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氢燃料电池主流应用领域梳理

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2021/2/8     浏览次数:    

燃料电池领域
目前主流发展的应用产品,依据燃料电池发电量归类,可分为定置型发电机、运输工具、便携式电源系统三大类。
定置型发电机
电力
固定燃料电池被用于商业、工业及住宅主要和备用电力。燃料电池能有效提供郊区电力,为分散式发电,如航天器、远端气象站、大型公园、通讯中心、农村处,包括研究站和某些军事应用非常重要。运行简单且轻量的氢-氧燃料电池系统,没有重大的部件需要移动。由于燃料电池没有移动部件,而且发电不涉及燃烧,在理想的情况他们可以实现起来,具99.9999%的可靠性。相当于六年产电运行其当中有不多于一分钟的停机时间。因为燃料电池的电解槽系统本身,不存储燃料,而是依赖于外部存储单元,他们可以成功应用在大型能源存储中,设置农村地区是一个例子。现时,可口可乐、谷歌、沃尔玛、思科、宜家、雀巢、日产、金百利和更多国际企业安装或转了燃料电池,以抒缓他们的能源需求,可见燃料电池的发电效率及环保性在国际上得到认同。另有一个试点方案在华盛顿州的斯图尔特岛上操作,那里斯图尔特岛能源倡议建立了一个完整的闭环系统:太阳能电池板电源电解槽使得氢存储在200磅 / 平方英寸(1,400 kPa)压力的500美制加仑(1,900 L)储存搭中,并运行ReliOn燃料电池来提供离网住宅的全电动后备。而在纽约州亨普斯特德,有另一个封闭的系统循环2011年底公布发展。
热电联产(CHP)
热电联产(CHP)燃料电池系统,包括微型热电联产(MicroCHP)系统的使用,为家庭,办公楼和工厂同时产生电能和热能(见家用燃料电池)。系统生成恒定电力(出售把没有被消耗的多余的电力返回到电网),并在同一时间从余热中产生热空气和热水。MicroCHP通常小于5 KWe给家用燃料电池或小型企业。
运输工具

燃料电池车(FCEVs)

氢燃料电池车

一部燃料电池车的部件配置

丰田的燃料电池汽车



丰田汽车的Toyota FCV PEMFC燃料电池汽车


在2013年之前没有可供商业销售的燃料电池车,自2009年以来已发布超过了20类型的燃料电池汽车(FCEVs)的原型和示范车。示范车型包括本田的FCX Clarity,丰田的FCHV-ADV,梅赛德斯-奔驰的F-CELL。在2011年6月的示范FCEVs行驶超过了4,800,000公里(3,000,000英里)的里程,重新加注燃料超过27,000次。示范燃料电池车已经能够“在重新加燃料之间的续驶里程超过400公里(250英里)”。它们可以在小于5分钟的时间内完成重新加燃料。
2014年,韩国现代汽车开始在加州以租赁方式提供燃料电池车 Hyundai ix35 FCEV,一般消费者购买则要到2015年10月丰田Mirai从美国上市,到2016年6月时已经在美国、英国、丹麦、挪威、比利时等地贩售。
尽管燃料电池车目前已上市,一些专家认为燃料电池汽车将永远不会成为与其他技术相比具经济竞争力,或将需要几十年来让它们变得有利可图。在2011年7月,通用汽车CEO和总裁Daniel Akerson表示,尽管氢燃料电池车的成本正在下降:"氢燃料电池汽车仍然是太贵了,它可能并不实际直到2020年以后,我不知道"。
巴士


氢燃料电池巴士


Mercedes-Benz(Daimler AG)Citaro燃料电池巴士,在伦敦奥德维奇
在世界上今天有超过100部燃料电池巴士运行。大部分燃料电池巴士是由UTC Power, 丰田(Toyota), Ballard,Hydrogenics和Proton Motor等公司生产。UTC巴士已经积累了超过600,000英里(970,000千米)的行驶距离。燃料电池巴士比柴油和天然气巴士的燃料经济性要高出39–141%。
燃料电池巴士已经部署在世界各地:加拿大Whistler;美国旧金山;德国汉堡;中国上海;英国伦敦;巴西圣保罗;和其他地方。燃料电池巴士俱乐部是一个全球性的合作努力,在试验的燃料电池公共汽车。有影响的项目包括:
12燃料电池巴士部署加州的Oakland和旧金山湾区。在2007年一月,Daimler AG,36部Ballard Power Systems的燃料电池巴士实验巴士已经成功完成了一个在11个城市的三年的试运行。在加州的Thor巴士车队使用了UTC Power燃料电池,由SunLine Transit Agency交通公司运行。




氢燃料电池叉车


燃料电池为动力的叉车是燃料电池在工业应用内最大的部门之一。用于材料搬运的大多数燃料电池是质子交换膜燃料电池提供动力,但也有一些直接甲醇燃料叉车进入市场。目前正在运营的燃料电池车队有大量的公司,包括西斯科食品,联邦快递货运,GENCO(Wegmans的,可口可乐,金佰利,和Whole Foods),和H-E-B杂货店的。
摩托车和单车类

氢燃料电池赛车


Element One燃料电池赛车

氢燃料电池自行车


氢自行车,在中国上海
在2005年,英国的智能能源公司(Intelligent Energy)生产的第一个氢气运行摩托车ENV(中性排放车)。摩托车有足够运行4小时的燃料,并且以80千米每小时(50英里每小时)的速度在市区行驶了100英里(160 km)。在2004年本田利用本田燃料电池堆开发了一种燃料电池摩托车。还有其他几个单车例子[66]和自行车例子[67]使用了氢气燃料电池引擎。
在2007年中国上海,Pearl hydrogen power source technology Co., ltd公司展示了氢自行车,在第9届中国国际燃油技术装备和应用展示会。
飞机

氢燃料电池飞机



由氢燃料电池驱动的Fuel Cell Demonstrator波音飞机
在2008年2月,波音公司的研究人员和在欧洲产业合作伙伴进行的飞行试验,试飞了由燃料电池和轻型电池供电的载人飞机。这架所谓燃料电池演示者(Fuel Cell Demonstrator)飞机,使用了质子交换膜(PEM)的燃料电池/锂离子电池的混合动力系统的电动马达,电动马达被耦合到常规的螺旋桨。2003年,世界上第一个完全由燃料电池供电的螺旋桨驱动的飞机飞行。它的燃料电池是一个独特的FlatStackTM的堆栈的设计,这允许所述燃料电池被集成在空气动力学表面之下。
现在已经有了几个燃料电池为动力的无人飞行器(UAV)。在2007年,一个Horizen燃料电池的小型无人机,创下无人机飞行距离的记录[70]。军事上特别感兴趣这种应用,原因是它是低噪音,低散热,可以飞到高海拔。2009年,美国海军研究实验室(NRL)的离子虎(Ion Tiger)利用氢为动力的燃料电池,飞行了23小时17分钟。波音公司正在完成试验的幽灵之眼(Phantom Eye),具有高空长航时(HALE),可用于飞行在 20,000米(65,000英尺) 并有多达4天的时间进行研究和监测。燃料电池也被用来提供飞机的辅助动力,以取代化石燃料发电机,和以前用于启动发动机和飞机上电器的电力需求。燃料电池可以帮助飞机减少二氧化碳CO2和其他污染物的排放和噪音。
船只
世界上第一个燃料电池船HYDRA使用了碱性燃料电池(AFC)系统,用6.5-kw的输出。冰岛一直致力于到2015年将其庞大的捕鱼船队使用的燃料电池提供辅助动力,并最终提供船上的主要动力。阿姆斯特丹最近推出了其第一个燃料电池为动力的船,提供给市内周围观赏著名的和美丽的运河的游客。 台湾目前在日月潭亦有燃料电池客船“希望之星号”,为台湾燃料电池系统制造商“锡力科技”(YC synergy)所设计之燃料电池与锂电池混合动力系统,2014年11月15日正式完工并经过下水测试,采用质子交换膜(PEM)燃料电池技术,具备快速启动、低温工作(仅约80°C)、长寿命以及适合多次连续启停操作等优点。
潜艇
不依赖空气推进(AIP)潜艇可以使用燃料电池为动力。
德国和意大利海军的212型潜艇所使用的燃料电池可连续下潜几星期而不需要浮出水面。U212A是一个非核动力的潜艇,由德国海军造船厂Howaldtswerke船厂开发的。该系统由9个质子交换膜燃料电池,每个可以提供30-kW和50-kW之间。潜艇的静音给它探测其他潜艇的一个优势。
便携式电源系统
使用燃料电池便携电源系统可以在生活领域中使用(即电子产品,露营车,小木屋,海上),在工业领域中(即为偏远地区提供电力,包括气/油井场,通信塔,安全,气象站等)使用,和在军事领域中使用。







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