Palcan博氫集團：符合中國特色的甲醇重整制氫燃料電池系統（63頁）.pdf

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1、符合中國國情的甲醇重整氫燃料電池系統上海博氫新能源科技有限公司沈建躍 博士背景 2018年5月11日，李克強總理在日本首相安倍晉三陪同下，參觀了豐田的氫燃料電池車“Mirai“。豐田短短幾年實現“混動-插電式混動-電動-氫燃料電池”的發展路徑，成為氫燃料電池行業領跑者。李克強總理的此次走訪在產業內外掀起了一波關于氫燃料電池汽車發展的熱議。早在2005年，胡錦濤已經訪問全球著名燃料電池公司Ballard，了解燃料電池技術。中國現代化發展面臨的兩大現實難題環境污染能源安全能源安全據國家統計局數據顯示：2019年1-7月中國原油進口量超2.85億噸。石油進口對外依存度將高達72%，遠超國際公認警戒線

2、。相關機構預測，到2030年，我國對外能源依存度將超過80%。環境污染美國健康效應研究所近日發布的2019全球空氣狀況報告（基于2017年數據）顯示：2017年全球因長期暴露于室外和室內空氣污染而死于中風、心臟病、肺癌、糖尿病和慢性肺病的人數達到近500萬；而在中國，該數字是120萬。2019全球空氣狀況報告數據顯示，2017年在中國，空氣污染使人均預期壽命縮短23個月，其中，室外、室內空氣污染分別減少人均預期壽命15個月和8個月。在非傳染性疾病中，空氣污染對肺癌發病的貢獻率是26%，對心臟病、中風的貢獻率分別是17%、12%。人類能源的發展軌跡對效率的追求木炭火/木材人類文明的誕生3-8%蒸

3、汽機第一次工業革命10-15%內燃機第二次工業革命25-40%天然氣管道清潔能源35-55%煤炭石油天然氣氫能時代燃料電池40-65%氫能多碳無碳日本氫能源發展現狀日本是一個化石資源匱乏的國家。日本環海的特點使日本的太陽能、風能、海洋能資源豐富。日本將這些自然能源轉換成氫能儲存，成為發展氫能源力度最大的國家。中國氫能源行業發展現狀及愿景截至目前，北京、上海、江蘇如皋等多地、安徽六安、廣東廣州佛山、山東濟南等多地、浙江臺州寧波、湖北武漢、山西大同、河北張家口、陜西西安等地都出臺了相關的氫能發展規劃。中國制造2025年提出實現燃料電池汽車的運行規模進一步擴大，到2025年，制氫、加氫等配套基礎設施

4、基本完善。氫燃料電池推廣中遇到的問題H2是分子量最小的氣體，非?；钴S，儲存存在安全問題（氫脆）氫氣壓縮非常困難儲存條件苛刻運輸成本很高（如圖一車氫罐，只能滿足40-50臺乘用車的加氫要求。）氫燃料電池推廣中遇到的問題加氫站推廣中的幾大難題：核心設備依賴進口 建設成本高昂 審批復雜 選址要求苛刻甲醇-安全、可行的能源載體美國諾貝爾獲得者George Ola博士甲醇經濟：甲醇是最理想的二次能源常溫下是液體便于儲存和運輸生產工藝成熟配套鏈完善1234甲醇能源-符合中國特色的能源2341中國煤炭資源豐富，僅以煤制甲醇便可保證我國百年能源安全。未來甲醇還可通過生物質、農作物秸稈等制成。截至2018年，全

5、球甲醇產能約14400萬噸/年，中國甲醇產能達8600萬噸/年，占世界產量60%以上。中國仍在不斷加大甲醇產業建設，預計未來新增產能2000萬噸。生產技術成熟，且成本低于汽、柴油。早在18年前，甲醇汽車就被列為了國家重點科技項目，并在多個城市推動試點。2014年，工信部將甲醇汽車試點擴展至中國“四省一市”：山西省、陜西省、上海市、貴州省、甘肅省。2015年，工業和信息化部辦公廳印發了車用甲醇燃料加注站建設規范和車用甲醇燃料作業安全規范的通知。2017年，甲醇汽車試點已經全部得到國家工信部專家組驗收，未來將進一步擴大試點范圍。甲醇能源-符合中國特色的能源甲醇能源-符合中國特色的能源2019年3月

6、19日，國家工信部、發展改革委、科技部、公安部、生態環境部、交通運輸部、衛生健康委、市場監管總局8個部門聯合發布在部分地區開展甲醇汽車應用的指導意見。著力突破甲醇高效能量轉化機制、低排放控制、長壽命低成本耐腐蝕材料等共性關鍵技術。深入開展甲醇汽車尾氣的健康影響等研究。鼓勵和支持企業研發甲醇混合動力汽車、甲醇增程式電動汽車、甲醇燃料電池汽車產品。推進和加快甲醇燃料生產及加注體系的建設。甲醇能源-符合中國特色的能源2020年4月23日，國家財政部、工業和信息化部、科技部、發展改革委發布關于完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知財建202086號。調整補貼方式，開展燃料電池汽車示范應用將當前對燃料

7、電池汽車的購置補貼，調整為選擇有基礎、有積極性、有特色的城市或區域，重點圍繞關鍵零部件的技術攻關和產業化應用開展示范，中央財政將采取“以獎代補”方式對示范城市給予獎勵（有關通知另行發布）。爭取通過4年左右時間，建立氫能和燃料電池汽車產業鏈，關鍵核心技術取得突破，形成布局合理、協同發展的良好局面。能源安全性高從燃料物化特性考慮幾種燃料的相對危險性以七級劃分(1=低，7=高)甲醇-安全、可行的能源載體美國能源部發表-能源安全比較危 險汽油柴油甲醇LPG漏 泄3125蒸 發3124釋放到大氣5634釋放在密閉室2543自動點火6543火花點火21-3火焰傳播2153暴 燃5612由火焰輻射6715健

8、康影響7564總 共41342836數量表示性能優越性不同能源動力系統優劣勢分析表動力能量密度能效碳排放PM2.5安全性初始成本 運營成本壽命環境適應性 推廣社會成本柴油/汽油內燃機汽車鋰電池汽車 氫燃料電池汽車甲醇氫燃料電池汽車 甲醇重整制氫燃料電池物流車 加注甲醇方法多樣：甲醇站、加油站部分改造、槽罐車等 同等體積下，能量為高壓氫罐的兩倍 加氫站少，加氫困難 加氫站建設費用和運輸費用高昂甲醇重整氫燃料電池和高壓氫燃料電池車對比高壓氫燃料電池物流車“與高壓儲氫燃料電池比較，甲醇重整制氫燃料電池更加經濟、可行”甲醇作為能源的使用途徑123直接燃燒內燃機甲醇重整制氫燃料電池CH3OH高效環保Ne

9、Car 31997年Necar3 內置甲醇重整器，WGS（水汽變換）+PrOX PReferential Oxidation（優先氧化）裝置，幾乎占據后座和整個尾箱。甲醇重整氫燃料電池NeCar 52000年的Necar5 已經可以將甲醇重整器60kW，CO去除裝置，鋰電池等整套系統放置于A級奔馳汽車的地板之下，并完成了橫跨美洲大陸之舉（5200km）。甲醇重整氫燃料電池影響NeCar5 推廣的原因：甲醇重整氫燃料電池成本問題體積問題技術問題20142016加拿大博能公司成立博源燃料電池(上海)成立世界第一臺氫燃料電池自行車蘇州氫潔電源成立世界首臺拉箱式氫燃料電池電源中國第一個光伏氫儲能電站世

10、界首臺甲醇氫燃料電池中巴常州博能新能源成立、上海博氫成立世界首臺甲醇氫燃料電池物流車（使用成本：0.9元/kwh）1998200020042009201020142015201620172018獲工信部公告-甲醇氫燃料電池物流車落戶浙江慈溪建設中國最大甲醇重整氫燃料電池生產基地進入新能源汽車推廣應用推薦車型目錄、免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄（使用成本：100元/kwh）（使用成本：10元/kwh）公司情況-中國首家把甲醇重整制氫技術產業化的公司2019甲醇重整制氫燃料電池原理CH4OH2O甲醇及水的混合蒸汽DC+DC-H2與CO2混合氣體及微量CO和水蒸氣未反應完氣體H2,CO2熱量熱量

11、尾氣H2O+CO2CH4O+H2O CO2+3H2+1%CO直接輸出直流電，可給電動車電池充電，或車輛運行時提供電力甲醇水溶液氣化室 高 溫燃 料 電 池重整室氧化室在此系統中，氫氣即產即用，無高溫高壓，安全可靠約160C約220C甲醇：60%水：40%吸熱過程放熱過程放熱過程甲醇制氫的技術方式比較甲醇容器 CH4OH2H2H2,CO2,COH2混合氣高壓氫和甲醇重整技術路線設備結構對比增濕器H2O2散熱器Delta T=75 35=40 DegC 溫差小，體積大氫氣循環泵增濕器高壓力 空氣壓縮機0.7-2.2 bar g氫氣罐+減壓閥甲醇箱增濕器CO2+H2O2散熱器Delta T=170

12、35=135 DegC 溫差大，體積小增濕器低壓力鼓風機 0.2-0.4bar g重整器氫氣循環泵氧化室降低70%降低60%H2H2甲醇重整制氫燃料電池系統功率：5KW重量：65KG480mm280mm780mm285mm525mm233mm功率：300W重量：12KG膜電極雙極板密封件電堆質子膜擴散層催化劑重整器制氫系統氧氣供應熱管理DC/DC泵，閥冷卻介質熱交換器催化氧化鼓風機，過濾系統系統控制FMS甲醇汽化BMS聯合開發Palcan自主生產外購件甲醇重整制氫燃料電池系統甲醇進液 能源轉換效率最高產品優勢-轉換效率高汽油機柴油機甲醇重整制氫燃料電池25-32%28-38%40-46%CO2

13、排放量與各種燃料比最低要讓現在的電力平均排放水平達到甲醇的水平，需要將煤炭火力發電的比例降低到45%以下！產品優勢-與其它燃料比，碳排放低(煤電比例70%)CO2排放量比氫更低產品優勢-車載儲氫與車載制氫的比較kgCO2/kWh車載儲氫H2 Gas車載制氫On-Road在路上0.000.56Off-Road離路Production生產0.590.22Liquification液化0.390.00Distribution Leaks配管泄露0.000.00Compression壓縮0.120.00Total Off Road總離路1.090.22Total On+Off Road總路上+離路1.

14、090.78 利用來自于陽光、CO2、H2O可再生能源制取的甲醇，則可實現真正的高效零二氧化碳排放（二氧化碳循環利用）產品優勢-可實現真正的零排放（圖片等內容來源于李燦院士PPT）產品優勢-可實現真正的零排放 中科院大連化物所國家實驗室已經完成太陽燃料合成工業化技術路線前期中試，2018年7月在蘭州啟動太陽燃料千噸級甲醇工業化示范。該項目計劃建設年產 1000 噸甲醇裝置，待裝置穩定運行后，將二氧化碳加氫制甲醇規模擴大為 3000 噸/年。是國內首次真正意義上實現利用太陽能等清潔能源生產甲醇的工程。2020年1月17日產品優勢-運行成本優勢以東風T7物流車為例，每百公里使用成本最低。柴汽油：2

15、.87元/kWh18 升/百公里135元/百公里甲醇氫燃料電池：0.9元/kWh 47kWh/百公里 42.3元/百公里純電動：加權平均價：1.1元/kWh 47kWh/百公里51.7元/百公里高壓儲氫燃料電池：52元/公斤4公斤/百公里 約200元/百公里國內加氫站全部在示范階段，價格無對外公開。參照日本已在運行的加氫站加氫費用。公共充電樁電價大約是每度電1.01.5元,加上0.8元/度服務費,最后價格約為22.3元/度。民電：0.65元/度（只限用于從自家電表接線，物業安裝充電樁按工業電價收費，價格為0.81.5元/度）2019年12月我國甲醇價格平均價格：2000元/噸?，F狀 公司方案

16、解決電動車續航問題 減掉現有純電動大巴一半的鋰電池控制器 鋰電池540V,600Ah324 kWh,3600 kg約800 kg，330kwh儲量約1800kg，約162kwh儲量燃料電池 甲醇箱 492 kWh,2600 kg 省下 50%的電池，車體減重 1 噸電量從 3 2 4 k W h 增加到 4 9 2 k W h，增加50%續航能力電機 控制器 電機 產品優勢-續航優勢鋰電池540V,600Ah324 kWh,3600 kg由于我們使用“高溫燃料電池”，電堆發電時熱交換器的排熱溫度在140C左右，該熱能可以被充分利用給鋰電池加熱，并給車內加熱。產品優勢-熱效率優勢“低溫運行解決鋰

17、電池-20C無法充放電的問題”甲醇重整制氫燃料電池發電系統提供熱能熱功率在20-30kW之間DC+DC-H2(75%)熱能高 溫 燃 料 電 池電 堆（Stack）產品應用市場移動充電備用電源分布式發電軍民融合發電便攜式電源交通領域（動力電池/增程）應用市場-移動充電應用案例：“移動充電車”車輛參數總尺寸(mm)4205*1685*2400總重量(kg)2475整備重量(kg)2150最高車速(km/h)80甲醇桶容量(L)150L續航里程(km)500電池參數燃料電池功率(kW)10kW燃料電池額定電壓(V)358燃料電池發電量(kWh)150（根據甲醇桶容量可以擴展）鋰電池容量(kWh)2

18、7應用市場-備用電源亞太款國內款項目項目參數參數輸出功率輸出功率2.510KW輸出電壓輸出電壓48DCV工作溫度工作溫度2050電堆類型電堆類型HT-PEMFC冷卻方式冷卻方式風冷產品認證產品認證CTTL認證燃料類型燃料類型甲醇水溶液水箱容量水箱容量100L*2外形尺寸外形尺寸900*900*2200mm產品重量產品重量425500kg通信方式通信方式RS485/SNMP監控方式監控方式無線遠程監控應用案例：“備用基站電源”應用市場-分布式、海島發電系統應用案例：“海島發電系統”外形尺寸（mm）長：1350 寬：650 高：1070（燃料箱除外）質量（kg）230（燃料箱除外）輸出功率（kW）

19、5輸出電壓220VAC燃料（容積比）60%甲醇/40%水燃料箱容量（L）200單次加注發電量（kWh）約2200可持續運行時間長期特性能源輸出穩定，不受天氣、日照等情況制約；零排放無污染；能效高；低噪音；基建方便、操作安全；運行成本低！應用市場-軍民融合應用案例：“1MWh、30KW靜默移動發電車（與中氫合作）車輛型號依維柯NJ6495DC（首臺功能驗證機）尺寸規格長X寬X高=5400X2000X2700（外尺寸）項目組成主要模塊1.依維柯整車 2.燃料電池模塊 3.甲醇箱 4.鋰電池箱體 5.控制器 6.逆變器7.其他安裝附件工作環境戶外、車載、靜止發電工作環境溫度-25+50相對濕度10%

20、90%海拔高度4000M大氣壓力62KPa101KPa。（近似于海拔0m5000m）垂直傾斜度25度系統總重量3.0噸車載總重量5.5噸應用案例-軍民融合通訊基站（備通訊基站（備用電源）用電源）移動、電信、聯通基站 2016/9/24，受邀展示于首屆經濟建設和國防建設融合發展論壇，獲得第一屆軍民融合技術裝備博覽會嘉獎2018/10/8，受中央軍委發展部邀請展示于第四屆軍民融合發展高技術裝備成果展軍民融合-軍用移動發電系統混合動力 純 電 動通訊基站（備通訊基站（備用電源）用電源）移動、電信、聯通基站 公司技術已經獲得火箭軍認可 相應軍標正在制定應用市場-便攜式發電應用案例：“300W便攜式發電

21、系統”300W額定功率、緊湊的結構設計以及出色的環境適應性使其適合作為單兵作站電源、野外露營電源、小型無人機電源、軍事邊防等電力、動力源。技術參數 性能功率范圍 W300350DC 輸出電壓范圍 V24DC/48DC/220 AC 系統效率（%）33(peak)工作特性燃料類型60%vol 甲醇/40%vol 水燃料消耗量300W KWh/L1.015系統運行功耗W77環境溫度 C-2050通信方式485/LAN連接特性燃料接口 mm6尾氣口 mm60 物理特性長寬高 mmmmmm 525233285體積L34重量 Kg 12應用市場-交通領域混合動力 純 電 動混合動力 純 電 動可應用于物

22、流車、大巴車、乘用車、船舶等交通領域市場。交通領域-商用車市場應用案例：“30KW甲醇重整制氫燃料電池物流車（與東風合作）”2016.05 中國總理李克強參訪東風十堰車廠2016.05.24 東風董事長竺延風詳細調研與公司合作的甲醇氫燃料電池物流車交通領域-商用車市場“30KW甲醇重整制氫燃料電池物流車（與東風合作）”鑒于甲醇重整制氫燃料電池汽車為中國首臺，公司協助中機中心與汽車產品技術委員會共同制定甲醇重整制氫燃料電池汽車公告產品技術要求報告和標準。交通領域-商用車市場“30KW甲醇重整制氫燃料電池物流車（與東風合作）”已獲得工信部新能源汽車產品公告（2017/12/29）已進入新能源汽車推

23、廣應用推薦車型目錄（2018年第3批）已進入免征車輛購置稅的新能源汽車車型目錄（第十七批）已開始批量生產2018/10/25，全球首批基于甲醇重整氫燃料電池輕型卡車在昆山國際車展舉行正式投入商業運營發布儀式，原機械工業部部長何光遠、甲醇經濟作者，諾貝爾碳氫化學會主席G.K Surya Prakash、全球甲醇行業協會總裁Greg Dolan、中國道路運輸協會裝備委燃氣汽車專家李竹林與上海博氫新能源科技有限公司董事長沈建躍一同為新車的發布剪彩。http:/ 該車已在蘇州-內蒙行駛，受內蒙政府高度重視 在提供高效經濟環保的車載移動能源，加裝燃料電池系統后續航能力800km+充分利用燃料電池熱能，滿

24、足內蒙地域氣溫低，幅員遼闊對新能源汽車的特殊需求。交通領域應用案例“10kW甲醇重整制氫燃料電池MPV車載使用”開發高功率高密度模塊開發（20KW）針對市場：乘用車及熱電聯供等.采用微反技術，在提高模塊功率密度的同時提高能量轉化效率、延長使用壽命交通領域-乘用車市場“高功率燃料電池系統模塊研發-20kW”重整器+電堆電控系統甲醇燃料箱 80LDCDC交通領域-船舶、集卡“高功率燃料電池系統模塊研發-6080kW”針對市場：船舶、施工臨電、軌道交通建設期用電、發電站及集卡和熱電聯供等.移動、電信、聯通基站 目標目標實施“燃料電池模塊生產基地建設”建設一期5萬套的燃料電池模塊生產基地，達產后總產值

25、達到25億元人民幣。針對市場：電動物流車、移動充電車、通訊備用電源、軍民融合項目、分布式電源 以第一個生產基地為模板，在全國5個不同大區（廣東、東北、西北、華中、西南）進行燃料電池模塊生產基地的模式復制建設，預計總產值達到百億元人民幣。針對市場：進入傳統柴油機和汽油機市場2020年8月31日生產基地航拍圖央視報道 2019年7月9日，中國央視財經新聞對沈建躍博士和博氫新能源進行了報道采訪。甲醇重整制氫燃料電池迎來新風口。領導視察 2019年6月，中科院大連化物李燦院士等人前往博氫蘇州研發中心進行調研，并邀請公司參與中科院項目。領導視察 2019年5月，中國電動汽車百人會理事長陳清泰、常務副秘書

26、長劉小詩等人前往博氫公司蘇州研發中心進行甲醇重整制氫燃料電池技術的交流與考察。2018年11月，原機械工業部部長何光遠考察博氫公司甲醇重整制氫燃料電池技術與應用成果。領導視察 2018年7月，國家發改委能源局原局長徐錠明前往博氫公司蘇州研發中心進行甲醇重整制氫燃料電池技術的座談考察。2018年7月，甲醇汽車試點專家組前往博氫蘇州研發中心對甲醇重整制氫燃料電池技術進行詳細了解與考察。公司情況-創始人簡介 1982 年畢業于上?；W院（現華東理工大學）1992年獲得魁北克省拉瓦爾大學化學工程博士學位 1993 年日本國立化工研究所博士后 2001年 出任加拿大國家研究院燃料電池發展計劃全國咨詢委

27、員。2004年 榮獲美國Fuel Cell Management雜志評選“燃料電池世界30人”2005年 代表加拿大出任國際ISO委員會氫能標準委員 2006年被加拿大主流媒體評為100位最有影響的加拿大華人 2009年 國務院僑辦授予百名華僑華人杰出創業獎。2011年 被聘為加拿大自然科學基金評委。2014年 被發改委投資協會聘為顧問專家。2018年 被中國能源報評為“2018十大新能源年度人物”稱號。1998年，創辦博能能源公司，開展氫能發電機的研發和生產。2002年，博能公司在加拿大股票市場(CDNX)上市 2009年后，分別在中國成立蘇州氫潔電源科技有限公司、常州博能新能源有限公司、上

28、海博氫新能源科技有限公司、浙江博氫新能源科技有限公司等，開展氫能發電機的研發、生產、制造和推廣。沈建躍 博 士 個人著作：大變革：甲醇能源時代出版社：新華出版社該書是國內首部系統介紹甲醇重整制氫燃料電池的專著。創始人：公司情況-創始人簡介 2018/12/12，沈建躍博士被中國能源報、中國能源經濟研究院評選為“2018十大新能源年度人物”牽頭整理浙江對外宣傳的技術資料清單牽頭整理浙江對外宣傳的技術資料清單公司情況-管理與技術團隊陳剛 博士市場總監復旦大學博士 歐洲新能源領域資深專家，德國氫能標準委員會及H2-Mobility組織會員 現負責公司市場開發和開拓潛在應用市場余皎 博士 研發總監天津

29、大學博士 原濰柴動力首席科學家 資深系統集成和開發、汽車工程專家 現負責整體研發工作管理和車用系統研發張治國生產總監哈爾濱工業大學碩士 曾任歐姆尼克公司總經理，十年以上新能源領域生產運營管理經驗，擁有個人專利69項 現負責公司生產線設備開發及建設管理涂善東 教授 技術顧問華東理工大學副校長 院士、長江學者、杰出青年，獲國家科技進步一等獎，國家發明二等獎 化學機械系統領域專家 提供電堆設計研究支持Jeremy Tomlinson技術顧問 軍事應用及航空航天應用系統設計領域專家 曾設計了全球首臺燃料電池摩托車 提供系統整合開發支持張子瑜 博士研發副總美國路易斯安那州立大學 博士 十年以上研究開發經驗，資深化學工藝領域專家 現負責催化劑及原材料研發、電化學性能研發已獲專利：國內發明專利：11項國內實用新型專利：60項已授權專利：國外發明專利：美國發明專利2項軟件著作權：2項已受理發明專利：26項公司情況-專利取得謝 謝！