绿电-氢能-多域应用耦合网络关键技术现状及展望

氢能作为一种绿色、零碳的二次能源,是能源转型发展的重要载体之一,已成为能源互联的重要媒介。可再生能源电解水制氢是未来制氢的主要途径,将促进能源结构调整与转型。然而我国氢能技术研发和产业应用尚处于初始阶段,氢能制备、储运、转换和应用产业链的各环节存在大量问题有待解决。分析了绿电制氢技术、氢气储运技术、氢能应用技术的发展现状,研究了绿电-氢能-多域应用典型场景和网络耦合集成关键技术,可为氢能制、储、用技术的结合和多域应用网络发展提供参考思路。     

电力低碳转型背景下氢储能的挑战与展望

随着新能源占比逐渐提高,作为辅助新能源并网的储能技术受到广泛关注。氢储能和燃料电池技术已被我国列为战略性能源技术,并积极应用到市场和企业发展中。电解水制氢可以平抑可再生能源并网带来的波动,帮助电网削峰调频;燃料电池作为提高能源转换率的发电装置,同时具备噪音小、无污染等优势,是消纳可再生能源的有效方式之一。对现有储能技术的发展现状和优势进行对比分析,着重介绍了氢储能系统目前关键技术和研究方向,并对氢储能商业化发展进行展望。     

利用太阳能制氢的方法及发展现状

发展清洁可再生能源是人类面临的巨大技术挑战,氢气作为一种理想的清洁能源,其制取及储运技术近年来都取得了很大进展。综述了利用太阳能分解水制氢的基本途径及发展现状,主要包括电解水制氢及人工模拟光合作用制氢、半导体光解水及其催化剂以及最有希望实现的高温热化学循环分解水制氢技术。     

电解制氢与氢储能

电解水制氢技术在直流电的作用下,将水分解为纯氢和纯氧。氢作为能源载体,可实现无碳能源的循环利用,可以将波动性的可再生能源电力通过"电–氢–电(或化工原料)"的方式加以高效利用,兼具绿色与高效的特点,为未来人类社会的能源转化利用提出了新的解决方案。本文基于氢储能的理念,介绍了电解制氢的技术特点,概括了国内外近期质子交换膜水电解技术的发展态势,分析了新型电解水技术的发展方向,并提出了我国未来发展电解制氢技术与氢储能的建议。     

推广天然气掺氢清洁燃料

正"推广天然气掺氢清洁燃料,将成为化石能源向氢能经济过渡、加速氢能产业发展的最可行方案,既缓解气荒,又大幅降低NOx等污染物排放,还为规模化氢能利用提供技术储备。"近日,西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室副主任陈斌对记者表示。"随着太阳能和生物质能制氢、核能制氢、分布式能源制氢、电解水制氢等技术的迅猛发展,未来氢     

碳中和背景下氢能利用关键技术及发展现状

氢能作为一种二次能源,因其绿色、灵活、来源广泛等特点,将在可再生能源占主导的未来能源体系中发挥重要作用。决定氢能产业大规模发展的核心是实现低廉、高效的原料来源和储运。为此,从可再生能源电解水制氢和储氢运输2个方面,对实现氢能清洁和高效利用的关键技术进行了综述。总结了欧洲和日本作为氢能利用的领先国家在氢能发展方面的一些思路与进展,也对氢能的成本因素进行了讨论。分析了我国氢能发展的趋势,对于未来我国氢能产业发展的前景,提出以下建议:建立健全法规与政策体系;重视氢源供应及储运的发展;积极探索发展各类氢能利用方式。     

煤气化制氢技术

氢将成为21世纪的一种重要的洁净能源。因而,制氢技术的发展受到了世界各国的高度重视。制氢技术通常分为两大类：一类是电解水制氢,需要消耗电能;另一类是从其它一次能源转化制氢,伴随有能量损失。从原料资源、能源利用效率以及技术经济等因素综合考虑,重视煤气化制氢技术对中国制氢技术的快速发展有非常重要的意义。介绍了中国煤气化制氢技术及其发展现状、市场前景、目前存在的问题以及相关的对策建议。     

过渡金属磷化物用于电解水析氢反应的研究进展

氢能是一种很有发展前景的可替代化石燃料的清洁能源,电解水制氢技术是最有希望实现能源可持续发展和零排放的制氢途径,而设计开发储量丰富、成本低廉以及高效稳定的电催化剂是电解水高效制氢的关键。过渡金属磷化物(TMPs)作为一种非贵金属催化剂,因具有天然丰度高、成本低、导电性好以及催化性能稳定等优势,近年来被广泛应用于电解水析氢反应的研究领域。概述了电解水析氢反应机理,介绍了TMPs的制备方法、常见的改性方法及其在电解水析氢反应中的应用,总结了TMPs电催化剂目前所存在的问题和面临的挑战并对其进行了展望。     

氢能的一种利用方法

绿色可再生能源是世界环境与经济发展的重要课题，以氢为燃料的燃料电池受到包括我国在内的世界各国重视。考虑到氢气储存、运输的困难，本文考察和分析了甲醇在氢能应用中的作用，提出我国应积极发展风能、太阳能发电－电解水制氢－用氢气与二氧化碳合成甲醇－甲醇燃料电池能源链。     

二硫化钼在电催化析氢反应中的应用进展

氢气因清洁和可再生等优点，被认为是一种具有发展前景的清洁能源，在未来替代传统化石燃料的可再生能源体系中具有重要地位。电化学分解水是一种高效且环境友好的制氢途径，在电解水制氢技术的发展中，高效电催化析氢催化剂的作用显得尤为重要。二硫化钼(MoS₂)具有较低的析氢吉布斯自由能及耐酸碱腐蚀等优点，因此，MoS₂作为高效的电催化析氢催化剂一直是研究热点。阐述了MoS₂的电催化析氢机理，综述了不同形貌MoS₂在电催化析氢中的应用，通过对MoS₂电催化剂进行改性来优化其催化活性。研究表明通过改善MoS₂边缘位点的催化活性、增加活性位点的数量等方法能够极大地改善MoS₂电化学析氢过程中的催化活性。     

电解制氢设备开发入选“863”

日前,由中船重工第七一八研究所承担的宽功率波动高效电解制氢设备的开发项目被科技部列为国家"863"计划项目风电直接制氢及燃料电池发电系统技术研究与示范重点内容,将开启可再生能源发电技术在水电解制氢领域的应用示范。高效电解制氢设备开发项目将风电技术与电解制     

面向高比例可再生能源消纳的电力市场建设及研究进展

完善的电力市场可在电力资源配置方面发挥决定性作用，是保证各类市场主体开展活跃的供需互动、促进可再生能源消纳的关键机制；针对性开展电力市场中影响可再生能源消纳因素的综合性分析，也是相关应用研究亟需。本文重点考虑全时间尺度下促进可再生能源消纳相关的交易机制，概述了国外典型电力市场结构及运行情况，梳理了相应电力市场结构及机制中促进可再生能源消纳的关键影响因素；围绕可再生能源消纳的多维关键影响因素，深入分析了我国各类市场结构和不同机制的建设现状，归纳出促进可再生能源消纳电力市场建设面临的挑战。从电力市场与碳市场、绿证市场耦合机制，可再生能源参与的中长期、现货交易及其衔接机制，面向高比例可再生能源的辅助服务市场，面向高比例可再生能源消纳的需求侧响应机制等方面，梳理了我国相关电力市场的学术研究进展。研究建议，实施多市场协同运作、中长期及现货交易衔接、辅助服务市场建设、需求响应机制建设等重点举措，支持面向高比例可再生能源消纳的电力市场建设。     

氢能的研究进展

随着可再生能源和生物制氢在氢源的开发、制氢源的开发和制氢技术中的不断拓展,高密度固体储氢材料的进一步研发,以及受燃料电池研究的驱动,氢能系统已经成为洁净能源研究的热点。综述了氢能系统中氢源的开发和制氢、储氢、输氢以及氢能利用5个技术领域的最新研究进展,旨在明确这些技术领域研究中的关键问题及主要研究方向。     

基于电催化析氧反应的非贵金属催化剂研究进展

在全球变暖和能源危机的背景下，能源问题已成为全球各国战略安全的重要组成部分。氢能作为可持续的新型可再生清洁能源，对缓解全球性能源短缺具有重要意义。在众多制氢候选方案中，电解水制备氢气被认为是最可靠、最可行的途径之一。但在电解过程中，反应动力学极为迟缓的阳极析氧反应(Oxygen evolution reaction,OER)严重制约着整体反应效率。因此，开发成本相对低廉、催化剂性能优异、耐久性好的高效OER电催化剂，从而提高电解水制氢工艺技术的能源转换效果受到了广泛关注。本文首先简要阐述了析氧反应的反应机制及其性能的评价参数，接着对非贵金属催化剂的研究进行分类讨论，并列举了提高催化性能的策略和方法，最后对设计新型催化剂进行展望。     

尿素分解制氢催化剂研究进展

氢能既是零碳燃料,又是化石能源和可再生能源之间过渡和转换的桥梁。相对于水分解制氢,尿素分解制氢可以实现节能,以及解决尿素环境污染的问题。尿素具有储量丰富、安全性高和低成本等优点,且其理论上分解制氢性能远优于水分解制氢,是未来氢气获取的重要来源之一。尿素氧化反应(UOR)是尿素分解制氢技术的重要半反应,决定了尿素电解池或尿素燃料电池的工作效率。催化剂在UOR反应中起着关键作用,其本征物化性质以及表面性质会显著影响UOR反应动力学,目前大体发展出无基底材料支撑的镍基催化剂、有基底材料支撑的镍基催化剂和非镍基催化剂三类。然而,UOR反应的过电位很高,高于理论值约1 000 m V。UOR反应是一种涉及多质子耦合电子转移步骤的复杂反应过程,其具体的反应机理远非简单的C-N键断裂。贵金属基催化剂具有良好的UOR催化性能,但存在价格昂贵和储量不足的缺点。非贵过渡金属基催化剂则成为研究的焦点,其催化性能可能与贵金属基催化剂相当或超过贵金属基催化剂性能。镍基催化剂成为催化UOR反应的明星材料,目前已发展出金属镍、氢氧化镍、氧化镍、磷化镍、镍金属有机框架材料等大量含镍催化剂。进一步,也发展出Ni-Zn-...     

基于阴离子交换膜电解水的离聚物研究进展

在能源日益匮乏的今天,氢能作为一种可再生、绿色环保的新型能源成为全球节能降碳的重要载体。传统的碱水电解(Alkaline water electrolysis, AWE)制氢要求较高pH的碱液作为电解液,而且只能在低电流密度下工作;质子交换膜电解水(Proton exchange membrane water electrolysis, PEMWE)制氢技术具有电流密度大、效率高的特点,被人们视为最有前景的电解水制氢技术,但是其昂贵的催化剂以及所需的高耐酸性部件成为制约PEMWE发展的重要因素。阴离子交换膜电解水(Anion exchange membrane water electrolysis, AEMWE)作为一种新兴的技术,可以实现低成本“绿氢”制备。相较于AWE,AEMWE避免了高浓度碱液的循环;相较于PEMWE,AEMWE则具有成本低、腐蚀性低等优势。离聚物作为关键部件膜电极(Membrane electrode assembly, MEA)中三相界面(Triple phase boundary, TPB)的重要组成部分,对AEMWE内部催化作用和水管理能力起着重要作用。本...     

我国氨氢动力海上船舶创新发展研究

航运业的迅猛发展使得传统船舶的能耗与环境问题日益显现，氨氢动力海上船舶将成为未来海洋交通运载工具的重要发展方向，从而有助于完成“双碳”目标任务和应对国际海事组织温室气体减排战略导向。本文研判了氨氢动力海上船舶的发展需求并全面梳理了国际发展现状，系统分析了氨氢动力海上船舶的关键技术体系，涵盖安全防护、燃料加注、氨重整制氢、海上船舶氨氢动力、可再生能源制氢、基于可再生能源的合成氨工艺、有害污染物排放处理；立足国情，论证提出了我国氨氢动力船舶的阶段性发展目标、上/中/下游的产业发展要素。研究建议，开展氨氢燃料供应体系、氨氢动力海上船舶基础设施建设等专项规划，加强支持性服务设施的维护，尽快积累工程化经验，为后续大规模产业链及基础设施建设提供依据，稳健推动氨氢动力海上船舶产业创新发展。     

阴离子交换膜离子传导率与耐碱稳定性研究进展

碱性膜电解水制氢和燃料电池技术是氢能产业链上的重要产氢和用氢技术。作为碱性膜电解槽及燃料电池的核心部件，阴离子交换膜承担着传递氢氧根离子、阻隔气体渗透、分隔正负两极的重要作用，决定着电化学过程效率和性能.现有阴离子交换膜的氢氧根传导率偏低和耐碱稳定性不高的问题严重制约着产氢和氢能转化效率.本文综述了近年来面向碱性膜电解水制氢和燃料电池应用的阴离子交换膜的发展动态，特别是在强化离子传导率、提高耐碱稳定性方面的方法和进展，以及膜材料化学组成和结构对膜性能的影响.     

非并网风电电解水制氢系统及应用研究

2013年中国风电新增装机容量为16.1 GW,累计装机容量为91.42 GW,两项指标均居世界第一,却有大量风机不能并网发电。当前,并网难已成为我国大规模风电发展中的突出问题。非并网风电是指风电系统的终端负荷不再是传统的单一电网,而是通过必要的技术创新与集成,直接应用于一系列能适应风电特性的高载能产业及其他特殊领域。在江苏大丰市建成日产120 Nm3非并网风电电解水制氢系统示范工程。该系统利用1台30 k W风机和1台10 k W风机共同给电解水制氢装置供电,采用非并网风电供电模式,风电联网不并网,消除了风电对电网的冲击,实现风电100%高效、低成本利用。该系统的研究可以揭示风电与电解水制氢工艺之间的耦合规律。     

面向绿氢生产的膜技术研究进展

与化石燃料制氢相比,绿氢具有原料可再生、生产过程碳排放低等优势.发展绿氢能够为双碳目标的实现贡献重要力量.本文介绍了绿氢的生产方法,包括光催化制氢、电解水制氢和生物质制氢等.膜具有选择透过性,在绿氢生产中发挥了重要作用.综述了膜在生产过程中的应用场景,包括电解水用膜和氢气分离膜等,讨论了绿氢生产用膜的研究进展和在绿氢生产中的应用现状,并针对存在的挑战进行了展望.