浅析氢能计量高质量发展

浅析氢能计量高质量发展

田俊秀

天津市红桥区计量检定所 天津 300131

摘要：在“双碳”背景下分析目前氢能计量发展现状，重点针对氢燃料电池及氢发动机的加氢过程进行高准确度的计量研究，提出氢能计量的方法。

关键词：双碳，能源计量，氢能产业发展

0.引言

2020 年 9 月我国明确提出 2030 年“碳达峰”与 2060年“碳中和”的“双碳”目标。氢能作为“零碳”能源是实现“双碳”目标的重要抓手，到本世纪中叶，累计减少的碳排放量预计可达全部减少排放量的20%（约800亿吨）。为此，近年来，中国不断出台关于氢能源产业发展等一系列规划政策，为氢能在中国的发展提供了有利条件。2022 年 3 月 23 日，国家发改委与国家能源局联合印发了《氢能产业发展中长期规划（2021—2035 年）》，该规划作为首份氢能源国家战略第一次将氢能纳入未来国家能源体系，提出了创新引领、安全为先、市场主导、稳慎应用等氢能产业发展的基本原则；2023年3月3日，国家市场监督管理总局发布了《氢能产业标准体系建设指南（2023版）》，是国家层面首个氢能全产业链标准体系建设指南，构建了氢能的制、储、输、用全产业链标准体系。

1．京津冀氢能计量现状

目前，放眼京津冀，北京计量院就双碳计量服务领域已创建专业实验室“能源监测与双碳计量技术创新实验室”，与此同时他们布局北京大兴，选取大兴国际氢能产业示范区为总部基地，正在筹建国家氢燃料电池汽车质量检验检测中心，贴近前沿产业，为氢电池的生产和应用企业提供检测服务。

河北省斥资13.3亿元在崇礼建设大规模风光耦合制氢站，建成总容量100MW的风光互补制氢示范工程，包括了一个由3.4MW风电、2MW光伏、1MW储能、制储氢2*200立方组成的风光储直流制氢系统。该制氢站曾为北京冬奥会供氢，2022年北京冬奥会张家口赛区核心区冬奥保障车辆全部采用氢燃料电池客车。该项目建设的风场目前具有33台风机，有3个储氢罐，项目致力于研究宽功率波动下的制氢工艺，对“绿电”制氢做了深入研究，采用可再生能源耦合发电，通过直流电电解碱水（由地下水和碱液按一定比例配制而成）制氢。实现了产业结构从制取到应用全链条，涉及氢能上、中、下游各环节，落成了国家可再生能源示范中心

天津吉利汽车在滨海新区正在筹建专门生产基于氢气反应制甲醇的燃料发动机汽车的厂区；天津港用于运输集装箱的重卡有相当一部分采用的是氢燃料发动机；2023年7月1日，天津市交通运输委员会、天津港保税区管委会、天津荣程集团、天津港集团在天津港远航矿石码头举行氢燃料电池汽车入列运营启动仪式，新一批78辆氢能重卡正式投入使用，该项目投用氢能重卡总量突破200辆。

尽管氢燃料电池以及氢燃料电池机动车的发展如火如荼，但整个产业链的氢气计量一直没有及时跟随，而计量是实现量值溯源与传递、单位制统一的重要方法。氢燃料电池在汽车领域的应用和普及是未来发展的大势所趋，随着京津冀合力推动氢的制、运、储、用全产业链的发展，计量检定要求和校准方法的统一迫在眉睫。

2.探索氢能计量的思路

由于氢气在元素周期表中分子量最小，密度低，要准确计量就非常不容易。要正确的选择达到计量要求的流量计，不仅要熟悉各种流量计的结构原理，还应根据实际使用情况考虑以下几个方面：流量计的性能、测量介质的特性、现场安装要求、环境因素等。针对不同压力和不同安装场合下加氢机进行计量检定、校准的方法研究，标准表的选择是本项目待解决的一个关键技术问题，综合考虑带压力温度补偿的差压式流量计、速度式流量计如计具有信号强、低流速特性好的优势的旋进式漩涡流量计和旋进式涡轮流量计、测量精度高和受介质影响较小的质量流量计。

根据最终选用的气体流量标准装置的结构和原理，确定加氢机现场检定装置包括计算机、高压管路、压力表、电磁阀、截止阀、流量传感器及流量变送器与高压管路的连接方式。

确定现场检定校准需要的参数，从而确定检定项目及检定顺序，如气密性检查、现场氢气浓度、流量检查，通过确定累积流量进行加氢机示值误差的计算，确定计算器的准确性，必要时要检查加氢机的防作弊装置。

3.展望

随着氢能及燃料电池汽车的推广使用，加氢机必将得到日益广泛的应用。目前国内已有多家企业生产加氢机，制造企业根据其设计、生产和销售的实际情况编制了企业标准，但是随着氢能技术标准和装备制造水平的提高，不同企业制造加氢机的产品指标、质量标准的不统一，相关市场监管技术机构无法对其做准确客观的质量评价，已不适应氢能及燃料电池汽车产业发展新的要求。同时加氢机计量溯源体系的缺失，市场监管技术机构也无依据和溯源标准装置对其开展计量监督工作，这对于贸易结算的公平性来说是非常严重的问题。为了保证国内加氢机量值溯源的统一性和权威性，还需要尽快研制具有统一标准的加氢机计量溯源标准方法以及相关的标准和计量技术规范。

参考文献：

【1】国家市场监管总局. 市场监管总局关于加强国家产业计量测试中心建设的指导意见 [Z].2020-05-06.

【2】国务院 . 计量发展规划 ( 2013-2020 年 ) [Z].2013-03-07.

【3】乐中耀，李在春等. 中国氢能汽车产业计量测试现状及发展思考[J]，中国计量. 2023（03），27-30