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氢能源产业链知识大全

2018-5-28 11:39| 发布者: admin| 查看: 14758| 评论: 0

摘要: 人类历史上每一次能源利用的里程碑式发展,都会开启一个新的时代。从木柴到煤炭再到石油,人类文明也随之飞速进步,同时也越来越离不开能源。而目前煤炭和石油等石化能源正面临着枯竭,人类文明又将面临一个重大的转 ...


二、氢能源是终极能源之路


目前可替代的新能源包括可再生电力、生物质和氢能等,我们认为氢能是最理想的新能源,最有希望成为能源的终极解决方案。


因为氢能相比于其他能源方案有显著的优势:


1)储量大、污染小、效率高;

2)比能量高(单位质量所蕴含的能量高);

3)可持续发展。


1.氢能大储量、零污染、高效率


氢元素是宇宙储量最丰富的,它构成了宇宙质量的75%,在地球上排第三,大储量保证其作为能源供给的充足性。此外,氢元素主要以水的形式存在,原料非常容易获取。


此外,氢气的供能方式主要是和氧气反应生成水释放化学能,其产物除了水无其他中间产物,整个供能过程无浪费、零污染。


2.氢能源生产和使用形成可循环闭环,实现可持续发展


氢能的研究已经有几百年的历史了。1766年,卡文迪许第一次从酸和金属反应中制得了氢气,1818年英国首次有目的的电解水制取氢气,开发了新的氢气来源“水”。


1970年通用汽车首次提出“氢经济”的概念。近年来,随着燃料电池的迅速发展,氢能作为最适宜的燃料也随之进入一个高速发展阶段。

下图是 “氢经济”概念示意图,氢能来自于水用,使用后的产物仍为水,由此形成一个可循环闭环系统,具有可持续性。

3.氢气比能量高,易于实现轻量化和高续航


氢气是常见燃料中热值最高的(142KJ/g),约是石油的3倍,煤炭的4.5倍。这意味着,消耗相同质量的石油、煤炭和氢气,氢气所提供的能量最大,这一特性是满足汽车、航空航天等实现轻量化的重要因素之一。


现阶段来看,氢气作为能量载体的最大竞争对手是电池。目前电池市场发展已经很成熟,然而氢能具备电池所不能比拟的优势,氢气的比能量远远超过电池,并且没有工作温度限制(电池工作温度范围大概在-20℃~60℃)。


以现在电池领域性能最好的锂电池为例,组装一颗锂电池需要相互匹配的正负极,就按目前理论容量最高的两种电池正负极材料来计算:


(负极 Si: 4200mAh/g;正极LiMn2O4:320mAh/g),锂电比能量=容量*输出电压/质量=4200*4/(1+4200/320)=2KJ/g,算上电池壳等组件(0.5的系数),其比最终能量=2*0.5=1KJ/g。


而氢的理论比能量=142 KJ/g,是锂电池理论比能量的71倍,即使加上储氢材料(以目前所能实现的质量比容量5.4%计算,未来还将持续增加),其比能量=142*0.054=7.67KJ/g,也达到锂电池的7倍多。

比能量高和无工作温度限制所带来的优势是十分显著的。比如,锂电手机一天就要充好几次电,如果换做氢能充氢一秒钟使用一星期再也不是梦想。


尤其是在交通运输领域,可以大大提高行驶里程,汽车、飞机、轮船、潜艇将均可实现应用。并且在极端环境中,比如冬天会达到零下四十多度的北方还有南极等地方,氢能都能正常使用。

4.未来电和氢将成为能源结构两大支柱,实现能源的标准化


氢是最理想的新能源,最有希望取代传统能源成为能源的终极解决方案,未来我们将跨入一个崭新的能源社会——氢能源社会。


在氢能源社会,将只存在两种能源:氢能和电能,由他们共同构成整个能源网络,成为能源结构中的两大支柱,并实现能源的标准化。


在未来,我们将通过一次能源(太阳能、风能、海洋能、热能等)的转换来获取氢和电能,同时氢气可以通过燃料电池技术来发电,而电也可以作用于水制取氢气,从而实现了整个能源网络的互联互通。


在电网延生到的地方我们可以取电之便利,而在电网之外我们用氢气储能和供能。



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