4.氫能安全與標(biāo)準(zhǔn)

　　1)安全

　　氫的工業(yè)使用有超過一百年的歷史，在工業(yè)使用環(huán)境中有著成熟完善的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用范例。氫在空氣中的擴(kuò)散性很強(qiáng)，氫泄漏或燃燒時(shí)，可以很快地垂直升到空氣中并消失得無影無蹤，氫本身沒有毒性及放射性，不會對人體產(chǎn)生傷害，也不會產(chǎn)生溫室效應(yīng)。

　　氫能具有較寬的著火極限、著火溫度低、燃燒速度快，作為新的能源形式，其安全性往往受到普遍關(guān)注。從技術(shù)方面講，通過物理和化學(xué)的手段，氫的使用是絕對安全的。

　　科學(xué)家已經(jīng)做過大量的氫能安全試驗(yàn)，證明氫是安全的燃料。如在汽車著火試驗(yàn)中，分別將裝有氫氣和天然汽油燃料罐點(diǎn)燃，結(jié)果氫氣作為燃料的汽車著火后，氫氣劇烈燃燒，但火焰總是向上沖，對汽車的損壞比較緩慢，車內(nèi)人員有較長得時(shí)間逃生，而天然燃料的汽車著火后，由于天然氣比空氣重，火焰向汽車四周蔓延，很快包圍了汽車，傷及車內(nèi)人員的安全。

　　現(xiàn)有的壓縮氫氣儲運(yùn)技術(shù)與液氫儲運(yùn)已經(jīng)比較成熟，能夠保證氫氣在儲運(yùn)過程中的安全性。

　　2)我國現(xiàn)有氫能相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(略)

　　5.氫能市場概述

　　我國氫氣年使用量2014年已逾2,150億m³規(guī)模，且未來增長迅速，預(yù)計(jì)到2020年可達(dá)到3550億m³

　　我國氫能市場消費(fèi)量中：合成氨用氫占全部市場的78%、石油化工占12.13%、甲醇占5.04%、苛性鈉占1.960%、電子占0.790%、浮法玻璃占0.130%、植物油占0.050%。

　　6.國內(nèi)外氫能綜合利用情況

　　1). HCNG

　　眾多發(fā)達(dá)國家都很重視氫能利用對可再生能源發(fā)展的技術(shù)和具體解決方案的發(fā)展。以Powerto Gas項(xiàng)目(P2G)為例，該項(xiàng)目緣于德國可再生能源的發(fā)展。美國、加拿大、韓國、歐盟等國家和地區(qū)均獲得了國家層面的支持，有大量的研究計(jì)劃和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目正在實(shí)施。日本政府建立和發(fā)展了規(guī)模巨大的氫能發(fā)展規(guī)劃，其計(jì)劃包括大規(guī)模發(fā)展氫燃料電池汽車，可再生能源發(fā)電制氫、HCNG計(jì)劃、分布式制氫規(guī)劃等。

　　美國，加拿大，意大利，印度、挪威、法國、瑞典等國在較早的時(shí)間就已經(jīng)開展了關(guān)于 HCNG客車的相研究。目前，HCNG 技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到多國的城市出租車、公交車和重型卡車上。

　　根據(jù)我們對氫能綜合利用技術(shù)及市場需求的調(diào)研分析，在眾多氫能綜合利用技術(shù)中，在天然氣中摻混氫氣(HCNG)具有技術(shù)成熟、易推廣、對環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。

　　利用先進(jìn)電解水制氫技術(shù)來制備氫氣并摻混到天然氣里，特別是在壓縮天然氣(CNG)中摻混氫氣作為汽車動力用燃?xì)?，有著非常好的燃燒特性、非常低的排放指?biāo)，具有非常好的經(jīng)濟(jì)性。

　　a.摻入20%氫氣后，在不帶催化器的情況下，排放和燃料消耗率相對于原天然氣發(fā)動機(jī)，NOx下降51%，，NMHC下降60%，CH4下降47%， CO下降36% ，BSFC(燃料消耗率)下降7%。

　　b.帶催化器的情況下，經(jīng)過優(yōu)化標(biāo)定后20%HCNG 發(fā)動機(jī)超過歐(國)Ⅴ，達(dá)到環(huán)境友好型汽車排放標(biāo)準(zhǔn)(EEV，大體與歐Ⅵ相當(dāng))。

　　c.摻混體積比20%氫氣的HCNG，在運(yùn)輸、儲存和使用過程中，不需要對現(xiàn)行CNG相關(guān)設(shè)備進(jìn)行任何改造。(國標(biāo)《加氫站技術(shù)規(guī)范》GB50516-2010)

　　HCNG汽車、加氣站均與CNG發(fā)動機(jī)、汽車、加氣站兼容。HCNG加氣站國家標(biāo)準(zhǔn)即將頒布。

　　2)HNG

　　德國E.ON和Greenpeace Energy等能源公司利用風(fēng)力發(fā)電的剩余電力電解水生成氫，然后提供給現(xiàn)有的燃?xì)夤艿谰W(wǎng)絡(luò)。在利用剩余電力的同時(shí)，通過在城市燃?xì)庵刑砑託?，削減硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)等有害物質(zhì)的排放。

　　3)甲烷化

　　氫與CO2反應(yīng)制備的甲烷，注入現(xiàn)有的天然氣網(wǎng)的話，除了可有效利用現(xiàn)有的天然氣和基礎(chǔ)設(shè)施，也能將被排出的二氧化碳作為資源加以再利用，從而削減CO2排出量，因此備受期待。特別是德國半數(shù)氫甲烷化，注入遍布全國的天然氣網(wǎng)項(xiàng)目。

　　4)氫燃料電池

　　氫燃料電池是利用氫和氧，直接經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的裝置，換言之，也就是電解水槽產(chǎn)生氫和氧的逆反應(yīng)。

　　70年代以來，日美等國加緊研究各種燃料電池技術(shù)，部分技術(shù)已進(jìn)入商業(yè)性開發(fā)。日本已建立萬千瓦級燃料電池發(fā)電站，美國、德、英、法、荷、丹、意等國也有20多家公司投入了燃料電池的研究。

　　5)氫動力汽車

　　目前氫動力汽車主要有兩個(gè)發(fā)展方向，一是純氫汽車，即氫內(nèi)燃機(jī)車,另一種是氫燃料電池車。

　　豐田、本田、日產(chǎn)、通用、福特、戴姆勒、寶馬、大眾、現(xiàn)代等汽車工業(yè)巨頭均在發(fā)展氫燃料電池汽車，預(yù)計(jì)美國加利福尼亞州2015至2017年達(dá)到5萬臺，德國在2023年達(dá)到50萬輛規(guī)模，英國在2030年160萬臺規(guī)模。印度至2020年全國推廣10萬輛氫能汽車。

　　6)氫能發(fā)電

　　利用氫氣和氧氣燃燒，組成氫氧發(fā)電機(jī)組。這種機(jī)組是火箭型內(nèi)燃發(fā)動機(jī)配以發(fā)電機(jī)，它不需要復(fù)雜的蒸汽鍋爐系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，啟動迅速，即開即停。在電網(wǎng)低負(fù)荷時(shí)，還可吸收多余的電來進(jìn)行電解水，生產(chǎn)氫和氧，以備高峰時(shí)發(fā)電用。

　　7)其它方面的應(yīng)用(略)

　　8)國內(nèi)的幾個(gè)重要示范項(xiàng)目

　　我國對氫能研究的投入近年來不斷增加，也取得了一定成果。

　　2006年，福田汽車與清華大學(xué)合作，承接了中美面向奧運(yùn)新能源汽車(DOE)項(xiàng)目的整車研發(fā)與制造工作，并在北京奧運(yùn)會及貴州六盤水市示范運(yùn)行。

　　清能華通公司聯(lián)合清華大學(xué)先后研發(fā)出 4 輛 HCNG城市公交車，累計(jì)運(yùn)行里程超過15000km。

　　2012年2月，山西省國新能源發(fā)展集團(tuán)有限公司在山西河津成功建成投產(chǎn)氫氣摻混壓縮天然氣(HCNG)加氣示范站。該加氣站是目前世界最大規(guī)模的HCNG加氣站(設(shè)計(jì)能力為日供2萬立方米車用HCNG)，為全國首個(gè)氫能示范項(xiàng)目。

　　河北建投沽源風(fēng)電制氫綜合利用示范項(xiàng)目：河北建投集團(tuán)、德國勃蘭登堡州波茨坦市、德國邁克菲能源公司、歐洲安能公司就共同投資建設(shè)河北省首個(gè)風(fēng)電制氫示范項(xiàng)目已經(jīng)開工(2015年5月)。示范項(xiàng)目位于張家口市沽源縣境內(nèi)。項(xiàng)目包括200MW風(fēng)力發(fā)電部分、10MW電解水制氫系統(tǒng)以及氫氣綜合利用系統(tǒng)三個(gè)部分。項(xiàng)目建成后電力供電京津唐電網(wǎng)，氫氣供冀北地區(qū)工業(yè)使用。