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氢在未来能源系统中的作用

时间：2022-04-09 08:16:35 来源：

举世罕见的团结一致，世界同意在2016年遏制全球变暖并减少巴黎的温室气体排放。尽管特朗普总统决定单方面将美国从《巴黎气候协定》中撤出，但可再生能源仍然在政策制定者和能源专业人员的议程中占据重要位置。欧盟计划到2050年成为第一个重要的气候中和经济体。风力涡轮机和光伏电池的广泛安装产生了另一个问题：间歇性的能源生产需要存储容量。

为了保持稳定的电网并防止停电，必须平衡生产和消耗。可再生能源的间歇性使公用事业公司头疼。德国已在其国内风能和太阳能基础设施上投资了2000亿欧元，这有时会产生比消费更多的产出，从而导致财富损失。它带来了负价格，并可能导致可再生能源与电网的（临时）断开。当可再生能源无法产生足够的能源（例如需要从较脏的燃煤电厂进行补充）时，也存在相反的可能性。

为了在大风和晴天存储电力，可以使用电池和氢气或氢气。前者已在特斯拉大电池等区域级别应用，这使臭名昭著的南澳大利亚电网保持相对稳定。但是，工业规模的生产会导致其他问题，这些问题通常是采矿活动的结果。

氢是宇宙中最丰富的元素，是一种更清洁的替代品。自从17世纪被发现以来，氢已被用于化学工业的各种设备中。但是，它也可以用于能源领域，其中H2不是能源，而是能源载体，这意味着它需要电力才能产生。

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当前，大部分消耗的氢气是通过汽化过程产生的，该过程将甲烷转化为H2和Co2。为了成为具有碳中和特性的未来能源系统的组成部分，需要通过对环境无害的电解过程产生氢气，该过程将电能转化为H2和O2。但是，该过程效率相对较低，因为在生产和转换过程中会损失大量功率。

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可再生能源发电能力的增长可以为这个问题提供解决方案。当前，风能和太阳能的间歇性有时会导致电力浪费。特别是在生产过剩的时刻，氢可能是解决方案。多余的电能可以被吸收以产生H2，并将其存储在价格有利于将其转换回电能的瞬间。

氢气也可用于为燃料电池电动汽车或FCEV供电。丰田等日本汽车制造商将赌注押在FCEV而不是电池驱动的EV上，从而成为汽车行业的未来。但是，电池有两个优点：充电不需要额外的基础设施，因为使用了现有的电网，并且价格大大下降了。由于电池成本的持续下降，电动汽车越来越有能力与具有内燃机的传统汽车竞争。

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与电动汽车相比，FCEV的另一个缺点是相对功率损耗。氢的产生和转化为电能会导致能量的大量损失。与电池驱动的汽车相比，在汽车中生产和消耗氢的最有效方法几乎需要两倍的生产能力。

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尽管功率损失很大，但氢的丰富和清洁性质可能使其成为未来能源系统中必不可少的环节。此外，有关氢气生产和转化的进一步研究可以提高效率并提高适用性。欧盟已将氢气指定为减少温室气体的工具。在亚洲，到2030年，中国公司将重点放在百万辆FCEV车辆上。对氢的日益关注以及可再生能源的兴起可能预示着技术飞速发展的时代。这可能会导致更高的效率和更低的价格，而这正是行业所需要的。


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