鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：730次 | 2019年06月15日
核能制氫有望打開(kāi)氫燃料電池發(fā)展源泉
近幾個(gè)月來(lái)國(guó)家密集出臺(tái)政策支持燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，燃料電池概念炙手可熱。但氫氣作為一種二次能源，需要利用一次能源來(lái)生產(chǎn)。以可持續(xù)的方式實(shí)現(xiàn)氫的大規(guī)模生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)氫廣泛利用的前提。隨著技術(shù)和工藝的不斷進(jìn)步，核能制氫有望打開(kāi)氫燃料電池發(fā)展源泉。
氫氣：優(yōu)異的二次能源
氫氣是一種多用途的能源載體，可以從各種能源中生產(chǎn)，并在整個(gè)能源部門(mén)的多個(gè)應(yīng)用中使用。因?yàn)樗且环N化學(xué)燃料，所以它能夠以電力無(wú)法實(shí)現(xiàn)的方式進(jìn)行交易和儲(chǔ)存，這使得一些化石能源滲透最深的行業(yè)能夠以最小的代價(jià)來(lái)切換到氫能源，包括鋼鐵生產(chǎn)、化工、供熱和長(zhǎng)途運(yùn)輸
氫氣的來(lái)源比較廣泛，既可以借助傳統(tǒng)化石能源如煤炭、石油、天然氣等通過(guò)化工方法制備，也可以由風(fēng)電、太陽(yáng)能的可再生能源發(fā)電后電解得到，甚至可以通過(guò)核能制取，能夠滿(mǎn)足各種場(chǎng)景對(duì)氫能的需求。
氫氣的能量密度高，燃燒熱位居當(dāng)前主流燃料之冠。同等質(zhì)量下氫氣的燃燒熱是液化石油氣的2.4倍、汽油的2.7倍、酒精的4.5倍。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
氫氣儲(chǔ)存與運(yùn)輸比較方便，可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)供應(yīng)、遠(yuǎn)距離輸送和快速補(bǔ)充。各種一次能源都可以轉(zhuǎn)化為氫氣，方便就地取材，轉(zhuǎn)化儲(chǔ)運(yùn)。比如將多余的電力轉(zhuǎn)化為氫氣，然后以壓縮氣體、液化、金屬氰化物、碳質(zhì)吸附等方式儲(chǔ)存起來(lái)，像傳統(tǒng)化石能源一樣通過(guò)管道、公路、船舶、鐵路等方式進(jìn)行運(yùn)輸。
值得注意的是，氫氣是一種二次能源，是載體而不是能源本身。雖然氫作為一種分子成分在自然界中很豐富，但人們需要消耗能量來(lái)產(chǎn)生純氫氣。氫本身不含碳，在氫能的消費(fèi)過(guò)程中，比如用于燃料電池或在熱機(jī)中燃燒時(shí)，水是唯一的排放物。然而，氫能整個(gè)生命周期的碳排放量由一次能源和制氫過(guò)程決定，在量化氣候效益時(shí)需要通盤(pán)考慮，不能武斷地說(shuō)氫是一種清潔能源。
氫燃料電池汽車(chē)
目前氫能的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還處于探索階段，氫能的主要有以下幾個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景：作為一種高能燃料，用于航天飛機(jī)、火箭等航天工業(yè)設(shè)備及城市公共汽車(chē)中；作為保護(hù)氣用于電子工業(yè)中，比如在集成電路、電子管、顯像管等的制備過(guò)程中；在煉油工業(yè)中對(duì)石腦油、燃料油、粗柴油、重油等進(jìn)行加氫精制；在冶金工業(yè)中還可以作為還原劑將金屬氧化物還原為金屬；在食品工業(yè)中，食用的色拉油就是對(duì)植物油進(jìn)行加氫處理的產(chǎn)物；氫氣也是化工工業(yè)中重要的合成原料。近年來(lái)興起的氫燃料電池汽車(chē)是氫能應(yīng)用的一個(gè)重要方向。
氫能源汽車(chē)包括氫內(nèi)燃車(chē)和氫燃料電池車(chē)兩大類(lèi)。其中，前者是將氫當(dāng)做化石能源的替代，利用內(nèi)燃機(jī)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。而氫燃料電池車(chē)是使氫或含氫物質(zhì)及空氣中的氧通過(guò)燃料電池以產(chǎn)生電力，再以電力推動(dòng)電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)推動(dòng)車(chē)輛。氫燃料電池具有清潔高效的特點(diǎn)，是普及利用氫能的關(guān)鍵技術(shù)。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
燃料電池有別于原電池，優(yōu)點(diǎn)在于透過(guò)穩(wěn)定供應(yīng)氧和燃料來(lái)源，即可持續(xù)不間斷的提供穩(wěn)定電力，直至燃料耗盡，不像一般非充電電池一樣用完就丟棄，也不像充電電池一樣，用完須繼續(xù)充電。甚至透過(guò)電堆串連后，可以媲美發(fā)電量百萬(wàn)瓦(MW)級(jí)的發(fā)電廠(chǎng)。
截至2018年4月，全球燃料電池電動(dòng)汽車(chē)（FCEV）達(dá)到8000輛。美國(guó)以4500輛汽車(chē)位居榜首，主要注冊(cè)在加州。日本位列第二，擁有2400輛氫燃料汽車(chē)，其次是德國(guó)和法國(guó)。在中國(guó)，燃料電池汽車(chē)的數(shù)目正在增長(zhǎng)。截至2018年6月，中國(guó)約有2000輛中型卡車(chē)和280輛公共汽車(chē)。在歐洲，燃料電池和氫聯(lián)合企業(yè)正在實(shí)施一個(gè)燃料電池公交車(chē)項(xiàng)目，其目標(biāo)是到2022年在20個(gè)城市部署大約300輛公交車(chē)。
核能：大規(guī)模制氫首選
在全球低碳能源革命的進(jìn)程中，大規(guī)模清潔制氫技術(shù)將是核能利用的發(fā)展源泉。目前比較成熟的制氫技術(shù)中，通過(guò)蒸汽重整技術(shù)和氣化技術(shù)從化石燃料中制氫是較為經(jīng)濟(jì)的選擇，適用于工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)，但缺點(diǎn)是會(huì)造成二氧化碳的排放，與直接使用化石燃料差別不大，與全球能源低碳轉(zhuǎn)型的方向相左。
缺點(diǎn)
蒸汽重整：用熱和蒸汽分解碳?xì)浠衔铩?/p>
大型化原理清晰，技術(shù)成熟，適于大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)，原料來(lái)源廣泛，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，是集中生產(chǎn)的理想選擇。
小型裝置還未商業(yè)化；有二氧化碳排放；氫氣含有一些雜質(zhì)；一次燃料本可直接使用；受天然氣價(jià)格波動(dòng)影響。
氣化：將重?zé)N和生物質(zhì)分解成氫氣和其他氣體。
大型化原理清晰；可用于固體和液體；豐富的（煤）資源。
比甲烷富氫少；效率低；煤中二氧化碳排放量高；原料需要預(yù)處理；使用前需要清洗；生物質(zhì)氣化仍處于中試規(guī)模；生物質(zhì)的能量密度低。
電解水
原理清晰；商用化技術(shù)成熟；產(chǎn)生高純度氫；模塊化；方便利用可再生電力；是分布式生產(chǎn)的理想選擇。
電價(jià)對(duì)氫氣的成本影響很大；整個(gè)技術(shù)鏈條的效率較低；需要開(kāi)發(fā)耐用的高溫電解模塊；與直接使用可再生電力的存在競(jìng)爭(zhēng)。
熱化學(xué)循環(huán)：利用核能或太陽(yáng)能產(chǎn)生的廉價(jià)高溫?zé)崮軐⑺纸狻?/p>
潛在的低成本大規(guī)模生產(chǎn)；無(wú)溫室氣體排放；高效率（預(yù)計(jì)約50%），研發(fā)和部署方面的國(guó)際合作。
未商業(yè)化；侵蝕性的化學(xué)物質(zhì)；工藝和材料技術(shù)仍需要大量的研發(fā)工作；高資本成本；需要部署高溫核反應(yīng)堆。
生物生產(chǎn)：藻類(lèi)和細(xì)菌在一定條件下直接產(chǎn)生氫氣。
潛在的巨大資源；不需要原料。
制氫速度慢，占地面積大；低效率；尚未發(fā)現(xiàn)合適的生物體；仍處于研發(fā)水平。
單個(gè)核電反應(yīng)堆的功率一般在百萬(wàn)千瓦左右，特種適用于大規(guī)模集中生產(chǎn)能源，特種可以作為基荷電源運(yùn)行。核能源供應(yīng)的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是消除供應(yīng)的不確定性和能源價(jià)格對(duì)石油、天然氣和其他燃料價(jià)格波動(dòng)的敏感性。核能，高效清潔，幾乎不排放空氣污染物，顯然是大規(guī)模集中生產(chǎn)氫氣的理想選擇。
目前制定的六種四代核電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，有四種堆型都引入了核能制氫的設(shè)計(jì)。我國(guó)在這方面走在了世界前列，2012年12月底，高溫氣冷堆示范項(xiàng)目在石島灣開(kāi)工建設(shè)，預(yù)計(jì)于2019年完工；2018年，釷基熔鹽堆實(shí)驗(yàn)堆落戶(hù)甘肅武威，預(yù)計(jì)2020年底建成。這兩種堆型都可以利用反應(yīng)堆產(chǎn)生的高溫制氫。
核能不僅可以通過(guò)直接的高溫反應(yīng)來(lái)介入氫氣的制備過(guò)程，核能產(chǎn)生的熱量還可以介入蒸汽重整制氫、高溫電解等反應(yīng)，甚至可以先通過(guò)核能發(fā)電，再用電解法制氫。
我國(guó)已經(jīng)有專(zhuān)家提出了核能制氫的呼吁，在今年全國(guó)兩會(huì)上，全國(guó)政協(xié)委員、中核集團(tuán)科技質(zhì)量與信息化部主任錢(qián)天林在“關(guān)于支持核能制氫與綠色冶金列入國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)的建議”中表示，當(dāng)前發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)在氫能生產(chǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域加快布局，我國(guó)需要積極配套政策，以贏(yíng)得未來(lái)氫能時(shí)代國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。
錢(qián)天林還表示，“目前世界上工業(yè)應(yīng)用的制氫方法以化石燃料重整為主，難以滿(mǎn)足未來(lái)氫氣制備高效、大規(guī)模、無(wú)碳排放的要求。而核能作為清潔的一次能源，核能制氫已經(jīng)發(fā)展成為一種清潔、安全、成熟的技術(shù)。核能制氫就是將核反應(yīng)堆與先進(jìn)制氫工藝耦合，進(jìn)行氫的大規(guī)模生產(chǎn)。核能制氫具有不產(chǎn)生溫室氣體、以水為原料、高效率、大規(guī)模等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)氫氣大規(guī)模供應(yīng)的重要解決方案。”
清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院副總工李富表達(dá)了相似的觀(guān)點(diǎn)，他說(shuō)：“低碳的氫，結(jié)合燃料電池技術(shù)和加氫的高品質(zhì)生物質(zhì)燃料生產(chǎn)，幾乎是當(dāng)前化石液體燃料的唯一替代品。核能制氫技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制氫，同時(shí)碳排放很少。”
核能制氫的未來(lái)
根據(jù)世界原子能機(jī)構(gòu)的研究，氫的未來(lái)和核能制氫的潛力將由以下主要因素驅(qū)動(dòng)：
-石油和天然氣的生產(chǎn)量；
-關(guān)于全球氣候變化氣體和二氧化碳排放的社會(huì)共識(shí)和政府決策；
-需要節(jié)約化石資源，以便在以后的環(huán)境友好應(yīng)用中使用；
-來(lái)自擴(kuò)展燃料儲(chǔ)備的能源安全和外國(guó)石油不確定性的獨(dú)立性；
-經(jīng)濟(jì)大規(guī)模制氫和輸送。
一般認(rèn)為，當(dāng)前核能制氫的瓶頸在于經(jīng)濟(jì)性和市場(chǎng)化。核能要有所作為，需要在常規(guī)工業(yè)制氫市場(chǎng)打開(kāi)之后，純粹靠核能去推動(dòng)制氫難度較大，用核能發(fā)電，然后用電力通過(guò)電解水制氫反而更劃算。天然氣作為民用能源，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用方面都很成熟。氫氣和天然氣類(lèi)似，如果氫氣產(chǎn)量足夠，修建類(lèi)似天然氣管道那樣的基礎(chǔ)設(shè)施輸送氫氣，也具有可行性。
安全性也是制約核能制氫的一大因素之一。眾所周知，常溫常壓下，氫氣是一種極易燃燒，無(wú)色透明、無(wú)臭無(wú)味且難溶于水的氣體。氫氣是世界上已知的密度最小的氣體，氫氣的密度只有空氣的1/14，且極易燃燒。如何保證與核電偶聯(lián)的設(shè)備在氫運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)過(guò)程中的安全，是需要突破的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
我們認(rèn)為，隨著低碳能源革命的深入，氫氣市場(chǎng)的打開(kāi)，核能制氫將很快突破瓶頸，成為氫燃料電池的發(fā)展源泉。
