氫能發(fā)電的應用前景探究

摘要：人類的發(fā)展離不開能源，電力是現(xiàn)代社會應用最多最不可或缺的能源。氫能發(fā)電是近年來非常熱門也是各國科學家正在致力研究的一項技術(shù)，氫能具有環(huán)保清潔、可再生、可以存儲運輸?shù)忍攸c，對我國乃至世界的可持續(xù)發(fā)展都具有非常重要的意義。本文主要探究氫能發(fā)電的應用前景，分別從技術(shù)可行性、應用現(xiàn)狀和成本分析等幾個方面來進行闡述。

關(guān)鍵詞：氫能；發(fā)電；應用前景

一、氫能發(fā)電的技術(shù)可行性

要將氫能轉(zhuǎn)化為電能，目前有兩種方法，一種是利用氫能發(fā)電機，另一種是PEMFC燃料電池，兩種方式在技術(shù)和特點優(yōu)勢上各有不同，但都能夠完成氫能到電能的轉(zhuǎn)化。

（一）利用氫能發(fā)電機進行氫能發(fā)電

氫能發(fā)電機和普通的發(fā)電設(shè)備相比，首先是環(huán)保，幾乎沒有有害物體的排放，而且在運行過程中無噪音，可移動。盡管氫能發(fā)電機在原理上和傳統(tǒng)內(nèi)燃機大致相同，都要經(jīng)過吸氣、壓縮、爆炸、排氣這些過程，從而帶動電機輸出電流，但是氫能發(fā)電的過程需要制氫裝置和氫能發(fā)電機協(xié)同作用，當用電量比較小的時候，制氫裝置就通過電解水來制氫氣，儲存氫能，當用電高峰期來臨的時候再用氫能發(fā)電機發(fā)電，然后送入電力傳輸網(wǎng)，這樣同時達到了節(jié)能環(huán)保的效果。

（二）利用PEMFC燃料電池進行氫能發(fā)電

PEMFC技術(shù)是目前世界上最成熟的一種能將氫氣與空氣中的氧氣化合成潔凈水并釋放出電能的技術(shù)，PEMFC燃料電池在外型上和普通電池基本相似，其工作原理的實質(zhì)就是電解水的逆反應，即氫氣和氧氣發(fā)生化學反應生成水并釋放電能。其工作原理如下圖所示，在催化劑的催化作用下，陽極的氫氣分解成質(zhì)子和電子，然后通過質(zhì)子交換膜達到陰極，和氧氣結(jié)合生成水，并產(chǎn)生電能；在陰極，氧氣經(jīng)過壓縮裝置進入，在催化劑的作用下和電子、氫離子結(jié)合成水。

PEMFC燃料電池結(jié)構(gòu)及工作原理圖

PEMFC燃料電池將化學能轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化率理論上可以達到80%，能源的利用效率可以說非常高，而且具有啟動速度快、使用壽命長等特點，目前在汽車燃料的試驗上也取得了成功。

二、氫能發(fā)電的應用現(xiàn)狀分析

氫能是一種既環(huán)保，又具有高能利用率的綠色能源，能有效緩解全球能源短缺的狀況，被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗S多國家和地區(qū)都廣泛開展了氫能發(fā)電研究。

（一）氫能發(fā)電已經(jīng)在全球多個國家得到應用

氫能發(fā)電機已被應用到生活的各個領(lǐng)域，酒店、商場、家庭等場所都可以使用。2010年世界首座氫能發(fā)電站在意大利建成投產(chǎn)，年發(fā)電量達6000萬千瓦小時，一年可減少相當于6萬噸的二氧化碳排放量。現(xiàn)在，日本建有萬千瓦級燃料電池發(fā)電站，美國有30多家廠商在開發(fā)燃料電池，德、英、法、荷、丹、意和奧地利等國也有20多家公司投入了燃料電池的研究。2018年1月，日本建成的世界首個氫能市政供電設(shè)施開始試運行，產(chǎn)生的電力和熱能主要供應周邊的市民醫(yī)院、體育中心等。

（二）我國政府也將氫能源的利用列為重點關(guān)注的科研項目

國家在氫能源轉(zhuǎn)化為其他能源的科學研究方面投入了不少的資金和人力，并在相關(guān)高等院校、科研機構(gòu)和電力企業(yè)建立了一支氫能研究與應用隊伍。我國PEMFC燃料電池示范電站有多重形式，可以是固定的，也可以是移動的，還有備用峰值電站、備用電源、熱電聯(lián)供系統(tǒng)等各種發(fā)電設(shè)備。其中華南理工大學的質(zhì)子交換膜燃料電池示范電站，能源利用功率達到90%，完全可以滿足華工國際學術(shù)中心的正常用電量。中國首臺靜默移動發(fā)電站MFC30——“喬歌里1號”的問世，更是在能源、汽車、國防工業(yè)領(lǐng)域具有里程碑式的意義。預計在不久的將來，氫能發(fā)電便會惠及我國生產(chǎn)生活的方方面面。

三、氫能轉(zhuǎn)化為電能的成本分析

相對于我國目前普遍使用的風力發(fā)電、太陽能發(fā)電和火力發(fā)電來說，氫能發(fā)電的成本相對較高，與目前發(fā)電成本最高的太陽能光伏發(fā)電相比還高了11.5元/度，這對于普通家庭來說是比較難接受的，而且氫能發(fā)電站的建設(shè)成本比普通發(fā)電站要貴很多，配套設(shè)施也不完善，導致氫能發(fā)電的普及度還不是很高。好在固定式燃料電池的價格已經(jīng)有了明顯下降的趨勢，而且隨著氫能技術(shù)的不斷提升，再加上政府的支持與宣傳，氫能轉(zhuǎn)化為電能的成本會慢慢降低。其他國家如日本政府制定的“氫能基本戰(zhàn)略”也計劃在2030年左右將氫能發(fā)電投入商用，并使發(fā)電成本降低到與液化天然氣火力發(fā)電相同的水平。到時候，氫能發(fā)電市場將會逐漸擴大，也一定會被更多的家庭接受。

四、結(jié)語

氫能無可置疑是一種既環(huán)保利用率又高的能源，而電能是我們現(xiàn)代社會最不可缺少的東西。科學家用科學技術(shù)可以將氫能轉(zhuǎn)化為電能，不管是小型的電站還是大型的發(fā)電廠，都能給我們的生活帶來便利，又不會有二氧化碳排放量過大而影響環(huán)境的問題。對于目前氫能發(fā)電成本較大，普及率不高的問題，會隨著科學技術(shù)的發(fā)展有重大的突破，氫能發(fā)電成本必然會大大降低，能源轉(zhuǎn)化效率必然會不斷提高。同時國家也大力支持和發(fā)展氫能技術(shù)，投入了大量的人力、財力、物力，為氫能技術(shù)的發(fā)展保駕護航。可見氫能發(fā)電的應用前景是非常好的，在進行氫能推廣的時候，要結(jié)合國情，合理選擇試點，加快氫能的研究利用。

參考文獻：

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作者簡介：陸師禹（2000），男，江蘇泰州人，江蘇省泰州中學在讀，研究方向：新能源。