ShinZenith Capital 氢 能 源 行 业 简 要 分 析 与 研 究 李 鹏 飞 2016 年 4 月 8 日
目 录 能 源 行 业 现 状 氢 能 源 概 念 氢 能 源 的 市 场 前 景 氢 能 源 的 提 取 与 开 发 氢 能 源 的 储 存 方 法 氢 能 源 的 输 送 氢 能 源 的 应 用 氢 能 源 发 展 中 面 临 的 问 题 涉 及 氢 能 源 行 业 的 上 市 公 司 分 析 结 论 2
能 源 行 业 现 状 能 源 可 以 分 为 两 大 类, 一 次 能 源 和 二 次 能 源 一 次 能 源 是 指 以 自 然 形 态 存 在 的 能 源, 包 括 风 能 水 能 太 阳 能 地 热 能 和 核 能 等 二 次 能 源 是 指 由 一 次 能 源 经 过 加 工 转 换 以 后 得 到 的 能 源, 包 括 电 能 汽 油 柴 油 液 化 石 油 气, 氢 能 等 二 次 能 源 又 可 以 分 为 过 程 性 能 源 和 含 能 体 能 源, 电 能 就 是 应 用 最 广 的 过 程 性 能 源, 而 汽 油 和 柴 油 是 目 前 应 用 最 广 的 含 能 体 能 源 作 为 二 次 能 源 的 电 能, 可 从 各 种 一 次 能 源 中 生 产 出 来, 例 如 煤 炭 石 油 天 然 气 太 阳 能 风 能 水 力 潮 汐 能 地 热 能 核 燃 料 等 均 可 直 接 生 产 电 能 而 作 为 二 次 能 源 的 汽 油 和 柴 油 等 则 不 然, 生 产 它 们 几 乎 完 全 依 靠 化 石 燃 料, 随 着 化 石 燃 料 耗 量 的 日 益 增 加, 所 用 的 能 源 如 石 油 天 然 气 煤, 石 油 气 均 属 不 可 再 生 资 源, 地 球 上 存 量 有 限, 其 储 量 日 益 减 少, 终 有 一 天 这 些 资 源 将 要 枯 竭 人 类 生 存 又 时 刻 离 不 开 能 源, 这 就 迫 切 需 要 寻 找 一 种 不 依 赖 化 石 燃 料 的 储 量 丰 富 的 新 的 含 能 体 能 源 氢 能 正 是 一 种 在 常 规 能 源 危 机 的 出 现 在 开 发 新 的 二 次 能 源 的 同 时 人 们 期 待 的 新 的 二 次 能 源 3
氢 能 源 概 念 氢 是 一 种 化 学 元 素, 化 学 符 号 :H, 原 子 序 数 是 1, 在 元 素 周 期 表 列 第 一 位 氢 是 宇 宙 中 分 布 最 广 泛 的 物 质, 它 构 成 了 宇 宙 质 量 的 75%, 因 此 氢 能 被 称 为 人 类 的 终 极 能 源 氢 的 单 态 形 式 是 氢 气 H 2 (Hydrogen), 是 双 原 子 气 体 相 对 分 子 量 为 2.0158 在 标 准 状 况 下, 氢 气 的 密 度 为 0.0899g/L, 是 所 有 气 体 中 密 度 最 小 的, 只 有 空 气 的 1/14 在 标 准 情 况 下, 每 克 氢 气 的 体 积 为 11.2L 在 开 放 的 大 气 中, 氢 气 将 以 大 约 20m/s 的 速 度 很 快 逃 逸 扩 散 氢 气 难 溶 于 水 1 体 积 的 水 中 仅 能 溶 解 0.0214 体 积 的 氢 气 氢 气 是 一 种 无 色 无 味 无 毒 的 气 体, 在 通 常 情 况 下 呈 气 态, 称 为 气 态 氢 或 氢 气 在 压 强 为 1.01 X10 5 Pa 时, 固 态 氢 熔 点 为 :-259.14 C(13.86K), 形 状 为 雪 状 而 无 色 液 态 氢 的 沸 点 为 :-252.80 C(20.2K) 液 态 氢 通 常 称 为 液 氢, 其 液 体 密 度 为 169g/L 液 氢 有 超 导 性 质 在 常 温 下, 氢 气 的 化 学 性 质 稳 定 不 容 易 和 其 它 物 质 发 生 化 学 反 应 但 在 条 件 改 变 时 ( 点 燃 加 热 或 使 用 催 化 剂 ), 氢 气 很 容 易 和 多 种 物 质 发 生 化 学 反 应 4
氢 能 源 概 念 在 地 球 上 平 均 6-7 个 原 子 中 就 有 一 个 氢 原 子, 但 在 自 然 界 中, 却 没 有 纯 氢 的 存 在 除 空 气 中 含 有 少 量 氢 气 外, 氢 主 要 以 化 合 物 形 态 存 在 于 水 全 部 酸 和 有 机 化 合 物 中 水 是 氢 的 大 仓 库, 如 把 海 水 中 的 氢 全 部 提 取 出 来, 将 是 地 球 上 所 有 化 石 燃 料 热 量 的 9000 倍 氢 的 燃 烧 效 率 非 常 高, 只 要 在 汽 油 中 加 入 4% 的 氢 气, 就 可 使 内 燃 机 节 油 40% 美 国 政 府 已 明 确 提 出 氢 计 划, 宣 布 今 后 政 府 将 拨 款 20 亿 美 元 支 持 氢 能 开 发 美 国 计 划 到 2040 年 美 国 每 天 将 减 少 使 用 1100 万 桶 石 油, 这 个 数 字 正 是 现 在 美 国 每 天 的 石 油 进 口 量 氢 不 能 视 为 一 次 能 源, 而 应 看 作 是 一 种 能 源 载 体 作 为 能 源 载 体, 氢 有 以 下 特 点 :(1) 它 是 一 种 清 洁 能 源 : 氢 气 对 人 体 无 害, 燃 烧 后 生 成 水 和 少 量 的 氮 化 氢, 稍 加 处 理 后 不 会 污 染 环 境 ;(2) 是 一 种 高 热 值 能 源 : 氢 的 单 位 重 量 的 发 热 量 为 28900 千 卡 /kg, 是 汽 油 热 值 的 3 倍 煤 热 值 的 4 倍 除 核 燃 料 外, 氢 的 燃 烧 热 值 是 所 有 矿 物 燃 料 生 物 燃 料 和 化 工 燃 料 中 最 高 的 名 称 氢 气 甲 烷 汽 油 乙 醇 甲 醇 燃 烧 值 /(kj/kg) 121061 50054 44467 27006 20254 5
氢 能 源 的 特 点 重 量 最 轻 : 标 准 状 态 下, 密 度 为 0.0899g/l,-252.7 时, 可 成 为 液 体, 若 将 压 力 增 大 到 数 百 个 大 气 压, 液 氢 可 变 为 金 属 氢 导 热 性 最 好 : 比 大 多 数 气 体 的 导 热 系 数 高 出 10 倍 普 遍 元 色 : 据 估 计 它 构 成 了 宇 宙 质 量 的 75%, 除 空 气 中 含 有 氢 气 外, 它 主 要 以 化 合 物 的 形 态 贮 存 于 水 中, 而 水 是 地 球 上 最 广 泛 的 物 质 据 推 算, 如 把 海 水 中 的 氢 全 部 提 取 出 来, 它 所 产 生 的 总 热 量 比 地 球 上 所 有 化 石 燃 料 放 出 的 热 量 还 大 9000 倍 回 收 利 用 : 利 用 氢 能 源 的 汽 车 排 出 的 废 物 只 是 水, 所 以 可 以 再 次 分 解 氢, 再 次 回 收 利 用 理 想 的 发 热 值 : 除 核 燃 料 外 氢 的 发 热 值 是 所 有 化 石 燃 料 化 工 燃 料 和 生 物 燃 料 中 最 高 的, 为 142,351kJ/kg, 每 千 克 氢 燃 烧 后 的 热 量, 约 为 汽 油 的 3 倍, 酒 精 的 3.9 倍, 焦 炭 的 4.5 倍 燃 烧 性 能 好 : 点 燃 快, 与 空 气 混 合 时 有 广 泛 的 可 燃 范 围, 而 且 燃 点 高, 燃 烧 速 度 快 6
氢 能 源 的 特 点 无 毒 : 与 其 他 燃 料 相 比 氢 燃 烧 时 最 清 洁, 除 生 成 水 和 少 量 氮 化 氢 外 不 会 产 生 诸 如 一 氧 化 碳 二 氧 化 碳 碳 氢 化 合 物 铅 化 物 和 粉 尘 颗 粒 等 对 环 境 有 害 的 污 染 物 质, 少 量 的 氮 化 氢 经 过 适 当 处 理 也 不 会 污 染 环 境, 且 燃 烧 生 成 的 水 还 可 继 续 制 氢, 反 复 循 环 使 用 产 物 水 无 腐 蚀 性, 对 设 备 无 损 利 用 形 式 多 : 既 可 以 通 过 燃 烧 产 生 热 能, 在 热 力 发 动 机 中 产 生 机 械 功, 又 可 以 作 为 能 源 材 料 用 于 燃 料 电 池, 或 转 换 成 固 态 氢 用 作 结 构 材 料 多 种 形 态 : 以 气 态 液 态 或 固 态 的 金 属 氢 化 物 出 现, 能 适 应 贮 运 及 各 种 应 用 环 境 的 不 同 要 求 耗 损 少 : 可 以 取 消 远 距 离 高 压 输 电, 代 以 远 近 距 离 管 道 输 氢, 安 全 性 相 对 提 高, 能 源 无 效 损 耗 减 小 利 用 率 高 : 氢 取 消 了 内 燃 机 噪 声 源 和 能 源 污 染 隐 患, 利 用 率 高 运 输 方 便 : 氢 可 以 减 轻 燃 料 自 重, 可 以 增 加 运 载 工 具 有 效 载 荷, 这 样 可 以 降 低 运 输 成 本 从 全 程 效 益 考 虑 社 会 总 效 益 优 于 其 他 能 源 减 少 温 室 效 应 : 氢 取 代 化 石 燃 料 能 最 大 限 度 地 减 弱 温 室 效 应 7
氢 能 源 的 提 取 方 法 煤 的 焦 化 气 化 制 氢 工 业 化 制 氢 天 然 气 制 氢 重 油 部 分 制 氢 氢 副 产 氢 气 其 他 制 氢 法 水 电 解 制 氢 直 接 制 氢 光 分 解 法 热 分 解 法 光 催 化 法 光 电 解 法 太 阳 能 制 氢 间 接 制 氢 太 阳 能 发 电 电 解 水 制 氢 热 发 电 法 太 阳 能 电 池 发 电 8
氢 能 源 的 提 取 方 法 工 业 化 制 氢 以 煤 为 原 料 制 氢 : 煤 是 我 国 最 主 要 的 化 石 能 源, 主 要 成 分 是 碳, 也 有 很 少 的 碳 氢 化 合 物 煤 制 氢 的 本 质 是 以 碳 取 代 水 中 的 氢, 最 终 生 成 氢 气 和 二 氧 化 碳 天 然 气 制 氢 : 天 然 气 的 主 要 成 分 是 甲 烷 ( CH4), 本 身 就 含 有 氢 和 煤 制 氢 相 比, 用 天 然 气 制 氢 产 量 高 加 工 成 本 较 低, 排 放 的 温 室 气 体 少, 因 此 天 然 气 成 为 国 外 制 造 氢 气 的 主 要 原 料 原 理 : CH4+H2O CO+H2 CO+H2O COZ+HZ CnH2h+2+Nh2O nco+(zh+l) 重 油 部 分 氧 化 制 氢 : 以 重 油 为 原 料 部 分 氧 化 法 制 取 氢 气 重 油 原 料 包 括 有 常 压 减 压 渣 油 及 石 油 深 度 加 工 后 的 燃 料 油, 重 油 部 分 氧 化 过 程 中 碳 氢 化 合 物 与 氧 气 水 蒸 气 反 应 生 成 氢 气 和 二 氧 化 碳 部 分 重 油 燃 烧 提 供 转 化 吸 热 反 应 所 需 热 量 及 一 定 的 反 应 温 度 该 法 生 产 的 氢 气 产 物 成 本 中, 原 料 费 约 占 三 分 之 一, 而 重 油 价 格 较 低, 故 为 人 们 重 视 水 电 解 制 氢 : 水 中 放 进 一 点 儿 氢 氧 化 钠 硫 酸 钾 硫 酸 之 类 的 电 解 质, 通 电 之 后 就 能 放 出 氢 气, 电 解 水 法 制 得 氢 气 的 纯 度 可 达 99.5~99.8% 电 解 法 制 氢 不 消 耗 矿 物 燃 料, 但 是 用 电 量 很 大, 每 生 产 1kg 氢 需 要 消 耗 五 六 十 度 电, 成 本 太 高 只 有 在 电 力 供 应 充 裕 电 价 低 廉 ( 如 有 大 量 低 价 的 水 力 发 电 或 核 动 力 发 电 ) 的 情 况 下, 电 解 水 制 氢 才 能 为 大 规 模 生 产 氢 燃 料 作 出 新 贡 献 9
氢 能 源 的 提 取 方 法 副 产 制 氢 和 其 他 制 氢 法 副 产 制 氢 : 主 要 是 电 解 食 盐 水 制 烧 碱 合 成 氨 制 化 肥 煤 炼 焦 炭 等 多 种 行 业 产 生 的 大 量 氢 气 副 产 品 原 理 :2NaCl+2H 2 O=====Cl 2 +2NaOH+H 2 生 物 质 制 氢 : 生 物 质 是 一 种 可 再 生 资 源, 生 物 质 可 通 过 气 化 和 微 生 物 制 氢 两 种 不 同 的 手 段 制 氢 生 物 质 气 化 制 氢 是 将 生 物 质 原 料 如 薪 柴 锯 末 麦 秸 稻 草 等 压 制 成 型, 在 气 化 炉 ( 或 裂 解 炉 ) 中 进 行 气 化 或 裂 解 反 应 制 得 含 氢 燃 料 气 微 生 物 制 氢 则 是 在 常 温 常 压 下, 利 用 微 生 物 在 常 温 常 压 下 进 行 酶 催 反 应 可 制 得 氢 气 微 生 物 产 氢 主 要 有 化 能 营 养 微 生 物 产 氢 和 光 合 微 生 物 产 氢 两 种 空 气 水 蒸 气 CO 2 生 物 质 气 化 反 应 变 化 反 应 合 成 气 净 化 氢 气 此 外 还 有 热 化 学 制 氢 光 电 化 学 法 制 氢 等 离 子 体 化 学 法 制 氢 等 但 这 些 制 氢 技 术, 绝 大 部 分 处 于 理 论 研 究 和 试 验 室 阶 段 10
氢 能 源 的 提 取 方 法 太 阳 能 制 氢 法 太 阳 能 制 氢 : 太 阳 能 制 氢 分 为 直 接 制 氢 和 间 接 制 氢 两 种 直 接 制 氢 又 分 为 热 分 解 法 和 光 分 解 法, 间 接 制 氢 法 主 要 包 括 太 阳 能 发 电 和 电 解 水 制 氢 太 阳 能 氢 系 统 ( 简 称 太 阳 氢 ) 是 人 类 理 想 的 能 源 系 统 太 阳 能 氢 系 统 的 科 学 性 主 要 体 现 在 :(1) 能 长 久 的 提 供 人 类 所 需 的 足 够 能 量 太 阳 正 源 源 不 断 地 向 地 球 提 供 光 和 热 以 目 前 技 术 水 平, 太 阳 能 氢 系 统 的 效 率 最 高 可 达 20%, 大 规 模 应 用 后 定 能 满 足 发 展 需 要 (2) 是 最 环 保 的 能 源 系 统 利 用 太 阳 能 制 氢, 特 别 是 从 水 中 获 取 氢 气, 再 将 氢 用 于 燃 料 电 池 发 电 和 供 热, 重 新 生 成 水 整 个 能 量 利 用 无 污 染, 可 以 避 免 当 前 大 规 模 利 用 化 石 燃 料 对 地 球 生 态 环 境 造 成 的 严 重 危 害, 有 助 于 实 现 人 类 在 地 球 上 的 可 持 续 发 展 (3) 是 和 平 的 能 源 利 用 方 式 地 球 上 的 太 阳 能 资 源 分 布 相 对 均 匀, 高 纬 度 地 区 太 阳 能 分 布 少, 人 口 分 布 也 稀 疏 随 着 技 术 的 发 展, 人 们 可 利 用 大 面 积 的 公 海 日 照 实 现 大 规 模 的 太 阳 能 制 氢, 并 实 现 低 成 本 长 距 离 输 氢 11
氢 能 源 纯 度 分 级 标 准 纯 度 <99.99% 工 业 氢 99.99% 纯 氢 99.999% 高 纯 氢 99.9999% 超 纯 氢 ( 氢 燃 料 电 池 备 用 电 源 需 使 用 纯 氢 等 级 以 上 的 氢 气 ) 12
氢 能 源 的 储 存 氢 气 储 存 可 分 为 物 理 法 和 化 学 法 两 大 类 物 理 储 存 方 法 主 要 包 括 液 氢 储 存 高 压 氢 气 储 存 活 性 炭 吸 附 储 存 碳 纤 维 和 碳 纳 米 管 储 存 玻 璃 微 球 储 存 地 下 岩 洞 储 存 等 化 学 储 存 方 法 有 金 属 氢 化 物 储 存 有 机 液 态 氢 化 物 储 存 无 机 物 储 存 铁 磁 性 材 料 储 存 等 目 前 所 用 的 储 氢 材 料 主 要 有 合 金 碳 材 料 有 机 液 体 以 及 络 合 物 等 13
氢 能 源 的 输 送 气 氢 输 送 : 氢 气 的 密 度 特 别 小, 为 了 提 高 输 送 能 力, 一 般 将 氢 气 加 压 使 体 积 大 大 缩 小, 然 后 装 在 高 压 容 器 中, 用 船 舶 或 牵 引 卡 车 进 行 较 长 距 离 的 输 送 在 技 术 上 这 种 运 输 方 法 已 经 相 当 成 熟 液 氢 输 送 : 当 液 氢 生 产 厂 离 用 户 距 离 较 远 时, 可 以 把 液 氢 装 在 专 用 低 温 绝 热 槽 罐 内, 放 在 机 车 卡 车 船 舶 或 者 飞 机 上 运 输 这 是 一 种 既 能 满 足 较 大 输 氢 量 又 比 较 经 济 快 速 的 运 氢 方 式 固 氢 输 送 : 用 金 属 储 氢 材 料 储 存 与 输 送 氢 比 较 简 单, 即 用 储 氢 合 金 储 存 氢 气, 然 后 运 输 装 有 储 氢 合 金 的 容 器 固 氢 输 送 有 如 下 优 点 :(1) 体 积 储 氢 密 度 高 ;(2) 容 器 工 作 条 件 温 和, 不 需 要 隔 热 容 器 和 高 压 容 器 ;(3) 系 统 安 全 性 好, 避 免 爆 炸 危 险, 最 大 的 缺 点 是 运 输 效 率 太 低 ( 不 到 1%) 其 它 输 送 途 径 : 专 家 们 已 经 设 计 并 试 验 了 没 有 氢 气 的 氢 输 送 系 统 即 首 先 将 氢 转 化 为 某 种 液 体 形 式, 如 甲 醇 氨 环 己 烷 等, 然 后 将 这 些 液 体 送 到 用 户 就 地 制 氢, 从 而 实 现 氢 的 高 效 输 送 但 此 项 技 术 目 前 还 没 有 得 到 技 术 及 经 济 上 的 详 细 论 证 14
氢 能 源 行 业 的 发 展 需 求 开 发 油 气 资 源 的 替 代 能 源 石 油 资 源 预 计 在 未 来 50 年 左 右 的 时 间 内 枯 竭, 而 需 求 量 却 不 断 增 加 美 国 每 年 石 油 的 消 费 为 全 球 生 产 总 量 的 1/4 中 东 成 为 多 事 地 区 的 重 要 原 因 就 是 超 级 大 国 对 石 油 资 源 的 争 夺 我 国 去 年 进 口 了 8000 万 吨 石 油, 战 略 能 源 对 外 依 存 度 日 益 增 加, 能 源 安 全 的 形 势 不 容 乐 观 因 此, 开 发 战 略 能 源 的 替 代 品 已 成 为 世 界 各 国 的 当 务 之 急 开 发 绿 色 交 通 工 具 的 需 求 随 着 交 通 运 输 所 消 耗 的 能 源 的 不 断 增 加, 尾 气 的 排 放 已 经 成 为 世 界 各 国 大 城 市 空 气 污 染 的 主 要 根 源 特 别 应 当 指 出, 可 吸 入 颗 粒 物 (TSP) 已 经 被 证 明 是 致 病 致 癌 的 重 要 因 素, 减 排 TSP 已 成 为 污 染 控 制 的 重 要 任 务 因 此, 加 速 开 发 绿 色 交 通 工 具 替 代 常 规 的 车 辆 已 十 分 紧 迫 以 氢 为 能 源 的 燃 料 电 池 车 被 认 为 是 未 来 最 有 希 望 的 绿 色 车 辆 燃 料 电 池 和 氢 储 存 技 术 的 突 破 燃 料 电 池 是 将 氢 基 燃 料 的 化 学 能 通 过 电 化 学 过 程 直 接 转 化 为 电 的 装 置, 其 工 作 原 理 颇 似 电 解 水 的 逆 过 程 它 具 有 发 电 效 率 高 环 境 兼 容 性 好 模 块 式 结 构 便 于 安 装 可 直 接 安 装 在 用 户 附 近 节 省 输 变 电 投 资 的 优 点, 是 比 较 理 想 的 高 效 清 洁 的 分 布 式 发 电 装 置 15
氢 能 源 应 用 氢 能 汽 车 氢 能 汽 车 是 以 氢 为 主 要 能 量 作 为 移 动 的 汽 车 氢 能 源 动 力 汽 车 的 原 理 是 把 氢 输 入 燃 料 电 池 中, 氢 原 子 的 电 子 被 质 子 交 换 膜 阻 隔, 通 过 外 电 路 从 负 极 传 导 到 正 极, 成 为 电 能 驱 动 电 动 机 ; 质 子 却 可 以 通 过 质 子 交 换 膜 与 氧 化 合 为 纯 净 的 水 雾 排 出 这 样 有 效 减 少 了 其 他 燃 油 的 汽 车 造 成 的 空 气 污 染 问 题, 现 在 有 两 种 氢 能 汽 车, 一 种 是 全 烧 氢 汽 车, 另 一 种 为 氢 气 与 汽 油 混 烧 的 掺 氢 汽 车 掺 氢 汽 车 的 发 动 机 只 要 稍 加 改 变 或 不 改 变, 即 可 提 高 燃 料 利 用 率 和 减 轻 尾 气 污 染 使 用 掺 氢 5% 左 右 的 汽 车, 平 均 热 效 率 可 提 高 15%, 节 约 汽 油 30% 左 右 高 速 车 辆 巴 士 潜 水 艇 和 火 箭 已 经 在 不 同 形 式 使 用 氢, 16
氢 能 源 应 用 氢 能 发 电 大 型 电 站 无 论 是 水 电 火 电 或 核 电, 都 是 把 发 出 的 电 送 往 电 网, 由 电 网 输 送 给 用 户 但 是 各 种 用 电 户 的 负 荷 不 同, 电 网 有 时 是 高 峰, 有 时 是 低 谷 为 了 调 节 峰 荷 电 网 中 常 需 要 启 动 快 和 比 较 灵 活 的 发 电 站 利 用 氢 气 和 氧 气 燃 烧, 组 成 氢 氧 发 电 机 组, 这 种 机 组 是 火 箭 型 内 燃 发 动 机 配 以 发 电 机, 它 不 需 要 复 杂 的 蒸 汽 锅 炉 系 统, 因 此 结 构 简 单, 维 修 方 便, 启 动 迅 速, 要 开 即 开, 欲 停 即 停 在 电 网 低 负 荷 时, 还 可 吸 收 多 余 的 电 来 进 行 电 解 水, 生 产 氢 和 氧, 以 备 高 峰 时 发 电 用 另 外, 氢 和 氧 还 可 直 接 改 变 常 规 火 力 发 电 机 组 的 运 行 状 况, 提 高 电 站 的 发 电 能 力 例 如 氢 氧 燃 烧 组 成 磁 流 体 发 电, 利 用 液 氢 冷 却 发 电 装 置, 进 而 提 高 机 组 功 率 等 17
氢 能 源 应 用 燃 料 电 池 氢 能 源 的 主 要 应 用 领 域 为 燃 料 电 池, 氢 燃 料 电 池 技 术, 一 直 被 认 为 是 利 用 氢 能 解 决 未 来 人 类 能 源 危 机 的 终 极 方 案 液 态 氢 是 火 箭 火 车 飞 机 轮 船 汽 车 等 的 极 佳 燃 料 用 作 汽 车 燃 料 时, 110 km 只 需 消 耗 5 kg 氢 气, 基 本 上 是 传 统 汽 车 使 用 汽 油 量 的 1/ 3 燃 料 电 池 汽 车 技 术 与 传 统 汽 车 纯 电 动 汽 车 技 术 相 比, 具 有 效 率 高 续 驶 里 程 长 绿 色 环 保 过 载 能 力 强 低 噪 音 及 设 计 方 便 灵 活 等 优 点 以 氢 气 为 能 源 的 燃 料 电 池 汽 车 被 列 入 国 家 863 计 划, 科 技 部 投 入 1.2 亿 元 支 持 燃 料 电 池 汽 车 和 相 关 技 术 的 研 发 18
氢 能 源 应 用 家 庭 用 氢 随 着 制 氢 技 术 的 发 展 和 化 石 能 源 的 缺 少, 氢 能 利 用 迟 早 将 进 入 家 庭, 首 先 是 发 达 的 大 城 市, 它 可 以 像 输 送 城 市 煤 气 一 样, 通 过 氢 气 管 道 送 往 千 家 万 户 每 个 用 户 则 采 用 金 属 氢 化 物 贮 罐 将 氢 气 贮 存, 然 后 分 别 接 通 厨 房 灶 具 浴 室 氢 气 冰 箱 空 调 机 等 等, 并 且 在 车 库 内 与 汽 车 充 氢 设 备 连 接 人 们 的 生 活 靠 一 条 氢 能 管 道, 可 以 代 替 煤 气 暖 气 甚 至 电 力 管 线, 还 可 替 代 现 有 的 加 油 站 19
氢 能 源 应 用 工 业 用 氢 氢 能 在 工 业 领 域 ( 如 切 割, 焊 接 ), 巳 有 非 常 长 的 历 史. 特 别 是 在 首 饰 加 工 行 业, 有 机 玻 璃 制 品 火 焰 抛 光, 连 铸 坯 切 割, 制 药 厂 水 针 剂 拉 丝 封 口 等 领 域 的 应 用 非 常 普 及. 现 在 工 业 每 年 用 氢 量 为 5500 亿 立 方 米, 氢 气 与 其 它 物 质 一 起 用 还 可 以 制 造 氨 水 和 化 肥, 同 时 也 应 用 到 汽 油 精 炼 工 艺 玻 璃 磨 光 黄 金 焊 接 气 象 气 球 探 测 及 食 品 工 业 中 20
氢 能 源 应 用 的 安 全 性 从 技 术 方 面 讲, 氢 在 空 气 中 的 扩 散 性 很 强, 氢 泄 漏 或 燃 烧 时, 可 以 很 快 地 垂 直 升 到 空 气 中 并 消 失 得 无 影 无 踪, 氢 本 身 没 有 毒 性 及 放 射 性, 不 会 对 人 体 产 生 伤 害, 也 不 会 产 生 温 室 效 应 科 学 家 已 经 做 过 大 量 的 氢 能 安 全 试 验, 证 明 氢 是 安 全 的 燃 料 如 在 汽 车 着 火 试 验 中, 分 别 将 装 有 氢 气 和 天 然 汽 油 燃 料 罐 点 燃, 结 果 氢 气 作 为 燃 料 的 汽 车 着 火 后, 氢 气 剧 烈 燃 烧, 但 火 焰 总 是 向 上 冲, 对 汽 车 的 损 坏 比 较 缓 慢, 车 内 人 员 有 较 长 得 时 间 逃 生, 而 天 然 燃 料 的 汽 车 着 火 后, 由 于 天 然 气 比 空 气 重, 火 焰 向 汽 车 四 周 蔓 延, 很 快 包 围 了 汽 车, 伤 及 车 内 人 员 的 安 全 21
氢 能 源 发 展 中 面 临 的 问 题 1. 氢 气 属 于 火 灾 危 险 性 为 甲 类 的 易 燃 气 体, 具 有 易 燃 易 爆 的 特 性 一 旦 点 燃, 燃 烧 速 度 极 快, 燃 烧 热 值 高 因 此, 在 燃 料 电 池 车 的 使 用 中, 一 旦 在 氢 气 的 制 取 储 存 及 装 卸 过 程 中 发 生 泄 漏, 它 可 与 空 气 混 合 形 成 爆 炸 性 混 合 物, 遇 热 或 明 火 即 会 发 生 爆 炸, 十 分 危 险 2. 就 氢 气 的 运 输 管 道 而 言, 也 存 在 一 定 的 危 险 性 在 高 压 作 用 下, 氢 气 能 渗 透 到 金 属 设 备 的 碳 素 中 而 引 起 金 属 管 道 及 储 存 设 备 的 氢 脆 破 坏, 使 储 存 设 备 和 传 输 管 道 的 塑 性 和 强 度 急 剧 下 降, 导 致 设 备 损 坏, 引 发 泄 漏 同 时, 因 高 压 作 用, 泄 漏 时 氢 气 从 管 口 或 缝 隙 处 高 速 喷 出 会 产 生 静 电, 静 电 荷 的 产 生 与 其 喷 出 时 的 流 速 存 在 同 比 关 系, 当 静 电 荷 达 到 一 定 值 时 也 会 引 发 火 灾 或 爆 炸 3. 此 外, 氢 气 的 带 电 性 致 使 氢 气 储 罐 的 出 口 处 及 输 气 管 道 处 易 发 生 静 电 积 聚 放 电 现 象, 这 会 成 为 氢 气 火 灾 爆 炸 事 故 的 引 火 源, 当 储 罐 及 输 气 管 道 的 接 地 装 置 发 生 故 障 时, 极 易 引 发 火 灾 及 爆 炸 事 故 22
涉 足 氢 能 源 领 域 的 公 司 同 济 科 技 (600846): 涉 足 的 化 工 产 业 技 术 领 先, 与 中 科 院 的 研 究 人 员 合 作, 研 制 和 生 产 的 国 产 质 子 膜 汽 车 燃 料 核 心 原 料 质 子 膜, 质 子 膜 燃 料 电 池 已 经 同 济 大 学 研 制 成 功 并 投 放 市 场, 使 我 国 在 质 子 膜 技 术 新 能 源 创 新 方 面 已 经 达 到 世 界 先 进 水 平 稀 土 高 科 (600111): 在 稀 土 贮 氢 合 金 这 一 氢 能 原 材 料 领 域 目 前 占 居 国 内 领 先 地 位, 与 美 国 能 源 转 换 器 件 公 司 美 国 欧 文 尼 克 电 池 公 司 美 国 和 光 交 易 公 司 共 同 投 资 建 设 内 蒙 古 稀 奥 科 镍 氢 动 力 电 池 项 目, 主 要 生 产 电 动 自 行 车 用 镍 氢 电 池 该 项 目 分 为 三 个 合 资 公 司, 总 投 资 8993 万 美 元, 折 合 人 民 币 7.46 亿 元, 其 中 稀 土 高 科 投 资 5.04 亿 元, 占 该 三 个 合 资 公 司 75% 的 股 权 美 方 的 合 资 伙 伴 以 欧 文 尼 克 电 池 公 司 为 代 表, 是 当 前 国 际 动 力 电 池 领 域 的 领 跑 者 之 一 春 兰 股 份 (600854): 根 据 母 公 司 春 兰 集 团 规 划, 该 集 团 将 斥 资 30 亿 元 打 造 研 究 中 心, 其 中 大 部 分 资 金 将 用 在 新 能 源 的 开 发 上 首 先 是 开 发 镍 氢 电 池 ; 第 二 步, 开 发 燃 料 电 池 ; 第 三 步, 开 发 太 阳 能 电 池 和 发 电 设 备 目 前 参 股 的 具 有 完 全 自 主 知 识 产 权 的 系 列 高 能 动 力 镍 氢 电 池 已 面 市, 这 种 电 池 具 有 自 重 轻 容 量 大 寿 命 长 的 特 点 同 时 开 发 的 燃 料 电 池 也 已 进 入 冲 刺 阶 段, 不 久 将 有 电 池 新 品 投 放 市 场, 新 能 源 产 业 将 成 为 新 的 利 润 增 长 点 23
涉 足 氢 能 源 领 域 的 公 司 上 海 汽 车 (600104): 大 股 东 上 汽 集 团 以 国 家 863 重 大 专 项 燃 料 电 池 轿 车 动 力 平 台 技 术 为 核 心, 已 与 有 关 方 面 共 同 出 资 成 立 了 上 海 燃 料 电 池 汽 车 动 力 系 统 有 限 公 司, 使 上 海 汽 车 工 业 的 开 发 能 力 紧 跟 世 界 最 尖 端 水 平 上 汽 集 团 利 用 别 克 GL8 平 台, 通 过 与 通 用 汽 车 公 司 的 合 作, 研 究 开 发 的 凤 凰 燃 料 电 池 汽 车 科 力 远 (600478): 科 力 远 是 一 家 从 事 新 能 源 材 料 领 域 研 发 生 产 的 上 市 公 司, 是 国 内 唯 一 一 家 能 为 镍 氢 动 力 电 池 提 供 配 套 原 材 料 的 企 业 混 合 动 力 汽 车 被 认 为 今 后 10 年 最 有 前 景 最 实 用 的 环 保 节 能 车 型, 而 镍 氢 动 力 电 池 被 认 为 是 混 合 动 力 汽 车 的 测 试 中 综 合 性 能 最 佳 富 瑞 特 装 (300228): 富 瑞 特 装 与 如 皋 经 济 技 术 开 发 区 管 理 委 员 会 签 订 了 氢 能 源 汽 车 产 业 战 略 合 作 意 向 书 具 体 分 析 如 下 : 借 助 双 方 优 势, 共 同 推 进 氢 能 产 业 应 用 该 经 济 区 全 方 位 战 略 布 局 新 能 源 汽 车 产 业, 是 国 内 最 早 涉 足 氢 能 源 汽 车 产 业 的 开 发 区 之 一, 拥 有 南 通 泽 禾 新 能 源 科 技 有 限 公 司 等 一 批 氢 能 源 汽 车 及 其 关 键 零 部 件 制 造 商, 同 时 也 是 中 国 首 个 联 合 国 氢 能 经 济 示 范 城 市 项 目, 拥 有 较 大 的 平 台 和 影 响 力 优 势 通 过 此 次 合 作, 富 瑞 将 围 绕 加 氢 站 建 设 氢 能 源 汽 车 示 范 运 行 氢 能 源 汽 车 产 业 研 发 检 测 平 台 搭 建 和 燃 料 电 池 产 业 化 等 项 目, 打 通 氢 能 经 济 产 业 链, 推 广 氢 能 源 应 用 24
分 析 总 结 一. 氢 能 是 取 之 不 尽 用 之 不 竭 的 高 密 度 能 源, 氢 可 以 从 很 多 种 渠 道 获 得, 包 括 原 油, 天 然 气, 沼 汽, 农 作 物 秸 秆 和 有 机 废 水, 而 氢 的 最 大 来 源 是 水, 氢 燃 料 电 池 产 生 的 排 出 物 也 是 水, 江 河 湖 海 就 是 最 大 的 氢 矿, 氢 能 源 的 可 再 生 性 为 人 类 提 供 了 取 之 不 尽 用 之 不 竭 的 完 美 能 源 氢 经 济 对 人 类 社 会 的 深 远 影 响 将 不 亚 于 电 或 者 汽 车 的 发 明 与 应 用 美 国 总 统 布 什 及 英 国 首 相 布 莱 尔 均 已 经 公 开 表 示 支 持 氢 能 研 究 与 开 发, 并 积 极 为 氢 能 研 发 在 国 会 和 工 商 界 募 集 资 金 日 本 和 欧 盟 也 不 甘 落 后 纷 纷 加 大 投 资 二. 随 着 我 国 经 济 持 续 高 速 增 长, 我 国 人 民 生 活 不 断 向 小 康 迈 进 并 且 我 国 国 际 地 位 不 断 提 高 可 是 能 源 危 机 问 题 也 因 经 济 高 速 发 展 而 造 成 的 对 能 源 的 巨 大 需 求 而 逐 渐 成 为 遏 制 我 国 长 期 发 展 的 战 略 瓶 颈 目 前 我 国 工 业 企 业 包 括 汽 车 工 业 在 研 发 实 力 和 资 金 上 距 美 日 欧 还 有 一 定 差 距, 在 氢 能 开 发 和 燃 料 电 池 技 术 上 我 国 还 处 于 落 后 状 态 我 国 在 氢 能 开 发 研 究 上 已 经 投 入 大 量 资 金 和 人 力, 可 是 能 源 战 略 事 关 重 大, 能 源 资 源 及 环 境 问 题 迫 切 需 要 氢 能 源 来 化 解 这 种 危 机, 但 目 前 氢 能 源 的 制 备 还 不 成 熟, 储 氢 材 料 的 研 究 大 多 仍 处 于 实 验 室 的 探 索 阶 段, 所 以 在 未 来 的 发 展 方 向 上, 氢 能 源 制 备 和 储 氢 材 料 研 究 才 是 氢 能 源 行 业 的 发 展 重 心 25
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