世界氢能利用现状及发展分析.docx

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世界氢能利用现状及发展分析

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宫攀蔡翘楚李淼杨丰铭刘晓琳

摘要：氢能利用始于上世纪70年代，作为能源转型的路径选择之一，目的是实现使用氢作为燃料取代传统化石燃料。通过氢燃料电池将氢能转化为电能兼具高转化效率、安全性和经济性，是目前氢能主要利用方式和未来发展方向。氢燃料电池主要应用于氢能汽车、分布式发电及热电联供系统、氢储能。世界上多数国家将发展氢能作为能源政策的重要补充，制定氢能发展战略和路线图。总体来看，氢能产能较大，交通运输集中，氢燃料电池低温适应性强，应用氢燃料电池的分布式热点联供系统短期具有一定应用前景，同时也受到技术、成本及政策方面的制约。

关键词：氢能;氢燃料电池;清洁能源。

一、氢能介绍

氢在地球上主要以化合态的形式出现，是宇宙中分布最广泛的物质，地球上氢的储量非常丰富，水是氢的大“仓库”。氢能是一种理想的清洁能源，不管是直接燃烧还是在燃料电池中的电化学转化，其产物只有水。氢具有燃烧热值高的特点，热值高达到34千卡每千克，大约是焦炭的4.5倍，汽油的3倍和酒精的3.9倍。氢能是氢在物理与化学变化过程中所释放的能量，具有能量密度大、无碳排放、资源蕴藏丰富的优点。

氢能利用有着悠久的历史，19世纪，电解水和燃料电池首次进行了展示，并出现了第一台用氢气作为燃料的内燃机。自20世纪中期以来，氢能一直是能源行业不可或缺的组成部分。美国宾夕法尼亚大学的J.O.M.Bockris教授于1972年第一次次提出了“氢经济”的理念，描绘了未来氢气取代石油成为支撑全球经济的主要能源后，整个氢能源生产、配送、贮存及使用的市场体系。但随后20年间，受到中东局势、原油价格下行、氢能技术不成熟等各种不确定性因素的影响，石油市场出现回暖，氢能发展的研究分析不断减少。

进入21世纪，全球能源出现了深入转型，燃料电池技术突飞猛进，氢能成为解决弃风、弃光等问题的储能方案之一，再次进入人们的视野。。

预计未来随着氢能技术的发展，特别是零碳氢燃料的制备技术、固态储氢技术、燃料电池技术的突破和加氢站的建设，氢能将在燃料电池汽车、船舶和飞机等交通运输领域拥有一定的应用前景。

二、氢能应用现状

氢能利用方式主要有氢燃料电池、直接燃烧和核聚变三种。通过氢燃料电池将氢能转化为电能兼具高转化效率、安全性和经济性，是目前氢能主要利用方式和未来发展方向。

氢燃料电池是通过电解水的逆反应，将燃料（氢气）与氧化剂（氧气）中的化学能，转化为电能的发电装置。氢燃料电池主要应用于氢能汽车、分布式发电及热电联供系统、氢储能。其中氢能汽车正逐步进入市场化推广阶段;分布式氢能电源和分布式热电联供系统处于早期市场化推广阶段;氢储能仍处于研究和示范阶段。

氢能汽车：氢燃料电池汽车（FCEV）是氢能清洁利用的主要方式，氢燃料电池汽车的最大优点是零排放、能量密度高、能量转换效率高（可高达60%）、续驶里程长、加氢时间短（一般加氢时间3分钟，可以续航里程400公里以上）等。丰田公司2014年推出第一款氢燃料电池车，以液态氢为动力源，充满储氢罐大约需要3-5分钟，可以支持500公里续航里程。

分布式发电及热电联供系统：美国能源部资助的“未来发电”项目中固体氧化物燃料电池与热机的300千瓦级工程示范装置发电效率达52%，热电联供后效率可达到80%以上。将氢能作为燃料广泛应用于社会日常生活和经济活动中，旨在建立可持续发展的地方氢能供应链，实现交通、供暖、工业等领域的低碳化。

氢储能：通过电解制氢的方式将多余的风电、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。法国阿海珐集团在科西嘉岛的“MYRTE”项目，集成了氢能系统和太阳能光伏电厂，旨在通过调峰和平稳光伏电厂负载来稳定电网。国内于2010年年底，在江苏沿海建成了首个非并网风电制氢示范工程，利用1台30千瓦的风机直接给新型电解水制氢装置供电，日产氢气120立方米（标准状态下）。

三、氢能相关政策

1.各国氢能政策

从各国氢能源的产业规划来看，多数国家将发展氢能作为能源政策的重要补充，加快氢能顶层设计，制定氢能发展战略和路线图，目标是到2040～2050年实现氢能的广泛应用。

20世纪90年代，环境污染和能源供需问题突出，氢能利用受到世界各国的重视，于2000年前后制定了一系列的发展战略和政策。

（1）日本于2004年将燃料电池列为国家新兴战略产业之一，并于2014年发布《氢能源白皮书》和《氢能战略发展路线图》，目标是到2040年，应用氢燃料电池的家用热电联供设备达到530万台，氢能汽车占新车销售份额的50%-70%。

（2）美国能源部于2001年发布氢能愿景，2018年恢复《燃料电池投资税收抵免政策》，目标到2040年实现使用氢燃料取代化石燃料的经济发展模式过渡。

（3）欧盟于2003年制定了《欧盟氢能路线