PDF《氢能源的应用及其发展》

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11 1. 以燃料电池为核心的氢能应用 氢能是一种理想的清洁能源, 其在燃料电池领域的应用是发展氢能清洁利用的关键. 燃料电池是将氢气的化学能直接转化为电能的装置,具有转换效率高、零排放等特点, 是最佳的氢能利用技术.近年来,燃料电池技术的不断完善带动了以燃料电池为核心的 新兴产业的快速发展,其中,氢燃料电池汽车、分布式发电、氢燃料电池叉车以及应急 电源的应用已接近产业化. 1.1 氢燃料电池汽车 传统车用燃料面临紧缺, 且产生的汽车尾气是导致全球变暖和环境污染的主要因素 之一, 这使得汽车工业找到新的技术以替代传统的燃油技术并降低污染物排放变得尤为 紧迫.氢燃料电池汽车(FCEV)可实现真正的零排放、零污染,是传统燃油汽车理想的 替代品,也是氢能清洁利用的主要方式. 1.2 分布式发电 分布式发电一般是指靠近最终用户或者就在最终用户处(工厂、商业企业、公共建 筑、街区、私人住户)的集成或者单机的小型发电装置. 目前, 以燃料电池为主的分布式发电已在欧美日韩等发达国家和地区开始初步商业 化.其中,日本的家用燃料电池发展领先于世界,基本可完全实现商业化.质子交换膜 燃料电池(PEMFC)和磷酸型燃料电池(PAFC)是现有家用 CHP 最常用的燃料电池类 型. 1.3 氢燃料电池叉车 叉车是物流行业中必不可少的搬运工,是工业车辆中的重要设备,但同汽车一样, 大多数叉车依然使用化石燃料提供动力,产生的尾气对环境造成了很大的破坏.保守估 计,我国内燃叉车保有量约

35 万台,叉车参与的所有环节产生的碳排放量,总量估计 高达上千万吨,因此,将零排放的燃料电池用于叉车行业的环境效益显著,而且,有相 关报道表明燃料电池叉车的效率可在内燃叉车的基础上提高 30%~50%. 1.4 应急电源 信息技术部门、银行、医院等重要企业或机构与人们的日常生活息息相关,关乎每 个人的切身利益, 为了在发生电力供应不足或中断的情况下能够保证这些部门继续正常 工作,要求必须备有强大的应急电源系统.氢燃料电池,以其具有的能源效率高、环境 友好、占地面积小、质量轻、运行稳定可靠、寿命长(铅酸蓄电池的 2~10 倍)等特点 氢能源的应用及其发展 上海联合矿权交易所

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11 开始受到应急电源市场越来越多的青睐. 2. 以氢为载体的可再生能源应用 氢能是一种良好的能源载体,通过电解制氢的方式将风电、光伏电转化为氢气可提 高风能、太阳能的使用量和利用效率,制得的氢气可直接利用,还可掺入现有天然气管 网实现大规模输运和利用. 2.1 可再生能源消纳 氢储能技术巧妙地结合了可再生能源和氢能的共同发展, 与当前人们追求可再生能 源及清洁能源的利用趋势一致.目前,其高昂的投资成本及关键装置燃料电池、氢气储 运设备之间的配置与优化等问题是限制其发展的主要因素,当各环节进一步发展,制氢 成本最终得到控制时,其发展潜力巨大,有望取代传统制氢,成为既经济又环保的制氢 方式.此外,制得的氢气可直接掺入到现有的天然气管网进行输运,这很大程度上减少 了氢能的输运成本,有助于推动氢能的大规模使用. 2.2 可再生能源制得氢气掺入天然气的利用 将可再生能源制得的氢气掺入到天然气,组成掺氢天然气(HCNG) ,再通过现有天 然气管网输送的方式被认为是目前大规模输氢的最佳选择.研究发现,将氢气的掺入体 积分数控制在 17%以下时,基本不会对天然气管网造成影响.HCNG 用途广泛,可用作 交通燃料、清洁燃气和工业炉燃料,其中,交通燃料的使用是当前的研究重点. 3. 氢在化石能源清洁利用中的应用 氢气是化石能源清洁利用的重要原料. 油品质量升级和煤制清洁能源是化石能源清 洁利用的主要途径,而加氢则是这些过程中的重要环节. 3.1 油品质量升级 氢气是炼油企业提高轻油收率、改善产品质量必不可少的原料.炼油过程中的耗氢 主要集中在催化重整和加氢精制工艺.整个过程的氢耗一般介于原油质量的 0.8%~ 1.4%.而随着炼厂各种临氢工艺的快速发展,加氢装置数量的不断增多,氢气的需量将 进一步加大.目前氢气成本已是炼厂原料成本中仅次于原油成本的第二位成本要素. 面对如此巨大的氢气需求量,选择经济的制氢方式至关重要,目前,全球范围内炼 油企业中的 90%制氢装置都采用烃类蒸汽转化法,但考虑到化石能源的减少以及可再 生能源制氢成本的下降,由可再生能源制得的氢气有望作为主要的氢气来源,这不但具 氢能源的应用及其发展 上海联合矿权交易所