应用问答
问2:为什么说氢能源是终极技术能源?
问3:国家 “十二五” 能源发展战略如何考虑氢能源技术产品的发展?
问5:氢燃料电池是什么样的电池? 它和传统的电池有什么不同?
问7:对于燃料电池器件之外的备用,储氢供氢环节,除严格的安全操作措施管理之外,是否有更严格的二级,三级技术保证?防止任何小概率的意外?
问9: 燃料电池都有那些用途?
问10:与蓄电池和应急油机发电相比,燃料电池有明显的优势吗?
问14: 氢燃料电源的主要用途有哪些?
问15:氢燃料电池作为应急电源应用中比应急柴油发电机(组)有哪些功能上的优势?
问16: 氢燃料电池在哪些情况下可以作为常用电源? 它们作为常用电源时比铅酸电池组和柴油发电机(组)有哪些优势?
问17: 氢燃料电池作为备用电源应用比铅酸电池组+应急柴油发电机(组)有哪些在使用、维护、污染环境和成本上的优势?
问18: 氢燃料电源是一种什么能源?它和永动机有什么区别吗?广告宣传氢燃料电源是零污染,零排放的绿色能源。这是真实情况吗?
问19: 目前,用氢燃料备用电源取代铅酸储能电池﹢柴油发电机组(油发电机车)有多少节能减排的意义?
问20: 目前,国内国外对使用氢燃料电源技术和产品是否有什么政策上的鼓励?
问21: 中国在氢燃料电源技术与产品的研发、生产、和市场与国际相比出于什么样的情况?
问1: 能源技术是如何划分或分类的?
答: 根据能源开发和使用的技术,能源大致可以划分为三类:
1. 传统技术能源(化石资源、不可再生资源): 煤、 石油、天然气以及由此产生的二次能源—电。
2. 中间过渡技术能源: 煤改油 —内燃机、电瓶、核能生物能源、风能、太阳能。
3. 终极技术能源 —氢。
问2:为什么说氢能源是终极技术能源?
答: 相对于传统技术能源(化石资源)和中间过渡技术能源,氢能源在污染、排放、使用、 生产成本、可再生性和资源丰富性等众多方面都具有其它能源所无法比拟的前途和优越性。科学界认定氢能源技术将为人类能源发展的终极技术能源。
问3: 国家 “十二五” 能源发展战略如何考虑氢能源技术产品的发展?
答: 从长远利益考虑兼顾中间过渡能源技术投入的利益,国家在政策上扶植支持氢能作为终极能源早日进入应用和市场,从而进一步带动投资和技术上持续发展。由于市场规模是决定氢燃料电源成本和氢气成本的决定因素,国家需制定一系列鼓励氢能源技术与市场的激励政策。目前,随着各国纷纷专门加大对氢燃料电源的投入,国家势必出台更优惠更具体鼓励氢燃料电源应用和市场的政策。
问4: 目前氢能源的技术、产品、市场处于什么阶段?
答: 如果将研究开发、性能样机、产品商品化与产品市场化定义为技术和产品四个发展阶段的话,目前部分氢燃料电源产品已经是完全成熟的市场化产品。以氢燃料备用电源为代表的各种氢燃料电源自2008年就已经开始全面进入应用市场,正在取代传统的铅酸蓄电池在通信、应急、军用和各种特殊环境条件下的应用。
问5: 氢燃料电池是什么样的电池? 它和传统的电池有什么不同?
答: 燃料电池是一个电化学的反应装置,它将 “燃料” 中的化学能量进行转换,转化成电能和热水。燃料可以是氢气、天然气、沼气、甲醇等物质。若使用的燃料为氢气,则称之为氢燃料电池。它包含了电池和发电机两方面的功能,它的发电燃烧部分是 “冷燃烧”,“燃烧”了氢气和空气中的氧气,与其它发电机不一样的是它只排放热量和水,不排放其他任何污染物质,因此称其为电池。但是氢燃料电池与铅酸电池、电瓶、太阳能电池等传统电池的工作原理完全不同,它根本就不是一个储蓄电能的电池,实际上它就是一个 “发电机”,消耗氢气和氧气,产生电流,排放热能和水。因此,氢燃料电池也有一俗称:“氢氧发电机”。因而更准确的说,氢能源电池应该称之为氢能源电源。
问6:氢气作为燃料使用还能安全吗?
答: 在燃料电池里使用的氢气是纯氢。它在燃料电池这个“装置”里经历了一个电化学转化的过程,它被消耗或被“燃烧”掉了(冷燃烧)。其“燃烧”的过程是将气压、温度、电流、电压在传感器和数字信号处理器的控制之下精准无误,除水和热量没有任何其它排放。由于是高纯度的氢气没有爆炸的可能性,在氢燃料电池器件中的所有控制操作中,没有任何的危险环节。
只要严格地遵守标准,氢气的使用是很安全可靠的。当氢气的各种性质已经被完全了解和掌握以后,氢气的安全可控性比我们所熟悉的天然气、汽油、液化石油气、煤气、沼气、甲醇都要好,可以在完全安全的控制下使用。在我们的日常生活中,这样的例子很多。例如,通到家庭中的管道煤气大约50%是氢气。我们已经安全控制的使用了多年。
问7:对于燃料电池器件之外的备用,储氢供氢环节,除严格的安全操作措施管理之外,是否有更严格的二级,三级技术保证?防止任何小概率的意外?
答:对于非常重要的特殊和军事用途,在必要的情况下碧空氢能源科技公司可以对氢燃料电源备用系统的储氢和供氢提供监控技术和控制系统,保证零风险隐患。
问8:氢燃料电池发电的基本原理是什么?
答:氢燃料电池发电的基本原理是电解水的逆反应。氢气和氧分别供给阴极和阳极,氢离子(质子)向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到阴极, 产生电流。
问9: 燃料电池都有那些用途?
答:理论上燃料电池的应用无任何限制,有能源需要的地方就有它的应用存在。如:手机电源、计算机电源、单兵电源、移动通信电源、车辆动力电源、电动自行车、叉车、矿井、隧道、无电网边远地区、自然灾害应急用电、航空航天电源、家庭能源、分布式电站等等。根据不同的环境, 功率的要求设计不同的应用系统。
问10: 与蓄电池和应急油机发电相比,燃料电池有明显的优势吗?
答:从下面的比较列表中,燃料电池的优势明显。
技术比较 |
铅酸电池 |
油机发电机 |
燃料电池 |
可以延长其备用的工作运转时间 |
多加电池 |
多加柴油 |
备氢 |
低维护成本 |
高成本 |
高成本 |
极低 |
操作简单 |
✓ |
操作复杂 |
✓ |
可编程控制, 可以遥控操作供电 |
否 |
否 |
可以 |
环境温度适应范围 ( -40C ~ +40C) |
要空调 |
可以 |
可以 |
经济可行的成本 |
< 8 hours |
高成本 |
低成本 |
重量 |
1.5吨 |
重 |
<200Kg |
电源寿命 |
3-5年 |
5-8年 |
15-20年 |
清洁能源, 无污染环境 |
污染 |
排放 |
零排放 |
问11: 通信基站氢燃料备用电源的备用时间有多长?
答:一般铅酸电池维持通信基站2小时左右的供电。受铅酸电池体积、重量和维护的限制,目前最大的电池组备用时间的上限是8小时。氢燃料备用电源的备用时间理论上无限制,只取决于所消耗的氢气的量。丹麦DANTHERM POWER氢燃料备用电源的平均氢气消耗与备用时间的比例为: 10千瓦小时/瓶(50升氢气)。2009年11月-2010年12月,湖北武汉在江夏区梁子湖移动通讯基站安装了我国第一台商业化通讯基站燃料电池备用电源(美国RELION氢燃料2000W备用电源系统T-2000.),在6个储氢罐(6 x 40升氢气)的持续供气下,支持通信基站连续运转48小时, 相当于16千瓦小时/瓶(40升氢气)。
问12:通信基站氢燃料备用电源运行时消耗氢气的成本是多少?
答: 供燃料电池使用的氢气为纯氢(99.99%以上)。其价格:人民币¥60–¥100/瓶(40L)。按照每个通信备用电源2KW的功率和16千瓦小时/瓶(40L)的氢气消耗,以氢气的平均价格¥80/瓶(40L)来计算,则每瓶氢气可支持一台燃料电池系统运行8小时。每小时的耗氢气成本约为人民币¥15元。氢气的成本是高于市电的成本的。一台2KW燃料电池系统每小时2度电(2千瓦小时)的工业用电电费成本约为人民币¥3元。
问13:中国氢气生产、供应、消费情况如何?
答:从2009年起,我国的氢气产量已经达到1000多万吨的规模,为世界产氢第一大国。其中,化工产业的副产氢就可达600万吨,若600万吨氢气全部用来供应燃料电池大客车,可供686万辆燃料电池大客车运行,以水容积40L质量50公斤的钢瓶计算,当氢气充装压力15MPa时, 钢瓶贮存氢气0.485公斤,若以每个氢燃料电源系统每年消耗10瓶40L氢气计算,若600万吨氢气全部用来供应氢燃料电源系统,则可供1.24亿个氢燃料电源系统运行。当前, 全国大约仅有10个氢燃料电源在运行。
问14: 氢燃料电源的主要用途有哪些?
答: 和柴油发电机(组)一样广泛用于电信、财政金融、医院、学校、商业、工矿企业和住宅的应急备用电源,用于电网不方便的偏远地带、岛屿、军事与野外作业、移动车辆与船舶等特殊用途的独立电源。
氢燃料电源可用于常用、备用和应急等3种情况.
问15:氢燃料电池作为应急电源应用中比应急柴油发电机(组)有哪些功能上的优势?
答: 氢燃料电源在应急功能上的优势:
1. 应急反应时间:氢燃料电池在主电源不稳定或断电的情况下,提供像UPS不间断电源一样的瞬间启动的供电,其反应时间是微秒数量级。而应急油机由于机组起动,全部反应时间要达几十秒甚至数分钟。在另外配合UPS不间断电源的情况下,要达到完全不中断也需要另外的控制系统。
2. 智能遥控功能:根据需要氢燃料电池可提供全部无线数字通信和远程监测控制电源的工作状态。应急油机的智能功能为近距离的有限遥测,遥信和遥控。
3. 应急供电时间:根据预定加减氢气供应,氢燃料电源可以毫不费力地提供48小时,72小时或更长的应急供电时间。而应急柴油发电机(组)的标定连续工作时间仅为12小时。
4. 应急环境要求:氢燃料电源可以在户外恶劣条件下正常工作,其工作环境温度范围(-40C — +55C)。柴油发电机的机房温度要求(+15C — +40C)。用0号柴油时,最低环境温度不低于+5C。在更低温度的环境下,一般的柴油甚至达到了柴油的冷滤点而无法工作。还要提供低标号的柴油,价格高供应不方便。
问16: 氢燃料电池在哪些情况下可以作为常用电源? 它们作为常用电源时比铅酸电池组和柴油发电机(组)有哪些优势?
答: 氢燃料电源作为常用电源的优势举例:
1. 维护工作及费用:氢燃料电源系统安装以后仅需要每年度的例行检查,平均年折旧费用约¥10,000元。而铅酸电源组需要定期做充电等各种检查,并做月、季度和年维护测试工作,平均年服务费用约¥15,000元。 每个通信基站平均每年空调的电费约¥20,000元。二组铅酸平均使用寿命4年的年折旧费用约¥7,500元,备用柴油发电机(固定机组或移动车)的平均年折旧费¥4,500元。总计为:¥47,000元。使用铅酸电池的费用大约是使用氢燃料电源费用的5倍。
2. 使用时间:理论上讲,由于氢燃料电源的使用寿命长达数千小时,所以只要供上氢气,其使用深度可达非常长的时间。而铅酸蓄电池由于需要反复充电,其使用的时间是有限制的,且这个限制的使用时间远远不够应对突发事件和自然灾害所需要的使用时间。氢燃料电池的使用时间要比蓄电池高十倍甚至数十倍以上。
问17: 氢燃料电池作为备用电源应用比铅酸电池组+应急柴油发电机(组)有哪些在使用、维护、污染环境和成本上的优势?
答: 氢燃料电源作为备用电源的优势例举:
1. 维护工作及费用:氢燃料电源系统安装以后仅需要每年度的例行检查,不需要特别的维护。平均年折旧费用约¥10,000元。而铅酸备用电源组需要定期充电等各种高强度的检查及人工维护。通信基站需要与通信电源公司做月、季度和年维护测试工作。平均年服务费用约¥15,000元。 每个通信基站平均每年控温空调的电费约¥20,000元。两组铅酸电池平均使用寿命4年的年折旧费用约¥7,500元。备用柴油发电机(固定机组或移动车)的平均年折旧费¥4,500元。总计为:¥47,000元。使用铅酸备用电池的备用费用大约是使用氢燃料备用电源备用费用的5倍。
2. 备用深度和效率:目前通信基站备用电源是采用铅酸蓄电池和柴油发电机组相结合的方式。铅酸蓄电池一般仅能维持几个小时的供电。为了延长发电的备用时间,还需要油发电机车。发电机车的成本很大,又有日常维护的费用。在出现大面积停电和灾情时,油机车根本应付不了几百上千甚至上万个通信基站同时因断电而瘫痪,其备用电源的深度及效率根本达不到应急的需要。但如果用氢燃料电池做备用电源,情况就会有完全的改变,备用氢气和氢燃料电源会比备用发电油车的备用深度和效率更高,备用成本更低,还可以做到深度预防不可预见的停电和突发性灾害。
3. 备用时间:理论上讲,只要供上氢气,氢燃料电源的备用深度可达任意长的时间。而铅酸蓄电池和柴油发电机组备用时间是有限制的,而且这样的受限制的备用时间远远不够应对突发事件和自然灾害所需要的备用时间。
问18: 氢燃料电源是一种什么能源?它和永动机有什么区别吗?广告宣传氢燃料电源是零污染,零排放的绿色能源。这是真实情况吗?
答:氢燃料电池(电源)本身不是一种能源。它只是一个转化能量的装置,利用技术手段,由软件和硬件组成的系统。它本身并不凭空“生产”或“创造”出来能量。而只是“转化”能量的形式。它消耗氢气和空气中的氧气,将其化学能转化成电能,水和热量。它的能量转化率大约在60% - 80%的范围。
氢燃料电源的零污染,零排放是指它在备用和使用过程中仅排放水和热量。它所排放出来的水和热都可以再利用或循环利用,做到最大限度的利用资源。但在消耗氢气的环节中,氢燃料电池(电源)的使用是和排放有关联的。目前,氢气的供应大多来自其它工业的副产品,对大气环境的排放并不是独立的。今后,随着氢气作为代替化石能源的主要能源,其生产过程中排放、成本、和消费将会与整个工业社会密切相连、相关。
问19: 目前,用氢燃料备用电源取代铅酸储能电池﹢柴油发电机组(油发电机车)有多少节能减排的意义?
答:目前中国有大约120万个通信基站。每个通信基站至少配备两组铅酸蓄电池作为4-8小时的备用电源,每个基站的两组铅酸蓄电池的重量为1500公斤。120万个通信基站所配置的240万组铅酸电池总重量为180万吨铅酸电池。可造成的铅污染和酸液处理不可谓不大,铅酸电池的寿命只有3-5年,需要放置在空调环境下,每个通信基站平均每年控温空调的耗电量约2万度,120万个通信基站每年多耗电240亿度电。
问20: 目前,国内国外对使用氢燃料电源技术和产品是否有什么政策上的鼓励?
答:国家863-973计划已经将燃料电池与分布式发电系统技术列入先进能源技术领域。累积投入大约10亿元人民币于燃料电池研发中。国家2009年出台的新能源汽车补助计划对燃料电池汽车做了相应的补贴激励计划。燃料电池汽车每辆补贴25万元人民币,燃料电池客车每辆补贴60万元人民币。
为了帮助氢燃料电源供应商克服最初成本投入高的困难,美国联邦政府对美国境内自2009年1月1日至2016年12月31日期间购买和使用功率为500W以上的新的氢燃料电源产品的用户,给予USD3,000 / KW或30%的系统购买价格的补助。在以市场经济为主导的美国实施该项政府干预政策大大刺激了氢燃料电源技术与市场在美国的推进。
问21: 中国在氢燃料电源技术与产品的研发、生产、和市场与国际相比出于什么样的情况?
答:中国的大学和科研公司在氢燃料电源技术的研发和样机的指标上处于比较先进的水平;在商品化产品的指标、性能、价格上处于落后的状况;在市场应用上处于完全落伍的状况。不仅落后于欧美发达国家,也落后于很多发展中国家,包括邻国,印度,印尼,南韩,菲利宾,土耳其等国。
印度ACME2009年向美国签约购买3万套氢燃料电源系统并于2011年签约合资生产。印度,印尼,菲利宾都已经安装或订购上百套的氢燃料电源系统。而中国目前仅有大约10套氢燃料电源系统, 尚未进入商用阶段。在应用和市场上落后一拍的主要原因除了由于购买氢燃料电池最初一次性投入高于铅酸电池之外,对氢燃料电源产品的不了解、没有销售商提供到位的技术支持、没有国家到位的补贴激励政策等也是重要的原因。