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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(huán)保無污染等優(yōu)點。如何進行氫能源的大規(guī)模應用是目前政策、行業(yè)及企業(yè)研究的熱點。因此本文對氫能利用與發(fā)展進行了探究。 關鍵詞：氫能;利用;發(fā)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(huán)保無污染等優(yōu)點。如何進行氫能源的大規(guī)模應用是目前政策、行業(yè)及企業(yè)研究的熱點。因此本文對氫能利用與發(fā)展進行了探究。
關鍵詞：氫能;利用;發(fā)展
1氫能特點
1.1來源多樣、清潔、環(huán)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(zhuǎn)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(zhuǎn)化效率不受卡諾循環(huán)限制，發(fā)電效率超過50%，是零污染的高效能源。
1.2理想的能源互聯(lián)媒介
氫能是實現(xiàn)電力、熱力、液體燃料等各種能源品種之間轉(zhuǎn)化的媒介，是在可預見的未來實現(xiàn)跨能源網(wǎng)絡協(xié)同優(yōu)化的唯一途徑。當前能源體系主要由電網(wǎng)、熱網(wǎng)、油氣管網(wǎng)共同構(gòu)成，憑借燃料電池技術，氫能可以在不同能源網(wǎng)絡之間進行轉(zhuǎn)化，可以同時將可再生能源與化石燃料轉(zhuǎn)化成電力和熱力，也可通過逆反應產(chǎn)生氫燃料替代化石燃料或進行能源存儲，從而實現(xiàn)不同能源網(wǎng)絡之間的協(xié)同優(yōu)化。
1.3可大規(guī)模應用的儲能介質(zhì)
隨著可再生能源滲透率不斷提高，季節(jié)性乃至年度調(diào)峰需求也將與日俱增，儲能在未來能源系統(tǒng)中的作用不斷顯現(xiàn)，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(jīng)濟的實現(xiàn)電能或熱能的長周期、大規(guī)模存儲，可成為解決棄風、棄光、棄水問題的重要途經(jīng)，保障未來高比例可再生能源體系的安全穩(wěn)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(yè)、建筑、交通等主要終端應用領域?qū)崿F(xiàn)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(zhì)支持大規(guī)模可再生能源的整合和發(fā)電，應用于分布式發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)，為建筑提供電和熱，為工業(yè)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(yè)為代表的工業(yè)副產(chǎn)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(jīng)濟的制氫方式，雖然其生產(chǎn)規(guī)模小，但原材料易得、投資成本低、并且經(jīng)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(fā)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(yè)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(tài)儲氫、液態(tài)儲氫、固體儲氫三種方式。其中高壓氣態(tài)儲氫技術比較成熟，是目前最普遍、最常用的儲氫方式;液態(tài)有機儲氫以高儲氫量、安全性好、循環(huán)性能好等優(yōu)勢在眾多的儲氫方式中脫穎而出，是現(xiàn)階段全球研發(fā)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(xiàn)階段國內(nèi)儲氫行業(yè)的分析，發(fā)現(xiàn)高壓儲氫技術相對比較成熟且生產(chǎn)成本較低是目前國內(nèi)主流的儲氫技術，但并非最優(yōu)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(fā)展?jié)摿蛻们熬岸紝⑹蔷薮蟮摹?/p>
3氫氣的運輸
氫氣的運輸方式主要有4種：(1)高壓氣態(tài)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(chǎn)業(yè)在國內(nèi)較為成熟是近距離運輸?shù)闹饕绞剑艿肋\輸是實現(xiàn)氫氣大規(guī)模、長距離輸送的方式;(2)液態(tài)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(nèi)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(yōu)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(xiàn)規(guī)模化的運輸仍然面臨著挑戰(zhàn)。
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(jīng)濟期刊，雜志以經(jīng)濟視角詮釋低碳話題，深度解析低碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，宣傳低碳發(fā)展經(jīng)驗，展示低碳前沿技術和成果，報道低碳政經(jīng)要聞以及低碳民生問題。
筆者認為在氫能大規(guī)模的占據(jù)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(yōu)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(xiàn)長距離、大規(guī)模的運輸。
4氫能的應用
4.1氫能熱電聯(lián)供系統(tǒng)
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(tǒng)作為建筑、社區(qū)等的供能載體和備用能源。微型燃料電池熱電聯(lián)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(yè)燃料電池利用系統(tǒng)規(guī)模化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(chǎn)出示范產(chǎn)品，2009年政府開始加大產(chǎn)品購買補貼與基礎研究力度加速推進了商業(yè)化，目前已形成完整的家用燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈，為各國展示了一條清晰的發(fā)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(fā)展受到各界重視，逐漸成為資本和企業(yè)追逐的熱點，豐田、本田等公司都宣布實現(xiàn)燃料電池汽車商業(yè)化。氫能作為汽車內(nèi)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(fā)動機，二是在傳統(tǒng)內(nèi)燃機燃料(如汽油、柴油)中摻入微量氫氣燃燒。與傳統(tǒng)燃油車相比，燃料電池汽車發(fā)動機在工作過程中具有冷啟動性能好、熱量損失小、能源轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢;與純電動車相比，燃料電池車的續(xù)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(chǎn)業(yè)基礎薄弱，氫經(jīng)濟相關技術與國外相比存在一定差距，但政府、學界和企業(yè)都高度關注氫能源汽車的研發(fā)和生產(chǎn)，中央和各地政府陸續(xù)出臺了相關扶持和補貼政策鼓勵氫能源汽車的發(fā)展，預計2030年左右可以實現(xiàn)氫能源汽車大規(guī)模的推廣和市場化。
5結(jié)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(yōu)勢。隨著制氫技術和儲氫技術的發(fā)展，氫能將在未來的能源市場發(fā)揮更大的作用。氫能領域表現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景和強勁的發(fā)展勢頭，將為解決人類能源危機和環(huán)境污染提供有力支撐。——論文作者：張磊
