氫能利用與發展

發布時間：2020-12-18所屬分類：管理論文瀏覽：1次

摘 要： 摘要：氫能作為一種重要的二次能源，具有來源廣泛、制取方便、能量密度高、綠色環保無污染等優點。如何進行氫能源的大規模應用是目前政策、行業及企業研究的熱點。因此本文對氫能利用與發展進行了探究。 關鍵詞：氫能;利用;發展 1氫能特點 1.1來源多樣、清潔

　　摘要：氫能作為一種重要的二次能源，具有來源廣泛、制取方便、能量密度高、綠色環保無污染等優點。如何進行氫能源的大規模應用是目前政策、行業及企業研究的熱點。因此本文對氫能利用與發展進行了探究。

　　關鍵詞：氫能;利用;發展

　　1氫能特點

　　1.1來源多樣、清潔、環保、高效的二次能源

　　氫是二次能源，能通過多種方式制取，資源制約小，利用燃料電池，氫能可通過電化學反應直接轉化成電能和水，不排放污染物，相比汽柴油、天然氣等化石燃料，其轉化效率不受卡諾循環限制，發電效率超過50%，是零污染的高效能源。

　　1.2理想的能源互聯媒介

　　氫能是實現電力、熱力、液體燃料等各種能源品種之間轉化的媒介，是在可預見的未來實現跨能源網絡協同優化的唯一途徑。當前能源體系主要由電網、熱網、油氣管網共同構成，憑借燃料電池技術，氫能可以在不同能源網絡之間進行轉化，可以同時將可再生能源與化石燃料轉化成電力和熱力，也可通過逆反應產生氫燃料替代化石燃料或進行能源存儲，從而實現不同能源網絡之間的協同優化。

　　1.3可大規模應用的儲能介質

　　隨著可再生能源滲透率不斷提高，季節性乃至年度調峰需求也將與日俱增，儲能在未來能源系統中的作用不斷顯現，但是電化學儲能及儲熱難以滿足長周期、大容量儲能需求。氫能可以更經濟的實現電能或熱能的長周期、大規模存儲，可成為解決棄風、棄光、棄水問題的重要途經，保障未來高比例可再生能源體系的安全穩定運行。

　　1.4豐富的應用場景

　　氫能應用模式豐富，能夠幫助工業、建筑、交通等主要終端應用領域實現低碳化，包括作為燃料電池汽車應用于交通運輸領域，作為儲能介質支持大規�？稍偕�能源的整合和發電，應用于分布式發電或熱電聯產，為建筑提供電和熱，為工業領域直接提供清潔的能源或原料等。

　　2氫氣的制備

　　制氫的方法非常多，無論是一次能源還是二次能源都可以制取氫氣。目前，氫氣的制取路線主要有四大類：一是電解水制氫，其制取的氫氣純度可達99.7%;二是以煤炭、天然氣為代表的化石能源重整制氫;三是以焦爐煤氣、氯堿工業為代表的工業副產提純制氫;四是利用可再生能源制氫。各工藝的對比如表1所示。

　　由表1整體分析，甲醇裂解制氫是一種經濟的制氫方式，雖然其生產規模小，但原材料易得、投資成本低、并且經過變壓吸附凈化后的氫氣純度可高達99.99%，作為氫氣間斷性、補充性的制造是完全可以的。另外，可再生能源制氫一直是各國大力研究發展的項目，它可以利用棄風、棄光等能源，減少能源的浪費，是未來制氫行業中最具潛力和前途的工藝。

　　2氫氣的儲存

　　儲氫技術是氫能源的應用瓶頸，主要在于需提高儲氫密度，降低儲氫成本，提高充放氫速度。氫氣的儲存直接影響到氫能的應用。目前，氫氣的儲存主要有氣態儲氫、液態儲氫、固體儲氫三種方式。其中高壓氣態儲氫技術比較成熟，是目前最普遍、最常用的儲氫方式;液態有機儲氫以高儲氫量、安全性好、循環性能好等優勢在眾多的儲氫方式中脫穎而出，是現階段全球研發的重點;固體儲氫法由于其安全性高、儲氫密度高，從而成為新一代儲氫技術。

　　通過對現階段國內儲氫行業的分析，發現高壓儲氫技術相對比較成熟且生產成本較低是目前國內主流的儲氫技術，但并非最優技術。筆者認為有機物液體儲氫是一種最佳的儲氫技術，相比于其它儲氫技術而言，有機物液體儲氫具有儲氫密度高以及獨一無二的安全性、運輸便利性，若重點攻克該技術存在的難題，其發展潛力和應用前景都將是巨大的。

　　3氫氣的運輸

　　氫氣的運輸方式主要有4種：(1)高壓氣態輸氫主要有長管拖車運輸和管道運輸兩種方式，當前長管拖車運輸設備產業在國內較為成熟是近距離運輸的主要方式，管道運輸是實現氫氣大規模、長距離輸送的方式;(2)液態輸氫可以滿足運輸量大的要求液氫槽罐車運輸在國外應用較為廣泛，國內目前僅用于航天及軍事領域;(3)有機液體輸氫在儲氫密度和儲運便利性上兼具優勢，但存在催化劑成本和效率難以兼容、裝置復雜等問題，并不是氫氣的主流運輸方式;(4)目前對于固體儲氫材料的研究還處于探索和改進階段，其原料成本也較高，實現規�；�的運輸仍然面臨著挑戰。

　　相關期刊推薦：《低碳世界》是由中華人民共和國科學技術部主管的國家級經濟期刊，雜志以經濟視角詮釋低碳話題，深度解析低碳產業發展趨勢，宣傳低碳發展經驗，展示低碳前沿技術和成果，報道低碳政經要聞以及低碳民生問題。

　　筆者認為在氫能大規模的占據市場的前提下，管道運輸是一種涵蓋范圍最廣、最便利的輸氫方式，在運輸效率和運輸成本上都具有其他運輸方式不可比擬的優勢。管道運輸雖然一次性投入建設資金較高，但從長遠來看這種運輸方式可以大大降低運輸成本，實現長距離、大規模的運輸。

　　4氫能的應用

　　4.1氫能熱電聯供系統

　　燃料電池是氫能應用中最重要的形式，主要是以氫燃料電池系統作為建筑、社區等的供能載體和備用能源。微型燃料電池熱電聯供裝置是氫能固定式應用的重要分支，也是一種備受關注的新型分布式能源技術。日本是世界上推廣商業燃料電池利用系統規�；�最大且最成功的國家，自20世紀末，日本就開始進行燃料電池基礎研究，2004年生產出示范產品，2009年政府開始加大產品購買補貼與基礎研究力度加速推進了商業化，目前已形成完整的家用燃料電池系統產業鏈，為各國展示了一條清晰的發展路線。

　　4.2氫能源汽車

　　氫燃料電池汽車是目前最主要的交通利用方式，近兩年氫能燃料電池汽車的發展受到各界重視，逐漸成為資本和企業追逐的熱點，豐田、本田等公司都宣布實現燃料電池汽車商業化。氫能作為汽車內燃機的直接燃料主要有兩種，一是直接使用氫氣作為燃料的全氫發動機，二是在傳統內燃機燃料(如汽油、柴油)中摻入微量氫氣燃燒。與傳統燃油車相比，燃料電池汽車發動機在工作過程中具有冷啟動性能好、熱量損失小、能源轉換效率高等優勢;與純電動車相比，燃料電池車的續航里程更遠，燃料加注時間也更短。然而燃料電池氣車仍然存在著制造成本與使用成本高昂的缺點。我國對于燃料電池的研究起步晚、產業基礎薄弱，氫經濟相關技術與國外相比存在一定差距，但政府、學界和企業都高度關注氫能源汽車的研發和生產，中央和各地政府陸續出臺了相關扶持和補貼政策鼓勵氫能源汽車的發展，預計2030年左右可以實現氫能源汽車大規模的推廣和市場化。

　　5結束語

　　氫能作為一種二次能源，具有綠色無污染、原料豐富、利用方式多樣的優勢。隨著制氫技術和儲氫技術的發展，氫能將在未來的能源市場發揮更大的作用。氫能領域表現出廣闊的發展前景和強勁的發展勢頭，將為解決人類能源危機和環境污染提供有力支撐。——論文作者：張磊