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碳中和目标下氢能源在我国运输业中的发展路径

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交通运输系统工程与信息 2021年第6期21卷 234-243页

作者：毛保华卢霞黄俊生何天健陈海波北京交通大学综合交通运输大数据应用技术交通运输行业重点实验室北京100044 北京交通大学中国综合交通研究中心北京100044 利兹大学交通研究所利兹LS29JT英国

氢能是未来能源系统清洁转型的重要二次能源。本文首先调研分析了美国、欧盟、日本既有的氢能研发总体战略及其实施情况;结合氢能源的优势和未来全球碳减排的任务,分析了氢能关键技术研发、产业化发展、交通运输行业推广应用情况;从技... 详细信息

氢能是未来能源系统清洁转型的重要二次能源。本文首先调研分析了美国、欧盟、日本既有的氢能研发总体战略及其实施情况;结合氢能源的优势和未来全球碳减排的任务,分析了氢能关键技术研发、产业化发展、交通运输行业推广应用情况;从技术角度比较了美国、欧盟、日本的氢能技术推广策略,指出我国氢能研发技术的国际差距。结合实际统计数据,分析了我国铁路、公路、水运和民航等运输方式的碳排放水平。在氢能既有特性参数基础上,测算了氢能在道路、铁路等不同领域应用的碳减排效果。结果发现:氢能替代公路货运10%,可减碳7000万t;1000万t氢用于替代道路货运可获得近1亿t的碳减排量。本文研究提出了氢能研发与应用策略,建立可再生能源与氢能综合互补调节机制,如近期利用西部地区可再生发电的弃电降低电解水制氢成本,利用灰氢替代燃油,中远期推广扩大氢燃料电池市场等。本文还研究了交通运输业适合氢能发展的重点领域,分析表明:2060年氢能在道路交通中的应用如能达到4000万t,可望实现交通运输业减碳约4亿t。本文结合我国国情提出了碳中和目标下将氢能技术与产品推广到大功率、长距离以及冬季低温地区客货运输领域,与既有电动汽车发展战略一道打造绿色交通体系的对策与建议。

关键词：综合运输碳中和氢能交通能源战略交通政策发展路径

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中国氢能及燃料电池产业政策研究及启示

天然气工业 2024年第5期44卷 136-145页

作者：王意东许苏予何太碧韩锐杨炜程西华大学汽车与交通学院四川省新能源汽车智能控制与仿真测试技术工程研究中心成都纺织高等专科学校

氢能作为中国能源体系的重要组成部分,是保障国家能源安全、实现“双碳”目标、培育新经济增长点的重要支撑,氢能产业政策直接关系到产业的健康、高质量和可持续发展。为此,系统梳理了国家和地方层面氢能及燃料电池产业的政策体系,分析... 详细信息

氢能作为中国能源体系的重要组成部分,是保障国家能源安全、实现“双碳”目标、培育新经济增长点的重要支撑,氢能产业政策直接关系到产业的健康、高质量和可持续发展。为此,系统梳理了国家和地方层面氢能及燃料电池产业的政策体系,分析了当前中国氢能产业存在的问题,并提出了为加快构建中国氢能及燃料电池产业高质量发展的相关政策建议:①完善氢能政策顶层设计,明确管理职能、规范监管审批流程,引导地方因地制宜、跨区域协同发展,避免重复建设;②明确氢气的原料和能源属性,或实行分类管理;③建立健全国家层面氢能安全管理机制,创新监管手段和管理方式,开展沙盒试点,保障技术创新;④完善氢能交易及减碳机制,构建全国性氢交易所;⑤把握氢能标准建设与产业发展速度的关系,完善标准体系建设,重点破除不适性、解决滞后性,同时具备探索性;⑥以交通领域氢能应用为重点,以点带面稳步推进,同时积极培育和拓展其他氢能应用场景;⑦构建多元低碳能源体系,支持天然气工业与氢工业融合发展,积极开展天然气制氢、天然气掺氢输配、天然气掺氢利用等相关研究及示范试点。结论认为,中国氢能产业各环节依然存在许多政策堵点,在一定程度上制约了氢能产业的发展,研究成果对氢能产业政策的制定具有重要的参考价值,有助于推进中国氢能产业的高质量快速发展。

关键词：中国氢能燃料电池产业政策面临问题政策建议

一种应用于氢能产业一体化的新型多功能盐穴储氢库

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工程科学与技术 2022年第1期54卷 128-135页

作者：方琰藜侯正猛岳也任利陈前均刘建锋德国克劳斯塔尔工业大学地下能源系统研究所克劳斯塔尔–采勒菲尔德38678 四川大学中德能源研究中心四川成都610065

为实现“双碳”目标,解决氢能大规模储存难题,结合中国氢能发展趋势,提出了包含盐穴储氢库的3种发展情景下的氢能“制–储–用”一体化方案:情景1,盐穴储存绿氢,用以燃料电池及炼钢炼铁领域;情景2,盐穴储存绿氢及CO_(2)–O_(2)混合气体... 详细信息

为实现“双碳”目标,解决氢能大规模储存难题,结合中国氢能发展趋势,提出了包含盐穴储氢库的3种发展情景下的氢能“制–储–用”一体化方案:情景1,盐穴储存绿氢,用以燃料电池及炼钢炼铁领域;情景2,盐穴储存绿氢及CO_(2)–O_(2)混合气体,用于地面合成甲烷及甲烷富氧燃烧发电;情景3,盐穴储存合成甲烷,用以除发电以外的其他用途。从盐穴储氢库全生命周期的角度,分析了储氢库在3种发展情景下的作用,提出了多功能储氢库的概念:可起到废电利用、电力平衡、氢能安全高效储存、CO_(2)减排等多项作用。以昆明市安宁盐矿及云南省为例,结合云南省水电为主的电力结构,分析了多功能盐穴储氢库在情景1、2中的建设需求:情景1,采用绿氢直接炼钢工艺,需电解绿氢约6.0×10^(5)t,配套多功能盐穴储氢库总气量1.3×10^(8) m^(3),可实现昆钢减排722 t;情景2,针对云南未来电力季节性缺额问题,假设甲烷富氧发电厂提供半年枯期电力,装机200 MW,仅需建设多功能盐穴储氢库总库容4.78×10^(6)m^(3),可消纳水电5.34×10^(8)kW·h,提供枯期发电量2.88×10^(8)kW·h。

关键词：碳中和氢能盐穴储氢氢能产业一体化

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离网型可再生能源发电制氢能量管理技术需求分析与展望

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电力系统自动化 2024年第22期48卷 43-59页

作者：邱一苇朱杰曾扬俊周毅周步祥李汶颖四川大学电气工程学院四川省成都市610065 清华四川能源互联网研究院四川省成都市610213

离网型可再生能源发电制氢(ReP2H)相较于并网型,具备规划灵活、电能成本低、无并网接入成本及运行方式限制等优势,但因无外网支撑,其自身平衡难度大,设计及运行难以兼顾安全和经济性。针对上述问题,面向离网型ReP2H系统中电力网络、制... 详细信息

离网型可再生能源发电制氢(ReP2H)相较于并网型,具备规划灵活、电能成本低、无并网接入成本及运行方式限制等优势,但因无外网支撑,其自身平衡难度大,设计及运行难以兼顾安全和经济性。针对上述问题,面向离网型ReP2H系统中电力网络、制氢、氢储运、氢负荷之间物质及能量平衡的多时间尺度动态行为,归纳能量管理框架,并通过简单系统的8760 h生产模拟分析关键影响因素。进而,分析其中长期生产与市场运营计划、日前/日内生产调度、实时能量平衡控制等功能模块的技术需求,总结关键难题及待研究方向,包括离网系统稳定性分析、制氢灵活性量化、氢气汇集/输送/存储及氢负荷调控、储能系统分析与优化控制、故障穿越及黑启动等,以期为离网型ReP2H系统研究及工程应用提供参考。

关键词：可再生能源氢能绿氢化工电力系统能量管理系统

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可再生电力电解制绿色氢能的发展现状与建议

化工进展 2022年第S1期41卷 118-131页

作者：王红霞徐婉怡张早校西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049 动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049

氢能是人类生存和发展所需能源的重要补充。氢能产业,特别是氢燃料电池车,其开发与利用已经引起了全球范围内的普遍重视。然而,决定该产业快速发展的关键因素之一是清洁的氢气来源,如何使氢能产业更具经济环保竞争力。通过可再生能源发... 详细信息

氢能是人类生存和发展所需能源的重要补充。氢能产业,特别是氢燃料电池车,其开发与利用已经引起了全球范围内的普遍重视。然而,决定该产业快速发展的关键因素之一是清洁的氢气来源,如何使氢能产业更具经济环保竞争力。通过可再生能源发电电解水制氢将能量以化学能的形式储存起来,不仅能利用可再生能源制取高热值的氢气供使用,同时从制氢源头利用清洁的可再生能源可有效减少碳排放。为此,本文主要分析讨论了可再生能源发电与电解水制氢技术的耦合制取氢气的发展现状与发展趋势,简述了目前国内外利用可再生能源发电制取氢气项目的研究进展,并介绍了一些典型的清洁制氢案例。可以看到,风电、太阳能制氢是目前较为成熟的技术,但仍需提升其经济竞争力。而水电资源分布不均等缺点阻碍了其规模化发展。因此,政府、企业及科研院所需大力推进可再生能源发电制氢研究,有效解决氢能制备的效率问题,加速绿色氢能产业发展。

关键词：氢能电解水可再生能源风电光伏水电

油气产业氢能利用的经济性与CO_(2)减排效益分析

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天然气工业 2023年第8期43卷 146-155页

作者：郑玉华张潇魏昭中国石油大学(北京)经济管理学院中国石油规划总院

中国在实现“双碳”目标和新型能源体系的构建过程中,油气产业发展中氢能利用具备独特的地域、技术和基础设施等优势。为此,总结了氢能产业的技术特点和油气产业发展氢能的优势,提出了4种典型的油气产业氢能发展路径,并运用蒙特卡罗模... 详细信息

中国在实现“双碳”目标和新型能源体系的构建过程中,油气产业发展中氢能利用具备独特的地域、技术和基础设施等优势。为此,总结了氢能产业的技术特点和油气产业发展氢能的优势,提出了4种典型的油气产业氢能发展路径,并运用蒙特卡罗模拟方法,从平准化成本和CO_(2)减排效益2个方面分析了各路径在不同资源禀赋条件下的发展趋势。研究结果表明:(1)蓝氢路径中,煤制氢耦合碳捕获与封存技术可以凭借其成本和CO_(2)减排优势作为油气产业氢气清洁化生产的过渡路径;绿氢路径的CO_(2)减排效益优于蓝氢路径,可以作为中长期的发展路径。(2)在天然气资源丰富、价格低于1.38元/m3的地区,天然气制氢耦合CCS技术具有较好的经济性和CO_(2)减排效果。(3)年光照有效发电小时数大于1390 h的油气田布局光伏制氢向加氢站供应清洁氢气将具有一定的经济可行性。(4)2030年,油气产业布局海上漂浮式风电制氢+天然气掺氢混合使用的业务在风力条件优越、年有效发电小时数大于2900 h的资源区将具备可行性。(5)其他资源区氢能利用路径的经济性则依赖于技术进步速度、碳市场价格和政策补贴力度。结论认为,氢能可以担当化石能源和可再生能源之间的桥梁作用,有助于持续推动能源体系向深度脱碳化发展。

关键词：氢能油气产业技术经济分析 CO_(2)减排 CCS

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广义氢能体系和相关电化学技术

Chinese Journal of Catalysis 2024年第1期56卷 1-8页

作者：王功伟肖丽庄林武汉大学化学与分子科学学院化学电源材料与技术湖北省重点实验室湖北武汉430072 武汉大学索维奇国际分子科学研究中心湖北武汉430072 武汉大学高等研究院湖北武汉430072

电化学能源储存与转化对于可再生能源电力消纳,以及绿色低碳的新能源结构和化工体系构建具有重要意义.氢能作为其中一种典型的二次清洁能源,一直备受关注.通常认为氢能是一种以氢气(H_(2))作为能源载体的能源生产、储运和利用体系.然而... 详细信息

电化学能源储存与转化对于可再生能源电力消纳,以及绿色低碳的新能源结构和化工体系构建具有重要意义.氢能作为其中一种典型的二次清洁能源,一直备受关注.通常认为氢能是一种以氢气(H_(2))作为能源载体的能源生产、储运和利用体系.然而,氢能作为一种化学能,储存于H–H化学键之中,而非孤立的H原子.本文提出广义氢能体系,涵盖所有含H化学键(例如H–H,C–H,N–H等)形成或断裂过程伴随的能量储存或释放,即氢能载体不仅限于H_(2),亦可为其它含氢化合物(例如碳氢化合物、氮氢化合物).本文针对氢能储存于H–H(氢循环)、C–H(碳循环)和N–H(氮循环)所涉及的几种关键电化学技术研究现状进行总结.对于氢循环,目前H_(2)生产仍依赖化石资源,受限于电解成本高,采用电解水制备的H_(2)仅占很小比例.电解成本受电价、电解设备造价、电解效率等多重因素影响,目前商业化的碱性水电解器和质子膜水电解器技术均存在各自难以解决的问题,碱性膜水电解器技术能够集前二者所长,有望实现H_(2)的低成本、大规模制备,但其目前处于商业化起步阶段;燃料电池技术是H_(2)化学能高效释放利用的重要途径,质子膜燃料电池已经进行商业化,但成本较高.碱性膜燃料电池有望大幅降低成本,目前受限于高性能非贵金属催化剂和碱性聚电解质等关键材料开发.对于碳循环,鉴于很多碳氢化学品在化工体系及日常生活中的重要应用,如何通过非化石资源制备高价值碳氢化合物具有重要意义,CO_(2)电解转化是一条极具前景的技术路径.分别从CO_(2)电还原的催化路径控制和电解器件技术开发两方面进行剖析,明晰不同产物的反应路径、从电极催化剂和电解质微环境两个维度构筑高效催化界面,以及发展纯水膜电解器技术,将有助于促使CO_(2)电解转化从实验室研究走向工业化应用.对于氮循环,目前合成氨工业能耗高、碳排放量大,电化学N_(2)还原是一条具有应用前景的绿色氨合成路径,但由于N≡N键活化困难,导致转化速率极低.除了催化剂设计合成之外,在催化界面引入其它附加作用协同N_(2)活化、与其它反应物共还原或采用其它物理手段等促进N_(2)活化,将为电化学N_(2)还原合成氨带来新的机遇.归纳了相关电化学技术研发面临的主要问题.对于制H_(2)、CO_(2)还原和N_(2)还原的电解技术,目前阳极主要耦合氧析出反应,产生的O2经济价值较低,如果耦合其它高价值有机物的氧化合成,不仅提升电解转化整体经济性,还可同时能带来其它附加优点.综上,本篇观点文章认为氢能不应局限于以H_(2)为能源载体,而是可以拓展为其它含氢化合物.水可以作为廉价清洁的质子源,是氢能成为可再生电能高效储存利用的原因之一.本文剖析了几种重要的相关电化学技术的研发现状,旨在揭示研发及实际应用所面临的关键限制.未来,随着这些电化学技术的发展成熟,将有助于促进广义氢能体系的建立,从而为降低碳排放和实现能源结构转型提供重要支持.

关键词：氢能燃料电池水电解 CO_(2)电解 N_(2)电解

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氢能与燃料电池发展现状及展望

中国科学院院刊 2019年第4期34卷 469-477页

作者：邵志刚衣宝廉中国科学院大连化学物理研究所中国科学院洁净能源创新研究院

氢是一种洁净的二次能源载体,氢燃料电池具有能量转化率高、噪音低以及零排放等优点。氢气是连接可再生能源与传统化石能源的桥梁,通过氢能与燃料电池,可以实现未来洁净能源利用变革的愿景。世界主要发达国家都非常重视氢能的发展。目前... 详细信息

氢是一种洁净的二次能源载体,氢燃料电池具有能量转化率高、噪音低以及零排放等优点。氢气是连接可再生能源与传统化石能源的桥梁,通过氢能与燃料电池,可以实现未来洁净能源利用变革的愿景。世界主要发达国家都非常重视氢能的发展。目前,氢能和燃料电池已在部分领域中初步实现商业化。氢能燃料电池和燃料电池车的研究和商业化发展在日本、美国和欧洲较为迅速,他们不断在氢气生产、氢气储存和氢气利用方面进行创新。在氢能和燃料电池方面,中国紧跟世界发达国家的脚步,然而国内氢能和燃料电池产业链的不完善导致电池成本较高。因此,要加强关键材料研究,实现核心材料和部件的工业化和本土化,建立生产线,尽快完成产业链。中国已经在氢能和燃料电池产业链中部署了整车、系统和电堆,但燃料电池零部件的相关公司仍然很少,尤其是基本关键材料和部件,如质子交换膜、碳纸、催化剂、空气压缩机、氢气循环泵等。虽然国内公司已经开始涉及,但与国际先进产品相比,在可靠性和耐用性方面仍然存在很大差距,大多数关键组件仍然依赖进口。此外,氢气生产和运输的高成本、加氢站等基础设施的不完善,以及技术标准、检测体系的不健全,都限制了燃料电池车的发展。我国燃料电池汽车发展路径要通过商用车带动加氢站建设,降低氢气与燃料电池成本;发展氢燃料电池汽车产业集群,促进全产业链发展。在保障措施与政策需求方面,需要加强顶层设计,全面规划氢能燃料电池发展途径;加强研发投入,确保核心技术自主可控;统筹产业布局,引导产业链协调发展;加强标准制定,支撑技术进步与产业发展。文章分析了国内外氢能产业链结构以及氢燃料电池的发展现状,从产业化和技术两方面分析了国内氢能与燃料电池的发展现状及问题,并结合技术与产业特点提出了发展氢能与燃料电池的对策建议,对我国氢能与燃料电池的发展作出了展望。

关键词：氢能燃料电池产业化发展现状

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氢能创新性研究及其国际产业发展战略

中国材料进展 2021年第8期40卷 639-644页

作者：刘凡朱宏康西北有色金属研究院陕西西安710016

氢能作为一种储量丰富、零碳排放、能量密度大且转化效率高的绿色能源,其开发利用受到了广泛的重视。阐述了氢的制备新方法、储氢新技术以及氢能在燃料电池应用方面的创新性研究,对今后氢能领域的发展方向进行了展望。采用可再生能源制... 详细信息

氢能作为一种储量丰富、零碳排放、能量密度大且转化效率高的绿色能源,其开发利用受到了广泛的重视。阐述了氢的制备新方法、储氢新技术以及氢能在燃料电池应用方面的创新性研究,对今后氢能领域的发展方向进行了展望。采用可再生能源制氢或光催化水分解制氢,再通过燃料电池将其转变成电能,有望解决环境污染、资源短缺问题。并对2020年以来欧盟、美国、澳大利亚、英国、德国、中国出台的氢能产业发展战略进行了综述,预测未来氢能系统的建立对全球能源结构向低碳化发展具有十分重要的意义。

关键词：氢能制氢储氢新技术燃料电池氢能产业