Състояние на ново приложение на енергийна батерия и анализ на неговото развитие (I)

Водородни горивни клетки и съхранение на водородна енергия

Въведение

С нарастващото внимание към енергийните проблеми в световен мащаб, нови енергия технологиите за батерии постепенно се превърнаха в основен приоритет на научните изследвания и индустриалното развитие в различни страни на фона на енергийния преход и устойчивото развитие. От традиционните литиево-йонни батерии до по-напредналите водородни горивни клетки, батерии с течен поток и т.н., различните видове батерии показват широк спектър от перспективи за приложение в областта на съхранението на енергия и електрическите превозни средства. Въпреки това, също са много предизвикателства и ограничения, като енергийна плътност, жизнен цикъл и цена. За по-добро насърчаване на разработването на нови енергийни източници, тази серия ще оцени изчерпателно предимствата, недостатъците и сценариите за приложение на всеки тип масова нова технология за батерии, ще предостави ценни справки и насоки за изследователи, промишлени практици, ще насърчи непрекъснатите иновации в тази област, и допринасят за устойчивото развитие на глобалната енергетика.

Основна статия

Според електролита горивните клетки се класифицират и характеризират, както е показано в таблица 2-1.

Таблица 2-1 Основни видове горивни клетки

Водородните горивни клетки работят чрез реакция на водород и кислород без изгаряне, за да преобразуват водородната енергия в електричество. Реакционният процес е показан на фигура 2.1 ^[1].

Фигура 2.2 Портфолио от енергийни вериги на превозни средства с горивни клетки

За да се реализират кораби с нулеви въглеродни емисии и нулево замърсяване, се появиха различни технологични маршрути за корабна мощност с нулеви въглеродни емисии. Водородната авиация също се счита за ключът към постигането на нулеви емисии на замърсителиs и устойчиво развитие в авиационната индустрия в бъдеще. Поради високите изисквания на големите пътнически самолети за енергийна плътност на водородните горивни клетки, съхранение и зареждане на водородно гориво и безопасност на водорода, е трудно да се реализира приложението на големи самолети с водородни горивни клетки за кратко време. Dроните стават все по-широко разпространени в индустриалната верига поради техните икономични и удобни работни характеристики.

В дългосрочен план се очаква водородната енергия да се превърне във важна форма за съхранение на електроенергия. От запасите от инсталиран капацитет, помпено съхранение все още е основната форма на съхранение на енергия, през последните години електрохимичното съхранение на енергия също започна да ускорява развитието на съхранението на водородна енергия , но все още не е реализирал приложението на мащабни. Въпреки това, както беше споменато по-рано, независимо дали във времевото или пространственото измерение, бъдещото приложение на съхранение на енергия в електроенергийната система ще бъде по-изобилно, формата на съхранение на енергия ще бъде по-разнообразна, водородната енергия все още може да се използва като химическо съхранение на енергия , съхранение на физическа енергия, обещаваща добавка.

Според прогнозата на МАЕ, инсталираният капацитет за съхранение на електрохимична енергия/водородна енергия ще достигне съответно 9%/6% през 2050 г. От гледна точка на индустриализацията, съхранението на електрохимична енергия има силна индустриална основа и ще бъде първото, което ще постави началото на големи мащабно развитие, докато съхранението на водородна енергия все още е в ранен етап на индустриализация и напредъкът на широкомащабното развитие ще бъде по-бавен от този на електрохимичното съхранение на енергия.

Понастоящем основната електролитна водна водородна технология възприема основно метода за водна електролиза с протонна обменна мембрана (PEM), а единичната инвестиция на пълната й система за съхранение на водородна енергия е около￥9000/kW. За сравнение текущата цена на системата на ан електрохимична система за съхранение на енергия (LiFePO4) е около￥4800/kW (￥1,2 /wh системни разходи, 4 часа резервно време) и все още има ясно предимство пред на система за съхранение на водородна енергия в края на разходите; в момента най-широко използваната система за помпено съхранение в Китай има силна промишлена основа и ще бъде първата, която ще даде началото на мащабното развитие, докато прогресът на широкомащабното развитие ще бъде по-бавен от електрохимичното съхранение на енергия. В момента цената на най-широко използваната система за помпено съхранение в Китай е около 7000 RMB/kW, което също е по-добро от това на системата за съхранение на водородs.

Въпреки това, с бързото развитие на вятърната енергия и фотоволтаичната индустрия, степента на излишък на инсталирания капацитет ще бъде значително увеличена, мрежата, за да се гарантира стабилността на електрическата мрежа, със сигурност не може да бъде кратък период от време за абсорбиране на излишната мощност въздействие, така че вятърната енергия и изоставянето на евтината фотоволтаична енергия ще се превърнат във важен източник на енергия от водородна електролиза и за решаване на настоящата дилема на индустриализацията на съхранението на водородна енергия.

Препратки：

[1]卢国强.氢燃料电池结构原理及其发展现状[J].内燃机与配件,2023(15):106-108.DOI:10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2023.15.007.

[2]侯明,衣宝廉.燃料电池技术发展现状[J].电源技术,2008(10):649-654.

[3]邵志刚,衣宝廉.氢能与燃料电池发展现状及展望[J].中国科学院院刊,2019,34(04):469-477.DOI:10.16418/j.issn.1000-3045.2019.04.012.