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下载手机APP氢储能：加速动力转型进程
我国可再生动力资源丰富，应大力开发风能、太阳能光伏发电，完成可再生动力到氢能的转化。但风电和光伏发电的间歇性和随机性，影响了其并网供电的连续性和安稳性，一起也削弱了电力体系的调峰力度。跟着氢能技能及工业链的展开和完善，氢储能体系的加入能够进步可再生动力发电的安全性和安稳性。运用风电和光伏发电制取绿氢，不仅能够有用运用弃风、弃光，而且还能够下降制氢本钱;既进步了电网灵敏性，又促进了可再生动力消纳。此外，氢能亦可作为动力互联网的纽带，将可再生动力与电网、气网、热网、交通网连为一体，加速动力转型进程。
氢燃料：作为终端动力运用于电力职业
氢能能够作为终端动力运用于电力职业，经过氢燃料电池(FC)将化学能转化成电能，或许经过燃气轮机将化学能转化为动能。氢燃料电池具有能量密度高、能量转化效率高、零碳排放等长处，首要包含质子交流膜燃料电池(PEMFC)和固体氧化物燃料电池(SOFC)两大类。
质子交流膜燃料电池
PEMFC首要由膜电极、双极板、电解质和外部电路等组成，具有工作温度低、发动快、功率规划宽、安稳性强等优势，在汽车动力电源范畴展开迅速。作为燃料电池和电解槽的关键组件，质子交流膜需求具备质子传导电阻小、电流密度大、机械强度高级特点，其决议了PEMFC的效率和品质。
现在，商业化运用最广泛的是美国杜邦公司的Nafion系列膜以及Ballard公司的BAM型膜等。此类膜的局限性在于其易发生化学降解，温度升高使质子传导功能变差，本钱也较高。针对此问题，我国东岳集团有限公司、科润新资料股份有限公司等经过10余年研制攻关，不仅进步了膜资料的功能，还完成了国产质子交流膜的工业化出产，下降了本钱。
此外，在方针方面，我国高度重视PEMFC技能的研制，《动力技能革命立异行动计划(2016—2030年)》要求，到2030年完成额定输出功率达50～100kW、体系比功率大于等于300Wh/kg、电堆比功率到达3000W/L以上，PEMFC分布式发电体系运用寿命超过1×104h;一起经过建立分布式发电工业化平台，完成千瓦至百千瓦级PEMFC体系在分布式电站等范畴的运用。
PEMFC用处广泛且多元化。日本和韩国具有相对老练的氢燃料电池汽车技能，已运用于乘用车、商业车、叉车、列车等。例如，丰田在2020年末发布了第二代Mirai氢能燃料汽车，经过增加氢负载将续航路程进步了30%。东日本铁路公司发布了以氢燃料电池和蓄电池为混合动力的实验列车“云雀”，加氢一次即可行驶140km。
国内以捷氢科技、新源动力、潍柴动力为主的大型电堆供应商在自主研制方面也取得了较大进展。2021年，捷氢科技自主研制的大功率氢燃料电池额定功率到达了117kW，一起体系及电堆一级零部件完成了100%国产化。潍柴动力发布了新一代120kW、寿命超3×104h的燃料电池发动机，助力职业零碳展开。2022年北京冬奥会期间，张家口赛区投运的氢燃料电池汽车达710辆，其间，氢燃料电池公交车续航路程可达406km。
固体氧化物燃料电池
SOFC是全固态发电设备，由阳极、阴极、电解质、密封资料以及连接资料等组成。其间，电解质决议了SOFC的工作温度和功率，是SOFC的中心部件。虽受限于600～1000℃的高工作温度和低发动速度，SOFC因其燃料挑选规划广、能量转化效率高、无需催化剂等长处具有宽广的展开前景。
当时，欧美日等兴旺国家和地区SOFC技能老练，处于商业化推行前期。其间美国和日本别离展开了百千瓦级大型固定式电站和千瓦级家用热电联供体系，均完成了大规划的商业化运转。其间的领军企业包含美国BloomEnergy公司(常压平板式)以及日本三菱重工(加压管式)等。
较之于国外，国内SOFC展开差距较大，还处于实验室研讨与样机研制阶段，尚未形成商业化的SOFC体系，企业参加度不够，而且SOFC的工业链不完整，所需中心产品均归于定制产品，暂无专业厂家能够供给中心零部件。
SOFC适用于大型商用分布式、固定式发电和热电联产等范畴。例如，将SOFC作为通信基站的备用电源乃至是主电源，能够满意5G基站的高能耗并处理环境和噪音污染等问题。2022年2月，为了给离网基站供给继续电力保证，由福大紫金开发的3kW级氨—氢燃料电池发电站完成成功发电并安稳运转，为氢燃料电池在大规划通信基站备用电源范畴的推行奠定了根底。
氢燃气轮机
燃气轮机是将燃料的化学能转化为动能的内燃式动力机械，是发电和船舰范畴的中心装备。较之于燃煤发电机组，燃气轮机具有发电效率高、污染物排放量低、制作周期短、占地面积小、耗水量少和运转调理灵敏等长处。现在，燃气轮机电站发电量约占全球总发电量的23.1%。
燃气轮机的常用燃料是天然气，会形成很多的碳排放且其间的杂质易积聚，乃至对机器形成腐蚀，致使能量转化效率和运用寿命下降。而氢气的火焰传播速度约为天然气的9倍，15min左右便能够将负荷从零拉升至全满，用氢气代替天然气，除了能够进步热值和下降碳排放量外，还能够使燃气轮机具有更高的负荷调理才干。
现在，多个电力巨头现已展开了氢能燃气轮机的相关研讨工作。如通用电气(GE)的首台混合氢燃气轮机已落地广东，混氢份额为10%的燃气轮机将供给1.34GW的电力。此外，GE还将制作美国第一座燃氢发电厂，争取10年内完成100%燃氢。日本三菱重工现已成功研制30%混氢份额的燃气轮机，西门子动力在德国展开了100%氢能燃气轮机原型机的实验，日本和欧盟EUTurbines现已承诺在2030年前推出100%燃氢重型燃气轮机。
然而，现在市场上还没有能够处理纯氢燃料的、长期可运转的燃气轮机。大力展开氢能燃气轮机，需求处理燃氢进程中发生的回火和温度过高级问题。在这方面我国与国外差距较大，需求加强方针扶持力度、深化科研攻关，尽早为氢能燃气轮机国产化进程铺平道路。
氢化工原料：加氢在化工范畴是必需品
现在全球约55%的氢需求用于氨组成，25%用于炼油厂加氢出产，10%用于甲醇出产，10%用于其他职业。跟着我国科技、工业水平的不断展开，在石油炼制等石化范畴将会越来越多地用到加氢技能。
石油化工加氢
加氢技能是出产清洁油品、进步产品品质的首要手段，是炼油化工一体化的中心。石油化工中用到的加氢技能首要包含重油加氢裂化出产芳烃及乙烯、渣油加氢脱硫出产超低硫燃料、残次催化柴油及汽油加氢转化出产高辛烷值汽油、C3馏分加氢脱丙炔与丙二烯、重质芳烃加氢脱烷基、苯加氢制环己烷等。
加氢技能现在仍然存在着出资和操作本钱高、能耗高级问题。开发新的活性组分体系、新的载体以及新型纳米催化剂，进步加氢催化剂的活性与挑选性，下降工艺工程中的氢耗和本钱，是石油化工加氢范畴研讨的重点。
组成化工产品
氢用作原料组成化工产品，例如氨、尿素等。氨首要是经过哈伯—博施法组成获得，具有比氢更高的能量密度，可用于贮存能量和发电，而且彻底不会排放二氧化碳。氨能够在室温文10atm下作为液体贮存，适合于运送。此外，还有完善的运送和处理液氨的根底设施，便于氨的规划运用。氨还能够与CO2结合得到尿素，既是一种重要的氮肥也是一种可继续的氢载体，它安稳、无毒、对环境无害且更易于贮存。
哈伯—博施法组成氨自100年前发明以来，工艺现已展开得相当老练，现在仍然是全球组成氨的最主流办法，但一直以来出产氨所需的氢气首要源于化石燃料制氢所获得，碳排放量大。现在组成氨工业在测验开发新的制备工艺，如固氮酶组成氨、光催化组成氨、电催化组成氨、循环工艺法组成氨以及超临界组成氨等。这些新生的组成氨工艺尚不老练，存在着效率不高、反响进程不安稳、经济性较低等问题，仍需求进一步验证与完善。未来的展开方向将运用可再生资源出产的氢气，并由此能够显著地改善现有工艺并下降温室气体排放量。
组成燃料
氢气同样能够经过与二氧化碳反响组成简略的含碳化合物，如甲醇、甲烷、甲酸或甲醛等。这些化合物液化后易存储、方便运送、能量密度高、不易爆炸，而且作为液态燃料实质上能够达成零碳排放，是一种适合于除输电之外的可再生动力贮存和运送模式。
甲醇是重要的化工原料，用于出产甲醛、二甲醚、丙烯、乙烯和汽油等，市场需求量大。甲醇具有12.6%(质量分数)的高氢含量和5.53kWh/kg的高能量密度，是重要的液态燃料和氢能载体，既能够转化回氢气和一氧化碳用于质子交流膜燃料电池，也能够直接用于甲醇燃料电池，还可直接用作内燃机、涡轮机和燃料电池的燃料。
现在工业上二氧化碳加氢制甲醇技能正在从工业演示走向大规划商业化运用，日本、冰岛、美国等均已建成中试设备，冰岛的碳循环运用公司(CRI)采用的ETL专有绿色甲醇组成工艺，能够运用可再生动力制氢，而且每年制取约4000t甲醇，是现在能用于商业运转的相对较为先进技能。
我国河南顺成集团已与冰岛碳循环运用公司签署协作协议，引入CRI技能建造10万吨级二氧化碳加氢制甲醇项目。采用氢气组成甲醇、甲烷或碳氢化合物，能够有用地存储和输运可再生动力制备得到的氢气，破解氢能工业“制、储、运”进程中的安全性和本钱难题，有助于更加便当地运用清洁动力，为绿色动力转型供给了处理方案。
氢还原剂：氢冶金的技动力头
钢铁锻炼进程中，采用焦炭作为铁矿的还原剂，会发生很多的碳排放及多种有害气体。钢铁冶金作为我国第二大碳排放来源，亟待展开深度脱碳工艺。用氢气代替焦炭作为还原剂，反响产品为水，能够大幅度下降碳排放量，促进清洁型冶金转型。
现在全球已有少数国家发布了氢冶金技能案例，例如瑞典HYBRIT项目、萨尔茨吉特SALCOS项目、奥钢联H2FUTURE项目以及德国Carbon2Chem项目等。国内部分钢铁企业也发布了氢冶金规划，建造演示工程并投产，但有关演示工程尚处于工业性实验阶段，根底设施不完善、相关标准空白、本钱较高、安全用氢等问题依然存在。
当时，制约氢能炼钢的首要因素是制氢本钱，根据瑞典钢铁公司HYBRIT项目的经历，氢能炼钢会使本钱进步20%～30%，导致其在市场上没有任何竞争优势。但在“双碳”方针的背景下，展开氢能炼钢已迫在眉睫。在实际出产中，最适合炼钢的是绿氢，若绿氢出产本钱得以下降，则可加速绿色冶金的推进，最终所获得的环保效益会掩盖其额定本钱。运用氢能进行钢铁冶金是钢铁职业完成深度脱碳方针的必行之路。
(本文来源：《天然气工业》2022年第4期。作者邹才干：中国科学院院士，现任中国石油天然气集团有限公司新动力首席专家、中国石油深圳新动力研讨院院长)
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氢能运用场景
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