,续航里程能够多出60%左右。因此发展70MPa储氢技术是大势所趋。”一名业内资深人士告诉高工氢电。

事实上,国内搭载70MPa储氢技术的氢能重卡正在“起风”。今年2月,在解放2023年商务年会上,展出了一款基于解放J7平台所打造的全新燃料电池牵引车,该车配置了10个规格为202L的70MPa高压储氢罐,能够在满载状态下,实现续航700km。此外,北方股份开发的全球首台搭载70MPa高压大容量车载储氢系统的136吨级氢燃料与锂电池混合动力矿用自卸车也即将下线。

03

企业加速布局

随着《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》的落地,氢能产业将进入技术和产业化的快速发展期,作为关键储运设备,储氢瓶迎来新的发展机遇。国联证券分析认为,车载高压储氢瓶是目前众多储氢承压设备中,技术相对成熟且已具备商业化程度的一种储氢设备,未来10年内将迎来快速发展期。

今年以来,在政策激励及市场需求提升背景下,气瓶企业在储氢瓶产能建设和市场扩展方面持续加码,中材科技、中集、致远新能等国内企业均加速建设储氢瓶产线。

其中,中材科技已成功开发并掌握了氢气瓶国产碳纤维应用技术,氢气瓶产能为7万只/年,目前年产2万只氢气瓶缠绕项目、年产1500只站用储氢气瓶在建中,且正在进行III型瓶技改升级、IV型瓶项目研发。今年3月,中集集团与合斯康成立合资公司,针对中国及东南亚快速增长的高压氢气储运市场需求,提供储运解决方案,并加紧建设车载储氢IV型瓶及供氢系统生产线。

巨大的市场前景也吸引了外资布局。今年8月,上海市嘉定区安亭镇与彼欧新能源(上海)有限公司签约,将在嘉定氢能港建设首个世界级规模的超级工厂,专门用于生产IV型高压储氢瓶,将于2025年开始运营。

此外,天海工业、中集安瑞科、山东奥扬新能源科技股份有限公司等也陆续开始建设IV型瓶生产线,部分企业已将IV型瓶作为业务重点。

04

国产化替代进行中

在氢车对70MPa储氢技术提升的同时,国内70MPa车载储氢系统及配套管阀件发展进程如何?能否充分满足需求?

目前国内示范车辆大部分采用的35MPaIII型瓶储氢系统,瓶阀和气瓶产品技术都相对比较成熟,成本在可控范围。如果将35MPaIII型瓶换成70MPaIII型瓶或IV型瓶,成本将成倍增加,特别是碳纤维材料和瓶阀价格十分高昂。

在储氢瓶领域,包裹在储氢瓶外面的碳纤维亦对氢瓶的成本起着决定性作用。美国能源部DOE研究结果显示,35MPaIV型瓶、70MPaIV型瓶、35MPaIII型瓶、70MPaIII型瓶成本分别为2865美元、3488美元、3085美元、3920美元,其中碳纤维材料占比分别为76.58%、78.01%、62.43%、65.64%。

目前用在70MPa压力缠绕气瓶上的碳纤维,以日本东丽、韩国晓星等少数企业的产品为主。近两年,国内企业开始布局碳纤维领域。中复神鹰、吉林碳谷、恒神股份、上海石化、吉林化工、中安信、光威复材等企业都在开发48K大丝束原丝或碳纤维材料。

“国内碳纤维技术成熟度达到了可以使用的状态,成本也在下降。但目前市场总体处于供不应求的状态,短期内价格不会有明显的变化。”国富氢能副总经理丁镭哲告诉高工氢电。

这也意味着,短期内碳纤维成本将依然偏高。

除了考虑碳纤维成本因素,还需考虑瓶子本身性能的问题。在70MPa储氢需求提升趋势下,从III型瓶切换至IV型瓶也渐成趋势。

III型瓶重容比偏大,生产成本高,且70兆帕压力下更容易发生氢脆。相比之下,Ⅳ型瓶采用非金属内胆,能够抗氢脆腐蚀,重量也更轻。目前以中集安瑞科、佛吉亚斯林达、国富氢能、天海工业、中材科技、亚普股份、奥扬科技等为代表的各大企业已经切入Ⅳ型瓶赛道。

他们均感受到了来自下游市场的需求催动,开始由实验研发进入与终端应用协同的产品开发阶段。大部分在接下来两年将联合合作企业推进IV型瓶产品的应用,到2025年前后国内Ⅳ型瓶发展有望迈入正轨。国内企业IV型瓶发展进程正在加快。

在车用阀门领域,70MPa与35PMa阀门的成本差异巨大。以瓶阀为例,35MPa瓶阀国外单价在3000至4000元之间,国内单价在1800元左右;70MPa国外供应商的单价则在15000-16000元之间。“70MPa的储氢瓶阀门承受的压力更大,集成度更高,所以现在的阀门成本包括了研发费用,研发阶段没有规模,即便是进口产品,也只有国外少数几家企业能够提供成熟的产品,因此现在阀门的成本很高。”一位国内领先的储氢瓶制造商高层表示。

不过,目前我国很多科研团队和氢能企正在努力实现70MPa车用阀门核心技术和产品供应的国产自主化。南通神通新能源70MPa车载组合减压阀顺利通过上海汽检院第三方检测;未势新能源也已自主研的70MPa车用高压瓶阀通过了E-Mark国际认证;瀚氢动力70MPa瓶阀和70MPa车用减压组合阀正在开发认证中。

05

70MPa加氢站发展升温,核心装备协同并进

近年来,国内70MPa加氢站的推进力度明显加大。以国家能源局、成都市、上海临港、内蒙古乌海市等为代表的各级政府文件直指70MPa加氢站的建设落地。成都对新建、改建、扩建日加氢能力不低于500千克的70MPa加氢站,按建设实际投资(不含土地费用)的30%给予最高1000万元的一次性补贴;内蒙古更是以科技重大专项立项,支持乌海“70MPa加氢站用加压加注关键设备”项目,总经费达4781万元。廊坊、大连、北京、张家口、河北崇礼、上海青浦等地的70MPa加氢站相继落成。

大势所趋下,国内的氢能装备企业也已经嗅到了70MPa加氢设备的发展机遇。因此压缩系统、储存系统、加注系统成为氢能装备企业的发力重点。

隔膜压缩机供应商中,中鼎恒盛、丰电金凯威、东德实业等隔膜压缩机领先企业均已推出90MPa隔膜压缩机产品;液驱式压缩机供应商中,康普锐斯、海德利森等企业也针对高密度商业加氢站设计了大排量液驱压缩机。

站用储氢容器中,中集安瑞科设计制造的87.5MPa缠绕大容积储氢容器参与了国内首座70MPa加氢站的建设;加注系统方面,氢枫能源、舜华新能源、中国船舶重工集团七一八所等均开发出具有自主产权的70MPa加氢机产品。

整体来看,70MPa储氢需求提升所带来的“蝴蝶效应”正在逐步扩大。

文章来源: 高工氢电,势银氢链,中国能源报

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