來自叉車行業權威人士的消息說,到2025年中國所有生產的電動叉車中,預計有15%的動力會采用氫燃料,產值超過100億。盡管,他還說作為鋰電動力才剛剛開始!不管是否是真的,但是氫燃料作為一種零排放的綠色動力,已經被世界各國政府納入國家戰略,凸顯其巨大的發展潛力。
1807年,瑞士人Issac de Rivaz先生受啟發于他在陸軍炮兵的經驗,夢想用爆炸能來驅動機器。于是他設計了這樣一臺機器:用氫氧混合氣來做為燃料,靠一個電點火的火花塞引爆每次爆燃,用爆炸能量驅動活塞做往復運動,這就是世界上第一臺內燃機的雛形。他用這臺氫內燃機成功驅動了一輛“Charret”(法語:馬車的意思),并行駛了一段距離。為此, Rivaz在巴黎申請了731號專利。 1813年,他建造了一個更大的6米長的樣車,重達1噸。在瑞士Vevey小鎮,樣車裝載了700公斤石頭和木頭以及四個乘客,在一個斜為9%的坡上以3公里/小時的速度爬行了26米。然而,越是偉大和超前的發明越是走在一條孤獨的道路上。同時代的科學家對他的工作基本不屑一顧,法國科學院還給出認真的評價:“內燃機很難達到蒸汽機的表現。”法國科學院這一錯誤論斷,直到六十多年后才被奧托和本茨所證偽。
在過去的100多年中,工業車輛的動力來源一直以燃燒石化燃料為主的內燃機提供,與之伴生的是電池(鐵鎳電池、鉛酸電池和鋰電為主),成為全球叉車和工業車輛的主要動力來源。
為什么選擇氫燃料為動力的電動叉車?(以下簡稱氫電叉車)
早在2013年,美國有超過4000臺氫電叉車用于物料搬運。7年過去,在北美叉車市場上,有近4萬臺以氫電叉車在商業化運行,每天消耗2T液氫。
研究發現,有兩個強大的動機可以推動氫電叉車使用:更高的生產率和設備采購的節省??茖W實驗數據證明,在內部物流高強度物料搬運中,I和II類采用氫燃料為動力的電動叉車,綜合使用成本可以降低近25%, III類氫燃料電動叉車的年度綜合使用成本可降低20%以上。
然而,同樣做功1千瓦,氫電叉車比普通蓄電池叉車碳排放少約1公斤。以1臺氫燃料叉車一天工作10小時,平均輸出功率3千瓦計算,一天可減少約30公斤碳排放, 1000臺氫能叉車1年可減少碳排放約1萬噸。比較全面的成本計算表明,氫燃料電池組具有經濟優勢,特別是在使用容量利用率高的大型叉車車隊的情況下。與純電池驅動相比,相關參數顯示對氫電叉車車隊的盈利能力有顯著影響。在計算經濟效率時,不應忘記國家對環保技術的支持。
在汽車行業,也面臨轉向電動化挑戰。根據汽車生產商的陳述,尤其有可能引入氫電叉車。生產工廠內部物流中的氫電叉車的潛力高達30%。這也為氫電叉車所需氫基礎設施的使用,提供了同等發展潛力。
從技術角度來看,氫電叉車結合了純電動汽車的優點,如在封閉空間內不受限制地使用。以及內燃機裝置的優點,即首先是高容量利用率、高性能、連續性能水平、快速啟動。
氫電叉車比鉛酸和內燃叉車更具備環保競爭力,這有助于通過脫碳和減少空氣污染物和噪音排放來保護氣候。公司和組織可以利用氫動力為即將出臺的國家法規做準備。其環境足跡與鉛酸電池相當,但能主動改善其可持續發展的記錄,從而維護公司形象。氫燃料電池和鋰離子電池的環境足跡比較,目前還沒有做夠的數據,因此仍懸而未決。
根據制造商的說法,從其潛在客戶的角度來看,引進氫電叉車沒有任何根本障礙。它們可用于大多數載荷等級的產品-僅從4噸到5噸等級,仍然存在問題。
越來越多的參與者正致力于建立必要的氫氣供應基礎設施。汽車工業及其客戶需要加氫站,鐵路公司也是如此。此外,鋼鐵和石油工業需要更多的氫氣。因此,內部物流的綠色燃料成本可能會下降。
這項研究呼吁增加該領域的產業化,特別是燃料電池系統,但也包括整個價值鏈。這將進一步推動商業化,提高盈利能力。
很顯然,氫能在燃燒后最終排放為“水”,其節能減排功效,響應國家“碳中和”的號召。
氫燃料的儲存和能量密度
數據顯示,未來儲氫罐重量要比現在減少50%重量。氣態高壓氫研究時參考的DOT標準,儲氫比在4-5%左右,目前實際技術上已做到過13%。液氫要從整個系統考慮,不只是儲罐,還有控制、調節、輸送的管路及閥門等的重量。燃料電池功率密度提高到1.5千瓦/公斤到2千瓦/公斤,轉換效率達到55%到60%。 目前能做到的液冷堆350瓦/公斤,空冷堆700瓦/公斤。
量變到質變
我們認為,如果一種技術讓效率提高30%,這是一種技術進步。如果一種技術讓效率提高數倍,是一場革命。如果不用革命的思維來應對變化,會被時代革掉命。氫電會帶來哪些革命?應用創新:以前不敢想象的應用現在變為可能。飛車、長待機應用、高耗電應用。標準提高:環保、航時、靜音、熱源等等。備用電源正在被替代。 改變我們生活方式的技術才叫革命??稍偕茉醋詈玫幕锇?,解決了儲存和移動能源的問題,是構建可再生能源社會的重要組成部分。
為什么是綠色氫?
什么使氫清潔取決于氫的制造方式。
今天使用的絕大多數氫氣,即“灰色”氫氣,都是使用化石燃料生產的,在此過程中會排放二氧化碳?!八{色”氫是使用天然氣制成的,然后捕獲二氧化碳排放,使其比灰色氫清潔。
但是,無碳的“綠色”氫是使用電制造的,用于將水中的氫分子與氧分子分開。氫燃燒后的副產物不是二氧化碳,而是水。
美國哥倫比亞大學全球能源政策中心高級研究學者朱利奧·弗里德曼(Julio Friedmann)告訴美國廣播公司新聞,關鍵是要有大量廉價的低碳電力,來自風或太陽能。
美國威斯康星大學能源研究所公共事務教授格雷戈里·內梅特(Gregory Nemet)預計綠色氫能將滿足全球15%至20%的能源需求,而電池,風能或太陽能將無法輕易滿足。
各國在氫能源上戰略行動
1)美國目標:美國每年已經產生約1140萬噸氫,估計價值約176億美元。但報告指出,達到報告的目標可能會在2030年之前每年帶來約1,400億美元的收入,并提供700,000個工作崗位;到2050年,每年可帶來約7500億美元的收入和340萬個工作崗位。
2)歐盟目標:可能是需求的最直接和切實的驅動力,歐盟緊隨其后,在7月宣布了一項戰略,到2024年安裝至少60億瓦的電解器-一種利用電力將水分解為氫氣和氧氣的設備-到2030年安裝400億W。
3)德國目標:在今年6月宣布了一項目標,即到2030年實現50億瓦的可再生能源發電能力,以實現綠色氫的生產。它計劃花費70億歐元來支持氫技術的市場推廣,并再花費20億歐元來促進國際合作。
4)英國目標:海上風電是增加可再生能源產量的明顯途徑,因此,該領域的領先市場英國也將尋求綠色氫能供應,這是有道理的。隨著政府開始充實如何實現零排放目標,政府設定了50億瓦“低碳”目標。
5)日本目標:日本最近改變立場并正式通過2050年的目標以實現凈零排放。日本計劃到5年后,把目前4000輛提升到20萬輛燃料電池汽車(FCV),到2030年達到80萬輛。
6)中國目標:2019年6月,中國氫能聯盟發布《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》,提出氫能將成為氫能將成為中國源體系重要組成部分,預計到2050年氫能在中國源體系的占比約為10%,氫氣需求量接近6000萬噸,年經濟產值超過10萬億元。全國加氫站達到10000座以上,交通運輸、工業等領域將實現氫能普及應用,燃料電池車產量達到520萬輛/年,固定式發電裝置2萬臺套 /年,燃料電池系統產能550萬臺套/年。
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