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“氢能十解”系列专题|第一解:解锁氢能新纪元
作者: 来源: 发布时间:2024-04-09 15:16:58 阅读次数:971

氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,是能源转型发展的重要载体和部分行业深度脱碳的重要选择。水电水利规划设计总院撰写并在其微信公众号发布了“氢能十解”系列文章,截至4月8日全系列文章全部发布。该系列文章从多角度对氢能进行分析,是了解氢能非常好的学习资料,现分二部分转载。看官也可以点击下列链接,分别阅读。



开篇语




尊敬的读者:

氢能 作为一种清洁、高效的能源载体,以其独特的优势,正在被全球视为未来能源体系的重要组成部分。今年是习近平总书记提出“四个革命、一个合作”能源安全新战略实施十周年。在当前深入推进能源革命,构建新型电力系统,建设新型能源体系的大背景下,立足国情,加速氢能的规模化发展,不但可以为我国能源安全与低碳转型保驾护航,同时有望通过“氢能牌”助力全球气候治理下的能源转型,加强氢能领域国际合作,为全球能源安全和绿色转型提供中国方案。


水电水利规划设计总院在前期氢能研究的基础上,为促进氢能行业发展,撰写了“氢能十解”系列文章。专题分为十个篇章,依次为《解锁氢能新纪元》、《氢能的绿色寻踪》、《氢基能源制取之谜》、《氢基能源流动之旅》、《氢基能源应用拼图》、《氢与电的交响曲》、《新型能源体系的氢密码》、《氢基能源规模之密》、《氢能关键技术之问》和《全球绿色氢能中心愿景》我们根据前期研究成果和对行业未来发展的思考,针对氢能发展的一系列问题提出了具有前瞻性的思路,为能源行业从业人员提供参考,为企业提供市场的导向,为社会公众提供认知的途径。我们希望通过这份“十解”,能够激发更多的创新思维,汇聚各方力量,共同推进氢能产业的健康发展,为建设一个清洁、低碳、安全、高效的中国现代能源系统贡献力量。


在此,我们诚邀社会各界的专家学者、技术人员、企业家、政策制定者以及广大关注氢能发展的朋友们,一同关注氢能的未来,共同探讨氢能事业的蓬勃发展之路。让我们携手并进,共同见证氢能科技的创新之路与氢能产业的繁荣未来。


水电水利规划设计总院

党委书记、董事长 李  昇






本篇作者:李  昇、姜  海、余官培


氢的历史:从拉瓦锡到拉·库尔


氢,宇宙中丰度最大的元素,在地球上氢的单质通常以气态形式存在,拥有工业原料和能源载体的双重身份。过去,氢更多地作为一种基本工业原料或产物出现在化工行业中,或作为化石原料的重要成份被固化在煤炭、石油或天然气中。在全球化石能源短缺和气候变化的双重压力下,氢因其可再生、零排放、高能量密度的绿色属性,受到了越来越多的关注。


16世纪瑞士化学家发现将铁溶解在硫酸中的过程会释放出一种神秘的气体,这是人类有记录的首次人工获得氢单质;1766年,亨利·卡文迪什通过相似的实验收集到了氢气并将其点燃获得了水。1783年,法国化学家拉瓦锡首先命名了氢气,意为“成水元素”;1800年,两位英国科学家尼克尔森和卡莱尔首次用电流将水分解成了气体,据此发明了电解槽,揭示了氢与电这对绿色未来愿景隐秘但密切的关系。



氢能是氢分子和氧分子反应生成水时放出的能量,准确地说应该是水相对于氢气和氧气的能量。1mol的氢气能量即是1mol的氢气与1/2mol的氧气所具有的能量与1mol的水(液体)具有的能量差。标准状态下(标准大气压,25℃),标准焓变是-285.830kJ,标准自由能的变化是-237.183kJ。氢的热值高达120MJ/kg,约为92号汽油(约44MJ/kg)的2.7倍,天然气(约46MJ/kg)的2.6倍,标准煤(约29.3MJ/kg)的4.1倍。


事实上,氢气作为能源应用的历史远比我们所认为的长,早在19世纪末,丹麦发明家拉·库尔为了解决如何储存风车产生电能的问题,将一个水磨坊风车产生的电力通过电解水生产氢,并将氢直接作为储备燃料使用。这也可以视为人类首次将氢作为可再生能源进行制备、存储和使用,尽管当时并没有相似的概念。历史中,拉·库尔采用风车发出的电能制氢并通过12立方米的储罐进行存储,由氢能供给的小镇用电,数年间没有出现过供电中断的情况,这也可以认为是氢首次应用于电网储能。