國際氫能與燃料電池展編輯

1氫能技術(shù)概述

氫能技術(shù)是一種以氫氣作為能源載體的能源生產(chǎn)和利用方式，依靠氫巨大的能量密度，通過(guò)氫氣燃燒獲得能量。由于氫氣在燃燒時(shí)只產(chǎn)生水，不產(chǎn)生溫室氣體和空氣污染物，因此被認為是一種清潔、可再生的能源。氫能技術(shù)具有廣泛的應用前景，可以作為一種替代傳統能源的可持續能源形式，有望在能源轉型和環(huán)境保護方面發(fā)揮重要作用。然而，目前氫能技術(shù)在生產(chǎn)成本、儲存和運輸、安全風(fēng)險等方面仍面臨一些制約因素，需要進(jìn)一步技術(shù)突破和政策支持，推動(dòng)其在能源領(lǐng)域的廣泛應用。

2制氫技術(shù)狀況

2.1氣態(tài)儲運

氫氣的氣態(tài)儲運是指將氫氣從生產(chǎn)源地(如制氫廠(chǎng))運輸到使用地點(diǎn)(如氫能源站或氫燃料電池車(chē)輛加氫站)的過(guò)程，由于氫氣具有低密度、高燃燒性和高滲透性等特性，所以氣態(tài)儲運面臨一些技術(shù)和安全挑戰，在儲運過(guò)程中需要采取一系列措施來(lái)確保氫氣的安全、高效和可靠?jì)\。氫氣的氣態(tài)儲運主要采用以下幾種方式。

氣瓶?jì)\。氫氣會(huì )被壓縮儲存在高壓氣瓶中，這是一種常見(jiàn)的氫氣儲運方式。氫氣氣瓶通常采用包括碳纖維等高強度材料制成，以承受高壓氫氣的存儲和運輸，但是該方式適用于小規模和短距離的氫氣運輸，但由于氣瓶本身重量較大，對運輸成本和能源效率有一定影響。

氣體管道儲運。氫氣可以通過(guò)管道進(jìn)行儲存和運輸，類(lèi)似于天然氣管道輸送，可以實(shí)現大規模、長(cháng)距離的氫氣運輸，滿(mǎn)足高效、連續的氫氣供應需求。但是，由于氫氣的危險性，對管道要求很高，所以管道儲運面臨技術(shù)和安全挑戰，比如要保證管道材料的適應性，嚴防氫氣泄漏和爆炸風(fēng)險。

2.2氫氣液態(tài)儲運

液態(tài)儲運是指將氫氣在低溫下液化成液態(tài)氫，并通過(guò)液態(tài)氫儲存和運輸的方式。液態(tài)氫儲運通常采用高真空多層絕熱容器，以防止液態(tài)氫的蒸發(fā)和能量損失。使用液態(tài)儲運方式下，液態(tài)氫具有高能量密度，相較于氣體形態(tài)，液態(tài)氫可以在相對較小的容器中儲存更多的氫氣，具備更高的儲存能力。通過(guò)高真空多層絕熱容器進(jìn)行儲存和運輸，可以減少氫氣的蒸發(fā)和能量損失，并且容器可以根據需要進(jìn)行尺寸調整，適應不同的運輸距離和需求，從而實(shí)現全球范圍內的氫氣供應鏈。由于液態(tài)儲運的優(yōu)勢，因此該方法也是目前氫氣儲運的最主要方式，但是該方法對基礎設施需求較高，同時(shí)儲運過(guò)程中也伴隨著(zhù)巨大的能量消耗。

2.3氫氣固態(tài)儲運

氫氣的固態(tài)儲運是指將氫氣儲存為固態(tài)化合物，并通過(guò)固態(tài)儲存材料進(jìn)行氫氣的儲存和運輸。一些固態(tài)儲存材料，如金屬有機框架、金屬氫化物等，可以在相對較小的體積內存儲更多的氫氣，具備較高的儲存能力。另一方面，固體儲運能保證相對較低壓力，實(shí)現常溫、常壓條件下儲存氫氣，降低了儲運系統的能耗和復雜性。由于固態(tài)儲存材料通常較為穩定，不易泄漏和燃燒，也簡(jiǎn)化了儲運操作，降低了安全風(fēng)險。

常用的固態(tài)儲運技術(shù)包括金屬氫化物、金屬有機框架、化學(xué)吸附等。金屬氫化物是一種能夠以固態(tài)形式儲存氫氣的材料，在高壓和適當溫度條件下將氫氣吸附在金屬氫化物中，從而形成金屬氫化物固態(tài)儲氫化合物，需要使用儲存的氫氣時(shí)，通過(guò)加熱或降低壓力等方式，將氫氣從金屬氫化物中釋放出來(lái)。金屬有機框架是一種由金屬離子或金屬團簇與有機配體組成的結晶化合物，具有多孔性和高度可調控性，通過(guò)調整其結構和組成，可以實(shí)現高儲氫容量和適中的操作條件?；瘜W(xué)吸附劑是一類(lèi)可以通過(guò)化學(xué)反應吸附和釋放氫氣的材料，例如氨基硅烷和氨基硼烷等。這些化學(xué)吸附劑可以在固態(tài)儲存材料中吸附氫氣，并在特定條件下通過(guò)化學(xué)反應釋放氫氣。這些固態(tài)儲運方法在不同的應用場(chǎng)景和技術(shù)要求下具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，需要綜合考慮儲氫容量、操作條件、經(jīng)濟性、可用性及安全性等因素。

目前，固態(tài)儲存材料通常需要較低的溫度條件來(lái)保持氫氣的固態(tài)狀態(tài)，這需要能耗較高的制冷設備和系統，從而增加了儲運系統的復雜性和成本。而且，固態(tài)儲存材料的儲氫密度相較于液態(tài)氫和氣態(tài)氫可能仍然較低，導致相對較大的儲存體積[8]。這可能對儲運系統的體積和重量造成限制，尤其對于需要長(cháng)距離運輸的應用。由于上述原因，以及固態(tài)儲存材料在商業(yè)應用上還面臨一定的限制，使得固態(tài)儲運的經(jīng)濟性不足，影響了固態(tài)儲運技術(shù)的應用。

3氫技術(shù)的應用情況

3.1工業(yè)領(lǐng)域應用

氫技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應用潛力。其中，最常見(jiàn)的應用是作為工業(yè)原料和能源載體。在工業(yè)生產(chǎn)中，氫氣可以用作氫氣焊接、氫氣還原、氫氣氣氛保護等多種用途。此外，氫氣還可以作為合成氣、氨、甲醇等化工原料的重要來(lái)源，用于生產(chǎn)化肥、石化產(chǎn)品、電池材料等。目前將氫氣作為原料，可以用于合成氨、甲醇、氫氣氣氛保護等多種化工過(guò)程，在生產(chǎn)化肥時(shí)，氫氣可以與氮氣通過(guò)哈柏法合成氨，進(jìn)而制備尿素等化肥產(chǎn)品。氫氣可以在金屬加工中也能起到重要作用，例如氫氣焊接和氫氣還原，利用氫氣作為保護氣體，可以減少氧化、氮化等不良反應，提高焊縫質(zhì)量。氫氣在工業(yè)上也可以作為一種儲能介質(zhì)，比如可以將多余的電能通過(guò)電解水的方式轉化為氫氣，然后將氫氣儲存起來(lái)，待能源需求高峰時(shí)通過(guò)燃料電池再次釋放氫氣產(chǎn)生電能供應給工廠(chǎng)或設備使用，實(shí)現能源的高效利用。

3.2汽車(chē)領(lǐng)域應用

在汽車(chē)領(lǐng)域，氫技術(shù)被視為一種具有潛力的清潔能源解決方案之一，被廣泛研究和開(kāi)發(fā)。氫燃料電池車(chē)作為一種基于氫氣和氧氣通過(guò)化學(xué)反應產(chǎn)生電能的汽車(chē)，被認為是一種零排放、高能量密度的可持續出行解決方案。由于燃料電池汽車(chē)需要氫氣作為燃料，因此建設氫氣充電站是推動(dòng)燃料電池汽車(chē)普及的重要一環(huán)。氫氣充電站是給燃料電池汽車(chē)供應氫氣的設施，通常包括氫氣儲存、氫氣制備、氫氣壓縮等設備，用于將氫氣儲存和輸送到燃料電池汽車(chē)。隨著(zhù)燃料電池汽車(chē)的逐步商業(yè)化，氫氣充電站的建設也在不斷增加，以滿(mǎn)足汽車(chē)用戶(hù)的氫氣供應需求。

3.3航天領(lǐng)域應用

氫氣作為一種高能量密度的燃料，在航天領(lǐng)域中被廣泛用于火箭燃料，通過(guò)氫氣與氧氣或其他氧化劑在火箭發(fā)動(dòng)機中燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體，從而產(chǎn)生推力，推動(dòng)火箭進(jìn)入太空。在很多大推力火箭中，都以氫氧燃料為主。作為航天器的動(dòng)力系統的一部分，用于產(chǎn)生電能或提供動(dòng)力，目前，氫氣燃料電池可以在航天器上產(chǎn)生電能，供應給電動(dòng)推進(jìn)系統或電力系統，用于航天器的動(dòng)力驅動(dòng)和電力供應。

4氫儲能技術(shù)在儲能發(fā)電領(lǐng)域的應用分析

4.1氫儲能技術(shù)應用在發(fā)電領(lǐng)域的優(yōu)勢

4.1.1存儲容量大

氫氣作為一種儲能介質(zhì)，能量密度是燃油的3倍左右。與傳統的電池儲能技術(shù)相比，氫氣儲能可以實(shí)現更大規模的能量?jì)Υ?。目前可以對氫氣進(jìn)行壓縮或液化滿(mǎn)足儲存需要，實(shí)現在相對較小的體積中儲存大量的能量。在需要大規模能源儲備的場(chǎng)景，如電力系統調峰、應對突發(fā)能源需求等具有重要意義。

4.1.2長(cháng)期儲存和長(cháng)距離運輸

氫氣儲能不受容量衰減等限制，具有良好的穩定性，可以實(shí)現較長(cháng)時(shí)間的儲存，也能實(shí)現長(cháng)距離運輸。同時(shí)，氫氣還可以通過(guò)管道、船舶等方式進(jìn)行長(cháng)距離運輸，可以遠距離輸送氫氣能源到需要的地點(diǎn)，滿(mǎn)足不同地區的能源需求，尤其對于無(wú)法直接利用可再生能源的地區具有較大優(yōu)勢。

4.1.3清潔能源轉換

燃料電池發(fā)電系統利用氫氣與氧氣在電化學(xué)反應中產(chǎn)生電能，這個(gè)過(guò)程不產(chǎn)生污染物和溫室氣體排放，只產(chǎn)生水和熱。與傳統的化石燃料發(fā)電方式相比，氫氣儲能系統是一種無(wú)污染、無(wú)排放的清潔能源轉換方式，使用氫儲能技術(shù)有助于減少環(huán)境污染，降低碳排放，有助于應對氣候變化和改善空氣質(zhì)量。

4.1.4實(shí)現多能源互補

氫氣可以與其他能源形式互補利用，從而提高能源系統的靈活性和穩定性。當可再生能源如太陽(yáng)能和風(fēng)能不可用時(shí)，可以利用儲存的氫氣作為能源補充，實(shí)現持續的能源供應。此外，氫氣還可以與傳統能源形式如天然氣、煤炭等混合燃料使用，減少對化石能源的依賴(lài)，推動(dòng)能源結構轉型。

4.1.5滿(mǎn)足偏遠地區和島嶼的能源需要

在一些偏遠地區和島嶼地區，傳統能源供應方式可能受限或不太可行。對于島嶼地區很難實(shí)現大規模的電網(wǎng)供電，氫氣儲能技術(shù)可以為這些地區提供可靠的能源解決方案。氫氣可以通過(guò)船舶實(shí)現長(cháng)距離運輸，從其他地區輸送氫氣能源到偏遠地區和島嶼，滿(mǎn)足其能源需求，對實(shí)現偏遠地區和島嶼地區的能源自給自足，減少對傳統能源供應的依賴(lài)具有重要意義。

4.1.6應用領(lǐng)域廣泛

氫氣儲能技術(shù)在能源領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用前景。除了電力系統調峰和能源供應外，氫氣儲能還可以應用于交通運輸、工業(yè)生產(chǎn)、暖通空調等領(lǐng)域。目前，氫燃料電池汽車(chē)利用氫氣作為燃料，可以實(shí)現零排放的驅動(dòng)方式，對于減少交通尾氣排放、改善空氣質(zhì)量具有重要意義。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的能源供應也可以使用氫能源，替代傳統的高碳能源，有利于降低工業(yè)產(chǎn)生的碳排放。

4.1.7經(jīng)濟可行性

雖然氫氣儲能技術(shù)在一些方面仍面臨挑戰，但隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，氫氣儲能的成本逐漸下降，越來(lái)越多的項目和企業(yè)開(kāi)始投資和使用氫氣儲能技術(shù)。此外，氫氣作為一種可再生能源儲備，可以在未來(lái)可能面臨能源供應不穩定性和價(jià)格波動(dòng)性的情況下，提供一種可靠的能源替代方案，具有經(jīng)濟價(jià)值和戰略意義。

4.2氫儲能發(fā)電技術(shù)分析

氫儲能發(fā)電技術(shù)是一種將氫氣作為能源儲存介質(zhì)，利用燃料電池或燃燒等方式使氫氣釋放能量，并將能量轉化為電能的技術(shù)。燃料電池是一種將氫氣和氧氣通過(guò)電化學(xué)反應產(chǎn)生電能的設備。氫氣在陽(yáng)極處被氧化成為氫離子和電子，而在陰極處，氧氣與氫離子和電子結合生成水，產(chǎn)生電流從而產(chǎn)生電能。燃料電池發(fā)電技術(shù)具有高效、環(huán)保、無(wú)污染的特點(diǎn)，且電化學(xué)反應只產(chǎn)生水和熱，不產(chǎn)生溫室氣體和污染物排放，能量轉換效率可達50%以上，相較于傳統的燃燒發(fā)電技術(shù)效率更高。通過(guò)燃燒氫氣產(chǎn)生熱能，驅動(dòng)渦輪發(fā)電機產(chǎn)生電能也是重要的發(fā)電方式之一。在燃燒發(fā)電中，氫氣與空氣或氧氣混合后燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體，驅動(dòng)渦輪發(fā)電機產(chǎn)生電能。燃燒發(fā)電技術(shù)相對簡(jiǎn)單且成熟，但燃燒氫氣會(huì )產(chǎn)生水蒸氣和一定的氮氧化合物排放，需要控制和處理相關(guān)的排放物。

4.3氫儲能技術(shù)在發(fā)電領(lǐng)域應用的制約因素

4.3.1生產(chǎn)成本

氫氣的生產(chǎn)成本較高，目前主要通過(guò)蒸汽重整、水電解等方式生產(chǎn)，其中蒸汽重整法需要使用天然氣等化石能源作為原料，而水電解法需要大量電能作為驅動(dòng)力，由于生產(chǎn)成本問(wèn)題，直接限制了氫儲能技術(shù)的應用規模。

4.3.2儲存和運輸

氫氣在常溫常壓條件下是氣體，體積較大，儲存和運輸過(guò)程中需要對氫氣進(jìn)行壓縮，因此需要建立儲氫設備和基礎設施，包括壓縮儲氫和液態(tài)儲氫設備、氫氣管道、儲運車(chē)輛等。這些設備和基礎設施的建設和運維成本較高，限制了氫儲能發(fā)電技術(shù)的應用范圍。

4.3.3安全風(fēng)險

氫氣具有高能性和易燃性，同時(shí)具有極高的密度，在含量4%~75%都會(huì )導致爆炸。由于儲存和運輸需要對氫氣進(jìn)行壓縮，所以必然存在泄漏和安全風(fēng)險。氫氣泄漏不僅可能導致能源浪費，如果有明火還會(huì )導致火災和嚴重的爆炸事故。所以目前氫氣一般都在大型應用場(chǎng)景中比較常用，并且需要使用專(zhuān)業(yè)性的設備。

4.3.4技術(shù)成熟度問(wèn)題

雖然氫儲能發(fā)電技術(shù)已經(jīng)取得了一定的技術(shù)突破和應用進(jìn)展，但相對于傳統能源發(fā)電技術(shù)，如燃煤、天然氣和核能等，氫儲能發(fā)電技術(shù)仍處于相對較早期的階段，技術(shù)成熟度相對較低。這意味著(zhù)在實(shí)際應用中還需要進(jìn)一步驗證技術(shù)的可靠性、穩定性和經(jīng)濟性，仍然需要極高的投資。

5結束語(yǔ)

氫能源相比其他能源雖然更加清潔、能量密度更大，但是在使用、運輸的過(guò)程中也要面臨十分巨大的安全風(fēng)險，因此需要加強技術(shù)開(kāi)發(fā)，解決當前的技術(shù)問(wèn)題，并選擇合理的場(chǎng)景開(kāi)展使用，充分發(fā)揮氫能技術(shù)的優(yōu)勢。發(fā)電領(lǐng)域應用氫儲能技術(shù)具有較好的前景，能夠滿(mǎn)足偏遠地區的用電問(wèn)題，還能提升能源輸送效率。但是依然要克服成本等問(wèn)題，才能真正滿(mǎn)足應用需要。

特別推薦：國際氫能與燃料電池及加氫站技術(shù)設備       國際氫能與燃料電池展現場(chǎng)參觀(guān)報名