世界各国加快氢能源市场化步伐——记第18届世界氢能大会(WHEC 2010)

2010年5月在德国埃森召开的"第18届世界氢能大会"上,来自美国、德国、日本、中国等国家的代表介绍了各自国家最新的氢能进展。中国科技部部长万钢出席大会并发言指出:中国要制订国家氢能规划,加大对氢能的投入,扩大氢能示范和应用,加强氢能的国际合作。美国能源部Nancy L Garland博士和Michacel Mills介绍了美国氢能的总体情况,指出:目前美国每年生产5000×104m3氢气,拥有氢气管道3000km以上,现有氢燃料电池轿车230多辆,氢燃料电池公共汽车130多辆,加氢站约200座。在燃料电池商业化方面,美国仍存在着技术上和经济性方面的障碍。在2007~2010财政年度,美国通过立法和各类货款、补贴,进一步加大了对氢能的扶持力度,美国能源部多次联合其他机构,召开氢能基础设施研讨会,就降低燃料电池成本、氢能政策、税收、碳税、氢能信息和教育、燃料电池革新方向,以及新的商业模式等进行讨论。目前,美国加州是美国最积极推进氢燃料电池技术与示范的州,该州预计于2016~2018年,其氢燃料电池轿车数量将达到54300辆,并计划进一步发展氢能高速公路。德国国家全资公司NOW公司总经理波霍夫博士等人介绍了德国的氢能进展。主要内容包括:德国准备到2015年,共建造1000座加氢站,将为10×104辆氢燃料电池车提供氢气;德国在氢气来源方面,2020年以前主要来源于副产氢气和天然气制氢,2030年以后主要依靠煤制氢(集合CO2捕集)、风能制氢、生物质能制氢等。日本为了尽快研发、推广燃料电池车,采取了全额投入经费的办法,委托日本产业省(METI)的全资公司VEDO公司负责管理"日本氢能和燃料电池示范项目(JHFC)",该项目的目标之一,就是到2025年,在全日本建立1000座加氢站。     

氢能制取和储存技术研究发展综述

综述了氢能制取和储存技术研究的最新发展现状。生物质制氢、太阳能热化学循环制氢、太阳能半导体光催化制氢、核能制氢等技术具有资源丰富、使用可再生能源的优点,能克服传统电解水制氢能耗高和矿物原料有限的缺点,成为提高制氢效率、实现规模生产的研究重点。加压压缩储氢技术的研究进展主要体现在改进容器材料和研发吸氯物质方面;液化储氢技术研发重点是降低能耗和成本;金属氢化物储氢技术正努力突破储氢密度低的难题。氢能制取、储存技术正在走向实用阶段,重点技术方向是以水为原料,实现大规模、经济、高效和安全地制氢储氢,推动氢能可持续和洁净的利用,促进能源安全。     

氢能产业发展前景及其在中国的发展路径研究

当前全球氢气能源化利用程度不高,主要用作炼油和化工原料。在全球能源革命与转型背景下,氢气作为能源利用的发展空间开始显现,其中氢燃料电池是其终端利用的重要方向。氢气制取与可再生能源相结合是今后的发展方向。美国、日本等发达国家高度重视发展氢能和氢燃料电池。美国在氢能产业实践中,形成了较为完整的推进氢能产业发展的法律、政策和科研计划框架体系,形成了国家战略引导、能源部主导技术研发以及各州因地制宜推广的产业发展局面。日本的氢能产业规模和技术水平位居世界前列,其氢能规划目标宏大,发展路线图系统详实,提出了2030年的具体量化发展目标。中国氢能产业发展总体处于起步阶段,燃料电池生产相关技术与设备与发达国家有较大差距,当前国内氢气主要来自煤制氢,"灰氢"变"蓝氢"面临技术及经济性挑战。综合考虑能源革命战略以及国家相关规划,未来中国氢能产业将分三个阶段逐步推进。为保障中国氢能产业发展,应加强顶层设计,做好氢能产业发展规划;过渡时期要重视蓝氢与绿氢供应协同,建立蓝绿结合的发展模式;重视氢燃料电池及储氢等关键技术攻关;进一步完善氢能产业相关技术标准、检测体系;发展进程中必须高度重视氢能产业安全。     

我国工业制氢技术路线研究及展望

文中主要对国内工业制氢领域已经进入成熟商业应用的技术路线进行对比研究,重点对制氢成本、原料来源和环境污染等方面进行分析。研究结果表明:在我国社会发展进入新时代,氢能源需求激增的条件下,采用化石能源制氢、化工原料制氢和工业副产物制氢都将受到高碳排放、引起污染和原料来源不可持续的影响,无法作为稳定的氢能供给来源。考虑可再生能源发电与电解水制氢结合,在有效解决风电和光伏发电消纳问题的同时降低制氢用电成本,应是未来我国氢能使用的最为可行的制氢方式。     

21世纪理想的能源-氢能

分析了当前能源现状和形势，并对氢的性质特点，氢能的应用技术及制氢技术进行了阐述，为缓解日益严峻的能源问题和制定新能源战略计划提供了新的解决思路。     

中国规模化氢能供应链的经济性分析

    目的   文章研究规模化氢能供应链的经济性,未来十年,氢能作为战略能源将会重构社会的能源结构,并影响未来社会能源总成本。预测大规模氢能时代的制氢、储氢、输氢、分销、应用的成本,和市场化的趋势有着重要的意义。氢气由于高储运成本,用途、品质的多样性,氢气市场存在分层结构。分析氢能与常规能源的可比价格,提出原油当量价格(POE)的概念,预测未来氢能价格的合理区间。解决供应链问题是获得低成本氢能的关键,由此提出干线门站模式,解决绿氢的资源分布与长距离输送氢能的问题。    方法   利用平准化氢气成本(LCOH)分析模型,测算大型光伏制氢管道输氢LCOH,分析大规模可再生能源制氢输氢的经济性。利用氢能供应链的储、输、卸六个象限成本公式,分析气氢、液氢、固氢、有机氢、管道氢等不同储运技术,短距离氢储运成本,分析门站后输氢的场景和成本,预测短距离输氢的成本趋势。    结果   研究表明:我国有丰富的绿氢资源,随着投资下降,预计大规模绿氢管道输送的城市门站LCOH将低于2.0 RMB/Nm3,将成为未来主要的氢源。当前,氢储运技术气氢、液氢、甲醇、合成氨、有机氢、固氢、管道氢,随着规模的增加实现远距离输送。在现有的技术下,城市门站到终端的输送,氢短距输送（<100 km）测算成本都在1.2 RMB/Nm3以下,由此评估的氢能供应链的总成本,干线门站模式下氢能最终到达终端的价格约为3.2 RMB/Nm3,当量价格POE与汽油价格接近,考虑燃料电池的能效因素,氢能汽车在4.0 RMB/Nm3的氢价下,具有比汽油车更低的百公里燃料费用。    结论   因此,氢能作为战略能源,在无补贴的情况下实现中国氢能源的绿氢替代,在技术经济上是可行的。     

中国不同制氢方式的成本分析

氢能是我国能源系统大幅度低碳转型和实现2060年"碳中和"目标的重要技术选择之一。氢能来源广泛、高效清洁,碳排放主要来自于制氢阶段,不同制氢方式的制氢成本和碳排放强度存在较大差异。本研究以中国氢能生产现状和实际价格水平为基础,建立平准化制氢成本(LCOH)模型,测算了不同制氢方式的平准化成本和碳排放强度。研究发现,煤制氢成本最低为11元/kg,天然气制氢和工业副产氢成本在15～20元/kg之间,电解水制氢成本普遍在30元/kg以上,其中风电光伏制氢成本超过40元/kg。与煤制氢相比,各种新能源制氢技术减排成本在1000～4000元/tCO_2之间。敏感性分析表明,制氢成本的关键影响因素包括制氢设备年运行小时数、制氢原料价格,或者电价以及制氢设备投资成本等。     

氢能源技术将产生颠覆性影响

正氢能源技术在能源领域将产生颠覆性影响。近年世界各国都已认识到氢能作为二次能源在能源转型中的重要性,很多国家都高度重视氢能产业发展,把氢能产业提升到国家能源战略高度,制定氢能发展战略。一旦借助石墨烯、纳米超材料等的电解制氢技术取得重大突破,氢燃料大规模甚至完全替代化石燃料是可能的。     

氢能源与有关技术及其Internet资源

综述了开发氢能的重要性以及有关制氢技术、氢的储运技术、氢的应用技术及展望，并且给出了一些有用的域名地址。     

世界可再生能源电力制氢现状

氢能可实现从开发到利用全过程的零排放、零污染,是最具发展潜力的高效替代新能源。世界各国都将发展氢能提升到国家战略层面。我国也要大力发展氢能、燃料电池等新一代能源科技。水电解系统结构简单、不用氢分离操作、活动部分少、从电力到氢的能量转换效率比较高(60%~80%),成为制氢技术研发的热点。水电解技术有碱水电解、固体高分子型水电解、高温水蒸气电解。利用可再生能源制氢是新能源领域的一个新发展趋势,被称为拯球地球的动力,已提出了"可再生氢"的概念。利用剩余风电、光伏电力制氢不失为解决弃风、弃光的成功之策。目前可再生能源电力制氢技术研究开发活跃。电解水制氢催化剂技术、固体氧化物型水电解制氢技术和光电化学制氢技术的研究开发取得了很大的进展。我国河北省沽源县建设的世界最大风电制氢综合利用示范项目已全部并网发电。     

漫谈制氢新技术2

在新能源中,氢能占有十分突出的地位。它除了直接作燃料外,还在石油化工、合成氨生产及其他工业领域有广泛的用途。六十年代末,工业发达的美国年产氢量达到8.16×10~(10)立方米。到八十年代初,世界年产氢量在2034万吨以上,每年递增速度很快。当然,目前用氢作能源的比例还较小,仅限于火箭和航天飞机的发射等方面。美国在七十年代中期用氢作燃料的比例只占氢产量的3％。但是随着科学技术的进步和对环境保护的重视,氢能源的应用将会大幅度增加。制氢的方法很多,如:实验室用某些金属和酸、碱反应制氢,工业上用石油、煤和天然气制氢,电解水制氢,从制氯工业的副产物中提取氢以及从金属氢化物中产氢等等。其中,以电解水制氢为最重要,应用也最广泛。但这些制氢方法的致命缺点是效率低、     

可再生能源制氢综合能源管理平台研究

  目的  氢能是一种绿色高效的清洁能源,可以通过多种方式转化为电能、热能等加以利用。可再生能源制氢是实现碳达峰、碳中和目标的重要支撑。可再生能源制氢属于新型项目,是电力行业与化工行业的结合,系统间耦合性不强,提高能源综合利用率是可再生能源制氢的研究重点。  方法  文章介绍了当前主要的制氢工艺,对比了灰氢、蓝氢和绿氢的主要特点,阐述了风电及光伏制氢的主要系统,并提出了通过构建综合能源管理平台对可再生能源制氢各系统进行统筹管控的思路。  结果  在综合能源管理平台制定控制策略可以平衡功率,实现最优调度从而减少弃风弃光,而且还可以降低单位制氢成本。  结论  综合能源管理平台可以提高可再生能源制氢的能源综合利用率,对可再生能源制氢项目的推广起到支撑的作用,为可再生能源制氢领域的研究人员提供了重要的参考借鉴     

消息

正太阳能热分解水制氢将水或水蒸汽加热到3000K以上,水中的氢和氧便能分解。这种方法制氢效率高,但需要高倍聚光器才能获得如此高的温度,一般不采用这种方法制氢。氢能的特点氢能的特点:其一,氢能是理想的清洁能源之一。氢气燃烧时所得产物是水,不产生任何污染环境的物质。其二,氢能可再生,是一种二次能源。自然界不存在纯氢,必须从含氢的     

生物制氢和氢能发电

本文阐述了光发酵生物制氢技术和厌氧发酵生物制氢技术制氢的机理以及光合–发酵杂交技术的优势。采用生物制氢技术有利于减少环境污染,节约不可再生能源,应该成为未来能源制备技术的发展方向。随着氢能规模化、工业化生产,借助于氢的输送成本低,损失小的输电优势。氢与燃料电池相结合可提供一种高效、清洁、无传动部件、无噪声的发电技术。氢能发电技术将不断发展和日趋成熟并逐步获得广泛应用。     

国际氢安全领域研究热点及最新进展——记第五届国际氢安全会议(ICHS 2013)

国际氢安全会议是氢安全领域的国际顶级会议,受到各国学术界、工程界和政府部门的高度重视。第五届国际氢安全会议(ICHS 2013)在比利时布鲁塞尔召开,会议的主题是"氢能技术与基础设施安全的新进展:向零碳能源进发"。大会共设9大类议题——氢气泄漏与扩散、氢气燃烧与爆炸、储氢安全、风险评估、氢与材料相容性、燃料电池安全、氢传感器、规范标准、氢安全教育,共收录论文99篇,组织报告会29场,重点关注的研究领域集中在氢气行为(泄漏、扩散、燃烧、爆炸)、储氢安全、风险评估三个方面。英、法、美、德四国是ICHS 2013文章收录数量的第一梯队,也是氢安全领域研究的主力军和ICHS的重要参与者。加拿大、日本、中国、荷兰排在文章收录数量的第二梯队。美、日、欧盟等氢能领域先进国家或地区都在积极研发推广氢能技术。我国在ICHS 2013的论文发表数量和领域覆盖面上都与先进国家存在一定差距,今后应积极投稿并参加会议,提升我国在氢安全领域的国际影响力和话语权。     

电解水制氢技术概述及发展现状

由于传统化石燃料的不可再生性以及燃烧释放CO_2所带来的环境问题,需要积极发展新能源来替代传统能源。氢能具有热值高、来源广泛以及可持续发展等优点,因此备受人们青睐。在各类H_2制备技术中,电解水工艺简单,生产全程无污染,是制备H_2的重要发展途径。本文介绍了电解水制氢的原理并分析电解水制氢的影响因素,同时分别从阴极析氢材料、阳极析氧材料以及电解池系统三个方面来阐述目前电解水制氢技术的发展现状。     

太阳能制氢技术

氢能是一种高效、无污染的新能源，利用可再生能源制氢是开发氢能源的有效途径。文章总结了国内外目前利用太阳能制氢技术的发展现状，介绍了利用光伏系统转化的电能电解水制氢和利用太阳能的热化学反应循环制氢2种清洁无污染的制氢工艺。     

我国发展氢能的战略建议——从“浅绿”到“深绿”（上）

一氢能越来越受到国际社会重视 氢能可以由各种一次能源制取,没有地域的限制;氢燃烧最终产物是水,不仅没有污染,而且水又是制氢的原料;氢可以像天然气那样储存,将其用于太阳能(风能)一氢能系统,可以解决可再生能源时空分布不均的问题.氢的这种地域与资源的无限性、环保性及可储存性得到科学界、工业界的高度评价,被认为是人类未来的能源.     

可再生能源制氢系统制氢电源研究

利用风电、光伏发电等可再生能源电力的制氢系统是未来制备氢能的发展方向,而制氢电源是制氢系统的核心部件.传统的基于晶闸管整流电路的制氢电源(下文简称为"晶闸管制氢电源")存在功率因数低、谐波大,延迟长等缺点.针对这一问题,本文采用PWM整流器作为制氢电源(下文简称为"PWM制氢电源"),把逆变电路中的SPWM调制和数字控...     

我国电氢协同发展问题、不同模式经济性分析与政策建议

氢能是新型能源体系中电能大规模长周期存储和远距离输送的重要载体,将氢能融入电力系统为大规模可再生能源电力消纳利用提供了新的解决方案。当前电氢协同仍然存在电解水制氢成本高、资源与需求不匹配、基础设施不完善、体制机制不适应等问题。为此,本文重点从生产、储运两个环节分析了不同电氢协同典型模式的经济性,研究发现电氢协同系统在降低绿氢生产成本、可再生能源远距离输送,以及电力系统大规模储能等方面具有一定优势。基于上述研究结论,本文进一步探讨了近、中、远期电氢协同的发展前景,并从战略规划、关键技术、体制机制等层面,提出了推动电氢协同的政策建议。