氫能手冊

《氫能手冊》是在我國“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的背景下，為助力我國《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021- 2035 年）》而策劃和組織編寫的。
《氫能手冊》由我國最早成立的氫能全國組織——中國可再生能源學(xué)會氫能專業(yè)委員會組織編寫。在闡述氫能基礎(chǔ)內(nèi)容、氫能管理、氫安全技術(shù)的基礎(chǔ)上，全景式描述了氫的制取，氫的儲存、運(yùn)輸及加注，氫能應(yīng)用等，共分四篇34 章，全面描述了氫能各領(lǐng)域的關(guān)鍵材料、工藝、裝備、系統(tǒng)和技術(shù)現(xiàn)狀，重點(diǎn)介紹了目前已成熟應(yīng)用或接近成熟的氫能技術(shù)，簡要介紹了一些尚處于研究開發(fā)中的前沿技術(shù)。附錄匯集了氫能相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)。
《氫能手冊》是我國首部氫能方面的工具書，既全面反映氫能技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展前景，又包括前沿技術(shù)內(nèi)容，還對氫能全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。全書內(nèi)容豐富，實(shí)用性和適用性強(qiáng)，可供氫能產(chǎn)業(yè)的工程技術(shù)人員、科研人員，政府管理人員和對氫能有興趣的各界人士參考閱讀，也可供高等院校新能源、化工、冶金、材料、環(huán)境等相關(guān)專業(yè)師生參考。

1.作者影響廣泛——由我國1985年成立的全國氫能學(xué)術(shù)組織——中國可再生能源學(xué)會氫能專業(yè)委員會組織編寫，專委會行業(yè)影響廣泛。 2.內(nèi)容全面——涵蓋了氫能領(lǐng)域的基本技術(shù)，包括已成熟應(yīng)用的技術(shù)，有工業(yè)化前景的技術(shù)，以及相關(guān)技術(shù)展望。具體包括：氫能概述，氫的制取，氫的儲存、運(yùn)輸及加注，氫能應(yīng)用，附錄列表顯示氫能相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)。 3.稀缺著作——《氫能手冊》為我國首部氫能手冊，切合國家能源轉(zhuǎn)型政策，為我國實(shí)現(xiàn)《氫能產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃（2020-2035）》政策實(shí)施提供支撐。 4.應(yīng)用廣泛——《氫能手冊》因氫能技術(shù)涉及廣泛，是多學(xué)科交叉的工程科學(xué)技術(shù)，本書涉及領(lǐng)域包括化工、材料、能源、冶金、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等專業(yè)，讀者群體廣泛。

2023年夏天北京時而持續(xù)高溫，酷暑難耐，時而大雨瓢潑，內(nèi)澇成災(zāi)；東南沿海臺風(fēng)頻發(fā)，周邊國家地震不斷，人類生存正面臨著氣候變化的極大挑戰(zhàn)。俄烏沖突引發(fā)的全球能源供應(yīng)緊張和起伏，給世界各國進(jìn)一步敲響了能源安全的警鐘。降低碳排放，控制氣候變暖，擺脫地緣政治影響，保障能源安全，已成為世界各國加快能源轉(zhuǎn)型的重要驅(qū)動力。
氫能是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型不可或缺的二次能源。氫能在構(gòu)建以新能源為主體的現(xiàn)代能源體系中堪當(dāng)大任，因?yàn)闅淠茏鳛閮?yōu)異的長周期大規(guī)模儲能介質(zhì)，可以大幅提高電網(wǎng)和分布式供能的穩(wěn)定性，提高風(fēng)光(風(fēng)能、太陽能)利用率，促進(jìn)可再生能源、資源的深度開發(fā)；氫能作為清潔燃料，可以部分彌補(bǔ)我國油氣資源的不足，降低對進(jìn)口油氣的依賴，保證我國的能源安全；利用氫能的能質(zhì)兩用特性，可以大幅降低高排放工業(yè)行業(yè)的碳排放，再造工業(yè)新流程。
近幾年在“雙碳”目標(biāo)的驅(qū)動下，我國氫能迎來了前所未有的發(fā)展新機(jī)遇。2022年我國發(fā)布了氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，配套政策呼之欲出；2023年4月氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展部際協(xié)調(diào)機(jī)制工作會議又進(jìn)一步提出了“拓展多元應(yīng)用場景，逐步推動商業(yè)化發(fā)展”的要求；表明我國氫能產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入一個新階段，以綠氫為源頭，以降碳為主要目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)氫能在工業(yè)、交通、發(fā)電等行業(yè)多元化、商業(yè)化應(yīng)用的新局面正在形成。
但是我們應(yīng)該清醒地認(rèn)識到，當(dāng)前氫能產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展初期，仍面臨著產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力偏弱、技術(shù)裝備水平偏低、標(biāo)準(zhǔn)體系尚需完善、支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)性制度滯后等諸多挑戰(zhàn)，氫能產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展之路依然漫長。還需要我們共同努力，破解氫能發(fā)展難題，實(shí)現(xiàn)氫能制備、儲運(yùn)和應(yīng)用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的科技進(jìn)步，以助力氫能產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈包括制-儲-輸-用等環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)鏈長，涉及的學(xué)科多，應(yīng)用范圍廣。當(dāng)前的氫能讀物多像珍珠一般散落于各處，缺乏一部系統(tǒng)完整的、兼具通識性和實(shí)用性的氫能讀物。為便于社會各界人士集中、快速、全景式地獲取氫能的產(chǎn)業(yè)政策、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、安全規(guī)范、制-儲-輸-用關(guān)鍵技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析等相關(guān)知識，促進(jìn)氫能在全社會的普及推廣，加快氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國可再生能源學(xué)會氫能專業(yè)委員會與化學(xué)工業(yè)出版社合作，以高等院校、科研院所的科研人員和身處產(chǎn)業(yè)一線的工程技術(shù)人員為骨干，組織百余位專家，歷時1年多，編寫了這部《氫能手冊》。
手冊面向從事氫能工作的政府官員、投資者、企業(yè)家、工程技術(shù)人員和關(guān)心氫能發(fā)展的各階層人士，全面描述了氫能各領(lǐng)域的關(guān)鍵材料、裝備、系統(tǒng)和技術(shù)現(xiàn)狀，重點(diǎn)介紹了目前已成熟應(yīng)用或接近成熟的氫能技術(shù)，簡要介紹了一些尚處于研究開發(fā)中的前沿技術(shù)。為增加手冊的可讀性、實(shí)用性和時效性，編寫過程中，特別重視將通識性的氫能知識與最新的科研成果和工程技術(shù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)緊密結(jié)合，以及時反映氫能技術(shù)的進(jìn)步和氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
手冊共分氫能概述、氫的制取、氫的儲存運(yùn)輸及加注、氫能應(yīng)用等4篇。
第一篇“氫能概述”，共5章，主要介紹了氫能沿革、氫能對實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的支撐作用、氫能技術(shù)發(fā)展情況及經(jīng)濟(jì)性分析、氫能管理(氫能政策與法規(guī)、氫能標(biāo)準(zhǔn))、氫能安全等內(nèi)容，主編為趙吉詩研究員、王昌建教授和王剛正高工。
第二篇“氫的制取”，共9章，主要介紹了可再生能源制氫、化石能源制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫、其他制氫技術(shù)和氫氣安全生產(chǎn)等內(nèi)容，主編為閆巍博士。
第三篇“氫的儲存、運(yùn)輸及加注”，共6章，主要介紹了氣態(tài)氫的儲運(yùn)、液氫的制備和儲運(yùn)、材料儲氫、氫加注、氫的主要壓力管路元件與氫的檢測等內(nèi)容，主編為徐煥恩研究員。
第四篇“氫能應(yīng)用”，共14章，主要介紹了氫在各類燃料電池、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和氫冶金等方面的應(yīng)用，主編為齊志剛博士和相艷教授。
附錄中包括了氫能方面的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，主要由趙吉詩、王剛、高繼軒、張璇編寫。
手冊最終由蔣利軍正高工統(tǒng)稿。
手冊在編寫過程中得到了化學(xué)工業(yè)出版社的大力支持，特別是袁海燕編輯在編寫各階段都給予了編寫組及時、認(rèn)真細(xì)致的幫助和指導(dǎo)，氫能專業(yè)委員會秘書處的郝雷秘書長、王樹茂正高工和王驪驪女士在手冊編寫的組織聯(lián)絡(luò)過程中發(fā)揮了重要作用。本手冊是氫能專業(yè)委員會組織的百余位專家集體智慧的結(jié)晶，希望這一手冊的出版，能為氫能知識的普及推廣和氫能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展貢獻(xiàn)綿薄之力。
在編寫過程中，我們力求敘述準(zhǔn)確，理論和實(shí)踐相結(jié)合，但由于水平有限，難免有不妥之處，懇請讀者批評指正。

蔣利軍
2023年11月10日

第一篇?dú)淠芨攀?01
引言 003

第1章氫能沿革 004
1.1氫的發(fā)現(xiàn)與用途 004
1.1.1氫元素的發(fā)現(xiàn) 004
1.1.2氫的來源及應(yīng)用 004
1.2氫的物理化學(xué)性質(zhì) 006
1.2.1物理性質(zhì) 006
1.2.2化學(xué)性質(zhì) 007
1.3氫能的概念與分類 007
1.3.1氫能的概念 007
1.3.2氫能的分類 008
1.4氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程 008
參考文獻(xiàn) 011

第2章氫能對實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的支撐作用 012
2.1交通領(lǐng)域 012
2.2工業(yè)領(lǐng)域 013
2.3建筑領(lǐng)域 014
2.4電力領(lǐng)域 015
參考文獻(xiàn) 018

第3章氫能技術(shù)發(fā)展情況及經(jīng)濟(jì)性分析 019
3.1氫能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景 019
3.1.1氫能制備技術(shù) 019
3.1.2氫能儲運(yùn)技術(shù) 022
3.1.3氫能加注技術(shù) 029
3.1.4氫能應(yīng)用技術(shù) 032
3.2氫能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 035
3.2.1氫能制備經(jīng)濟(jì)性分析 035
3.2.2氫能儲運(yùn)經(jīng)濟(jì)性分析 046
3.2.3氫能加注經(jīng)濟(jì)性分析 052
3.2.4氫能應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性分析 057
參考文獻(xiàn) 060

第4章氫能管理 061
4.1氫能政策與法規(guī) 061
4.1.1國家層面的政策 061
4.1.2地方政策 072
4.1.3氫能法規(guī) 085
4.2氫能標(biāo)準(zhǔn) 086
4.2.1國際氫能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 086
4.2.2我國氫能標(biāo)準(zhǔn)化政策及組織 087
4.2.3我國氫能標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及分析 090
4.2.4總結(jié)及建議 096
參考文獻(xiàn) 097

第5章氫能安全 098
5.1氫安全研究現(xiàn)狀 098
5.1.1氫制備安全 099
5.1.2氫儲存安全 102
5.1.3氫運(yùn)輸安全 102
5.1.4氫使用安全 103
5.2氫風(fēng)險評估 105
5.2.1定性風(fēng)險評估方法 105
5.2.2定量風(fēng)險評估方法 108
5.3氫安全應(yīng)急預(yù)警 117
5.3.1氫氣安全監(jiān)測與預(yù)警原理 117
5.3.2氫氣安全監(jiān)測與預(yù)警場景 117
5.4氫應(yīng)急裝備與系統(tǒng) 121
5.4.1通風(fēng)系統(tǒng) 121
5.4.2自動噴水滅火系統(tǒng) 121
5.4.3噴霧系統(tǒng) 122
5.4.4消防給水系統(tǒng) 123
5.4.5干粉滅火系統(tǒng) 123
5.4.6CO2 滅火系統(tǒng) 124
5.4.7惰性氣體系統(tǒng) 124
5.5典型氫安全事故概述 125
5.5.1美國加州埃默里維爾加氫站事故 125
5.5.2福島核電站氫氣爆炸事故 127
5.5.3加州圣克拉拉市氫氣爆炸和火災(zāi)事故 129
5.5.4挪威加氫站爆炸事故 130
5.5.5韓國儲氫罐爆炸 131
5.5.6沈陽氫氣噴射火事故 132
參考文獻(xiàn) 133


第二篇?dú)涞闹迫?35
引言 137

第6章可再生能源制氫 138
6.1堿性電解水制氫 138
6.1.1基本原理 138
6.1.2制氫裝置 140
6.1.3控制系統(tǒng)及儀表 149
6.1.4電解能耗及氣體純度的影響因素 155
6.1.5市場應(yīng)用 165
6.2質(zhì)子交換膜電解水制氫 167
6.2.1PEM 電解水概述 167
6.2.2PEM 電解水關(guān)鍵材料 168
6.2.3PEM 電解水部件與電堆 189
6.2.4PEM 電解水系統(tǒng) 199
6.2.5PEM 電解水裝備與應(yīng)用 200
6.3固體氧化物電解水制氫 201
6.3.1固體氧化物電解池概述 201
6.3.2固體氧化物電解水制氫基本原理 203
6.3.3固體氧化物電解池關(guān)鍵材料 207
6.3.4固體氧化物電解池的性能衰減 214
6.3.5固體氧化物電解堆及系統(tǒng) 219
6.3.6經(jīng)濟(jì)競爭力分析 227
6.3.7技術(shù)展望及挑戰(zhàn) 228
6.4陰離子交換膜電解水制氫 229
6.4.1基本原理 229
6.4.2AEM 電解水關(guān)鍵材料 231
6.4.3AEM 電解水系統(tǒng)部件與電解槽 240
6.4.4AEM 制氫系統(tǒng) 243
6.4.5設(shè)備的商業(yè)化進(jìn)展和應(yīng)用進(jìn)展 247
參考文獻(xiàn) 248

第7章其他電解水制氫 261
7.1電解海水制氫 261
7.1.1電解海水制氫概述 261
7.1.2電解海水析氫催化劑 262
7.1.3電解海水析氧催化劑 265
7.1.4海水制氫示范應(yīng)用 273
7.2電解廢水制氫 275
7.2.1尿素電解氧化反應(yīng)和產(chǎn)氫原理 275
7.2.2尿素廢水UOR 和HER催化劑概述 275
7.3電解煤漿液制氫 280
7.3.1電解煤漿液制氫機(jī)理 280
7.3.2電解煤漿液制氫的高活性電極 282
7.3.3電解煤漿液制氫的影響因素 283
7.3.4電解煤漿液制氫工藝 284
參考文獻(xiàn) 285

第8章光解水制氫 294
8.1概述及基本概念 294
8.2反應(yīng)類型和基本原理、過程及反應(yīng)熱動力學(xué) 294
8.2.1反應(yīng)類型 294
8.2.2基本原理、過程 295
8.2.3反應(yīng)熱動力學(xué) 296
8.3性能影響因素及效率評價 296
8.3.1性能影響因素 296
8.3.2效率評價 299
8.4催化劑的分類及改性 299
8.4.1催化劑的分類 299
8.4.2催化劑的改性 303
8.5反應(yīng)器及示范系統(tǒng) 306
8.5.1反應(yīng)器 306
8.5.2示范系統(tǒng) 307
參考文獻(xiàn) 309

第9章生物質(zhì)制氫 312
9.1基本原理 312
9.1.1暗發(fā)酵生物制氫基本原理 312
9.1.2光發(fā)酵生物制氫基本原理 314
9.1.3暗光聯(lián)合生物制氫基本原理 314
9.1.4生物質(zhì)熱裂解制氫基本原理 317
9.1.5生物質(zhì)氣化制氫基本原理 318
9.1.6生物質(zhì)超臨界氣化制氫基本原理 319
9.2關(guān)鍵技術(shù)及理論 319
9.2.1原料預(yù)處理關(guān)鍵技術(shù) 319
9.2.2生物發(fā)酵制氫關(guān)鍵技術(shù) 321
9.2.3生物質(zhì)熱化學(xué)制氫關(guān)鍵技術(shù) 323
9.3過程強(qiáng)化措施 324
9.3.1外源添加物調(diào)控 324
9.3.2光熱質(zhì)傳輸調(diào)控 328
9.4裝備與示范 329
9.4.1常見的生物質(zhì)制氫裝置 329
9.4.2生物質(zhì)制氫系統(tǒng)示范 335
參考文獻(xiàn) 340

第10章熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫 344
10.1熱化學(xué)循環(huán)原理及評價 344
10.1.1熱化學(xué)循環(huán)原理 344
10.1.2熱化學(xué)循環(huán)制氫效率 345
10.1.3熱化學(xué)循環(huán)過程評價與篩選 346
10.2熱化學(xué)循環(huán)體系 347
10.2.1氧化物體系 347
10.2.2含硫體系 347
10.2.3鹵化物體系 348
10.3典型混合循環(huán)體系 349
10.3.1混合硫循環(huán) 349
10.3.2Cu-Cl 循環(huán) 350
10.4碘硫循環(huán) 351
10.4.1碘硫循環(huán)的效率分析 351
10.4.2碘硫循環(huán)過程模擬與流程分析 352
10.4.3循環(huán)過程的材料研究與選擇 354
10.4.4碘硫循環(huán)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模集成系統(tǒng) 355
10.5熱化學(xué)循環(huán)制氫技術(shù)與高溫核能系統(tǒng)的耦合 358
參考文獻(xiàn) 358

第11章氨分解制氫 360
11.1多相催化法氨分解制氫 360
11.1.1多相催化法氨分解制氫原理 360
11.1.2多相催化法氨分解制氫催化劑 362
11.1.3氨分解制氫工藝 363
11.1.4氨分解制氫主要裝置 364
11.2電催化氨分解制氫 364
11.2.1電催化分解含氨溶液 364
11.2.2電催化分解液氨 365
11.2.3電催化分解氨催化劑 366
11.3低溫等離子體法氨分解制氫 367
11.4氨分解制氫應(yīng)用 367
參考文獻(xiàn) 368

第12章化石能源制氫 370
12.1煤氣化制氫 370
12.1.1基本原理 370
12.1.2煤氣化制氫技術(shù) 371
12.1.3煤氣化制氫的工藝流程 377
12.1.4煤氣化制氫的主要設(shè)備 383
12.2甲醇制氫 389
12.2.1甲醇制氫技術(shù)基本原理 389
12.2.2甲醇制氫催化劑 390
12.2.3甲醇制氫的工藝流程 391
12.2.4甲醇制氫關(guān)鍵設(shè)備 393
12.3天然氣制氫 396
12.3.1基本原理 398
12.3.2天然氣制氫工藝選擇 399
12.3.3天然氣制氫原料凈化技術(shù) 402
12.3.4天然氣制氫典型案例 404
參考文獻(xiàn) 406

第13章工業(yè)副產(chǎn)氫 408
13.1氯堿行業(yè)副產(chǎn)物制氫 408
13.1.1概述 408
13.1.2基本原理 409
13.1.3關(guān)鍵技術(shù)及工藝流程 411
13.2焦?fàn)t煤氣制氫 417
13.2.1概述 417
13.2.2基本原理 417
13.2.3焦?fàn)t煤氣制氫的工藝流程 419
13.2.4焦?fàn)t煤氣制氫的主要設(shè)備 419
13.2.5應(yīng)用實(shí)例 420
參考文獻(xiàn) 421

第14章氫氣生產(chǎn)安全 422
14.1氫的危險來源 422
14.1.1氫的固有危險特性 422
14.1.2氫生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料匹配 425
14.2電解水制氫安全 426
14.2.1制氫系統(tǒng)危險和有害因素 426
14.2.2安全設(shè)計 427
14.2.3操作要求 428
14.3化石能源制氫安全 429
14.3.1物料危險特性 429
14.3.2不安全因素及防范措施 430
14.4氫氣提純安全 431
14.4.1原料氣的危險特性 432
14.4.2安全規(guī)范 433
參考文獻(xiàn) 434


第三篇?dú)涞膬Υ?、運(yùn)輸及加注435
引言 437

第15章概述 438
15.1氫的儲存 441
15.1.1氫的儲存形式 441
15.1.2各類儲存主要特點(diǎn) 444
15.2氫的運(yùn)輸 445
15.2.1氫的運(yùn)輸形式 445
15.2.2各類運(yùn)輸形式主要特點(diǎn) 447
15.3氫的加注 447
15.3.1氫的加注形式 448
15.3.2各類加注主要特點(diǎn) 449
15.4未來挑戰(zhàn)與機(jī)遇 449
15.4.1氫的儲存、運(yùn)輸及加注當(dāng)前面臨的問題 449
15.4.2未來主要發(fā)展方向與機(jī)遇 450
參考文獻(xiàn) 451

第16章氣態(tài)氫的儲運(yùn) 452
16.1固定式儲氫 452
16.1.1概述 452
16.1.2臨氫材料 454
16.1.3儲氫設(shè)備 457
16.1.4儲氫系統(tǒng) 462
16.2交通運(yùn)載工具的氫儲存 463
16.2.1交通運(yùn)載工具的氫儲存——?dú)馄?463
16.2.2交通運(yùn)載工具的氫儲存——供應(yīng) 484
16.3氫的地面運(yùn)輸 495
16.3.1概述 495
16.3.2鋼制高壓瓶式容器 498
16.3.3大容積纖維纏繞高壓氣瓶 502
16.3.4型式試驗(yàn) 503
16.3.5管束式集裝箱 504
16.4管道運(yùn)輸 518
16.4.1概述 518
16.4.2純氫管道運(yùn)輸 518
16.4.3摻氫天然氣管道運(yùn)輸 528
16.4.4小結(jié)與展望 540
參考文獻(xiàn) 540

第17章液態(tài)氫的制備與儲運(yùn) 542
17.1氫氣液化 542
17.1.1氫氣液化概述 542
17.1.2氫氣液化工藝流程 544
17.1.3氫氣液化裝置 546
17.1.4液氫工廠 555
17.2液氫儲存 559
17.2.1地面液氫儲存 559
17.2.2車載液氫儲存氣瓶 562
17.3液氫運(yùn)輸 564
17.3.1液氫罐車運(yùn)輸 564
17.3.2液氫罐式集裝箱運(yùn)輸 570
17.4液氫安全 572
17.4.1液氫安全風(fēng)險及失效機(jī)制 572
17.4.2液氫生產(chǎn)、儲運(yùn)過程中的安全技術(shù)規(guī)范 573
17.4.3液氫儲運(yùn)過程中的安全技術(shù)規(guī)范 575
參考文獻(xiàn) 577

第18章材料儲氫 579
18.1概述 579
18.2固態(tài)儲氫技術(shù) 579
18.2.1固態(tài)儲氫材料 579
18.2.2固態(tài)儲氫裝置 588
18.3有機(jī)液體儲氫技術(shù) 597
18.3.1有機(jī)液體儲氫材料 597
18.3.2有機(jī)液體儲氫裝置 599
18.3.3加注裝置 601
18.3.4有機(jī)液體儲氫技術(shù)應(yīng)用 601
18.3.5有機(jī)液體儲氫標(biāo)準(zhǔn) 602
參考文獻(xiàn) 603

第19章氫加注 607
19.1氣態(tài)加氫站 607
19.1.1加氫站概述 607
19.1.2加氫站的分類 608
19.1.3加氫工藝及設(shè)施 608
19.1.4加氫站建設(shè) 615
19.1.5加氫站運(yùn)營管理 622
19.1.6加氫站發(fā)展 624
19.2液氫加氫站 625
19.2.1液氫儲氫型加氫站概述 625
19.2.2液氫儲氫型加氫站技術(shù)路線 625
19.2.3液氫儲氫型加氫站關(guān)鍵設(shè)備 626
19.2.4站控系統(tǒng) 627
19.3氣態(tài)壓縮機(jī) 627
19.3.1概述 627
19.3.2隔膜式壓縮機(jī) 628
19.3.3氣（液）驅(qū)動式壓縮機(jī) 634
19.3.4離子液壓縮機(jī) 648
19.3.5氣態(tài)壓縮機(jī)發(fā)展應(yīng)用 649
19.4氣態(tài)加氫機(jī) 649
19.4.1概述 649
19.4.2應(yīng)用場景 650
19.4.3加氫機(jī)配置 650
19.4.4核心零部件介紹 651
19.4.5加注標(biāo)準(zhǔn)及通用要求 653
19.4.6加注過程安全要求 655
19.5氣態(tài)加氫站控制系統(tǒng) 656
19.5.1站控系統(tǒng)的組成 656
19.5.2站控各功能控制 656
19.5.3監(jiān)控數(shù)據(jù)要求      660
19.5.4氣態(tài)加氫站站控安全要求 660
參考文獻(xiàn) 664

第20章氫的主要壓力管路元件
與氫的檢測 665
20.1氫氣管道元件概述 665
20.1.1管道組成件 665
20.1.2管道支承件 665
20.1.3管道安全附件 665
20.2氫氣管道元件用材料 666
20.2.1材料的氫脆性及測試評價 666
20.2.2氫氣壓力管道部件用材料 667
20.2.3氫氣閥門與法蘭用材料 667
20.3氫氣管道閥門 668
20.3.1氫氣管道閥門及分類 668
20.3.2典型氫氣閥門 670
20.3.3氫氣管道閥門性能測試 676
20.4氫氣管道連接件 678
20.4.1氫氣管道連接方式 678
20.4.2氫氣管道焊接 679
20.4.3氫氣管道連接件 680
20.5氫氣壓力管道元件選型規(guī)則 681
20.5.1氫氣管件選擇 681
20.5.2氫氣閥門與安全保護(hù)裝置選擇 682
20.6氫氣管道參數(shù)測量 683
20.6.1氣體壓力測量 683
20.6.2氣體溫度測量 684
20.6.3氫氣流量測量 685
20.7氫氣管路失效與泄漏檢測 686
20.7.1管道失效常見原因 686
20.7.2氫氣檢測一般方法 687
20.7.3氫氣泄漏的濃度傳感器 687
20.7.4氫泄漏濃度傳感器的選用案例 690
20.7.5手持氫泄漏探測設(shè)備 690
參考文獻(xiàn) 691


第四篇?dú)淠軕?yīng)用693
引言 695

第21章燃料電池概述 696
21.1什么是燃料電池 696
21.2燃料電池分類 697
21.2.1質(zhì)子交換膜燃料電池 698
21.2.2固體氧化物燃料電池 701
21.2.3堿性燃料電池 704
21.2.4磷酸燃料電池 705
21.2.5熔融碳酸鹽燃料電池 705
21.3應(yīng)用領(lǐng)域 706
21.3.1航天領(lǐng)域 706
21.3.2潛艇方向 706
21.3.3新能源汽車 707
21.3.4分布式發(fā)電站 707
21.3.5備用電源與家庭電源 708
參考文獻(xiàn) 709

第22章熱力學(xué)與動力學(xué) 710
22.1熱力學(xué) 710
22.1.1生成焓與生成吉布斯自由能 710
22.1.2熱力學(xué)電效率 711
22.1.3理論電壓 711
22.1.4電效率和熱效率 713
22.1.5能斯特方程 713
22.2動力學(xué) 714
22.2.1活化過電位 714
22.2.2開路電壓 715
22.2.3歐姆過電位 716
22.2.4濃差過電位 717
22.2.5實(shí)際電壓 718
22.3影響性能因素 719
22.3.1電堆及其材料與部件 719
22.3.2核心輔助部件 725
22.3.3運(yùn)行條件 727
22.4壽命 729
22.4.1燃料電池系統(tǒng) 729
22.4.2運(yùn)行條件和控制策略 730
參考文獻(xiàn) 730

第23章測試方法 732
23.1材料與部件 732
23.1.1催化劑測試方法 732
23.1.2質(zhì)子交換膜測試方法 735
23.1.3微孔層測試方法 737
23.1.4雙極板測試 738
23.1.5膜電極測試 739
23.2電堆與系統(tǒng) 742
23.2.1燃料電池電堆測試方案 742
23.2.2燃料電池系統(tǒng)測試方案 743
23.3測試設(shè)備 745
23.3.1單電池測試設(shè)備 745
23.3.2電堆測試設(shè)備 746
23.3.3系統(tǒng)測試設(shè)備 752
參考文獻(xiàn) 754

第24章質(zhì)子交換膜燃料電池 755
24.1材料與部件 755
24.1.1單電池 755
24.1.2電堆 757
24.1.3燃料電池系統(tǒng) 757
24.2性能與壽命 759
24.2.1燃料電池性能指標(biāo) 760
24.2.2燃料電池耐久性 763
24.3瓶頸與突破 764
24.3.1膜電極技術(shù) 764
24.3.2電堆技術(shù) 767
24.3.3系統(tǒng)關(guān)鍵部件 769
24.4燃料電池汽車示范與產(chǎn)業(yè)化 770
24.4.1城市示范群 771
24.4.2產(chǎn)業(yè)化 773
24.5空冷型PEMFC 775
24.5.1空冷型PEMFC 電堆 775
24.5.2空冷型自增濕PEMFC系統(tǒng) 775
24.5.3技術(shù)難點(diǎn)與解決方法 776
24.5.4運(yùn)行條件對空冷型自增濕PEMFC 性能影響 776
24.5.5空冷型自增濕PEMFC應(yīng)用 778
參考文獻(xiàn) 780

第25章固體氧化物燃料電池 783
25.1簡介 783
25.2材料與部件 783
25.2.1電解質(zhì)材料 783
25.2.2陽極材料 784
25.2.3陰極材料 785
25.2.4密封材料 786
25.2.5連接板材料 786
25.3單電池技術(shù) 787
25.3.1平板式單電池 787
25.3.2管式單電池 788
25.4電堆工程與評價 789
25.4.1電堆封裝 789
25.4.2電堆性能與壽命測試方法 789
25.4.3影響電堆壽命的因素分析 790
25.5系統(tǒng)集成與示范 791
25.5.1流程與效率優(yōu)化 792
25.5.2系統(tǒng)BOP 開發(fā) 792
25.5.3示范場景與經(jīng)濟(jì)效益分析 792
參考文獻(xiàn) 793

第26章磷酸燃料電池 795
26.1無機(jī)膜型磷酸燃料電池 796
26.1.1無機(jī)膜型磷酸燃料電池的結(jié)構(gòu)與基本單元 797
26.1.2磷酸燃料電池理論計算研究和經(jīng)典力場 800
26.2聚合物膜型磷酸燃料電池 801
26.2.1高溫聚合物電解質(zhì)膜 801
26.2.2HT-PEM 質(zhì)子導(dǎo)體 809
26.2.3理論研究和經(jīng)典力場 812
26.2.4膜電極 815
26.2.5電堆 819
26.2.6發(fā)電系統(tǒng) 821
26.3PAFC 燃料的選擇 824
26.4PAFC 的應(yīng)用場景 827
26.4.1熱電聯(lián)供 827
26.4.2交通運(yùn)輸： 車、船、飛機(jī) 828
26.4.3軍事裝備 829
參考文獻(xiàn) 830

第27章堿性膜燃料電池 836
27.1堿性聚合物電解質(zhì) 836
27.1.1APE 的離子傳導(dǎo)性質(zhì) 836
27.1.2APE 的化學(xué)穩(wěn)定性 837
27.1.3Ionomer 研究 846
27.2堿性氫電極 846
27.2.1堿性HOR 反應(yīng)機(jī)理研究進(jìn)展 847
27.2.2堿性HOR 反應(yīng)催化劑研究進(jìn)展 851
27.3非貴金屬氧電極催化劑 855
27.3.1單金屬氧化物 855
27.3.2復(fù)合金屬氧化物 856
27.3.3碳化物/氮化物/磷化物/硫化物等 859
27.3.4氮雜碳類催化劑 859
27.4堿性膜燃料電池 862
27.4.1AEMFC 和MEA 862
27.4.2貴金屬催化劑AEMFC 863
27.4.3非貴金屬催化劑AEMFC 864
27.4.4AEMFC 水管理 865
27.4.5AEMFC 穩(wěn)定性 867
27.4.6AEMFC 碳酸化 870
參考文獻(xiàn) 873

第28章直接甲醇燃料電池 880
28.1甲醇電氧化催化劑 880
28.1.1鉑基合金上的甲醇氧化反應(yīng) 880
28.1.2基于一維納米枝狀結(jié)構(gòu)的高效MOR 催化劑 882
28.2甲醇滲透及阻醇電解質(zhì)膜 885
28.3單電池技術(shù) 888
28.3.1DMFC 電極結(jié)構(gòu)和膜電極設(shè)計 888
28.3.2DMFC 耐腐蝕雙極板 891
28.4系統(tǒng)集成與示范 893
參考文獻(xiàn) 894

第29章熔融碳酸鹽燃料電池 902
29.1MCFC 材料與部件 902
29.1.1MCFC 的工作原理 902
29.1.2MCFC 的元件材料和制備工藝 903
29.2MCFC 電堆的組裝及測試 910
29.2.1MCFC 電堆結(jié)構(gòu) 910
29.2.2MCFC 電堆的燃料供應(yīng)與處理 911
29.2.3MCFC 電堆性能測試 913
29.3MCFC 發(fā)電系統(tǒng)的性能與壽命 917
29.3.1MCFC 發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成 917
29.3.2MCFC 發(fā)電系統(tǒng)性能 919
29.3.3MCFC 性能和壽命影響因素 921
29.4MCFC發(fā)電系統(tǒng)集成與示范 926
29.4.1Santa Clara MCFC 示范項(xiàng)目 927
29.4.2日本川越1MW 熔融碳酸鹽燃料電池試驗(yàn)電站 929
29.4.3MCFC 的商業(yè)化 932
29.4.4MCFC 制氫與CO2捕集 935
參考文獻(xiàn) 937

第30章應(yīng)用案例 938
30.1運(yùn)載裝備 938
30.1.1航天飛船 938
30.1.2水面艦船 939
30.1.3常規(guī)潛艇 941
30.1.4水下航行器 943
30.2便攜裝備 944
30.3機(jī)動化電站 945
30.4固定式電站 947
參考文獻(xiàn) 950

第31章氫內(nèi)燃機(jī) 951
31.1氫氣與化石燃料物理化學(xué)屬性 951
31.2氫氣供應(yīng)與混合 953
31.2.1進(jìn)氣道噴射和缸內(nèi)直噴 953
31.2.2氫氣射流及混合氣形成 955
31.3氫內(nèi)燃機(jī)燃燒與排放 956
31.3.1氫氣缸內(nèi)燃燒特性 956
31.3.2氫內(nèi)燃機(jī)異常燃燒特性 958
31.3.3氫內(nèi)燃機(jī)排放特性 959
31.4氫內(nèi)燃機(jī)車輛 961
31.4.1氫內(nèi)燃機(jī)設(shè)計與開發(fā) 961
31.4.2氫內(nèi)燃機(jī)車輛開發(fā) 962
參考文獻(xiàn) 965

第32章氫燃?xì)廨啓C(jī) 966
32.1氫燃?xì)廨啓C(jī)概述 966
32.1.1燃?xì)廨啓C(jī)概念、類型、工作原理 966
32.1.2氫燃?xì)廨啓C(jī)國內(nèi)外發(fā)展概況 968
32.1.3氫燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展趨勢 973
32.1.4氫燃?xì)廨啓C(jī)的低碳排放優(yōu)勢 973
32.2燃?xì)廨啓C(jī)氫燃料 974
32.2.1純氫燃料 975
32.2.2摻氫燃料 975
32.2.3氨燃料 975
32.3氫燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室 976
32.3.1氫燃?xì)廨啓C(jī)燃燒學(xué)基礎(chǔ) 976
32.3.2氫燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室結(jié)構(gòu)設(shè)計 979
32.3.3氫燃?xì)廨啓C(jī)污染物排放與控制 982
32.4氫燃?xì)廨啓C(jī)透平 985
32.4.1氫燃?xì)廨啓C(jī)透平氣動設(shè)計 985
32.4.2氫燃?xì)廨啓C(jī)透平結(jié)構(gòu)設(shè)計 990
32.4.3氫燃?xì)廨啓C(jī)透平熱管理 997
32.5氫燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)挑戰(zhàn) 999
32.5.1燃燒技術(shù)問題 999
32.5.2材料技術(shù)問題 1000
32.5.3其他技術(shù)問題 1002
32.6氫燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用 1002
32.6.1風(fēng)光電-氫-電系統(tǒng) 1002
32.6.2調(diào)峰調(diào)頻 1003
32.6.3分布式能源 1004
32.6.4替代傳統(tǒng)煤電存量項(xiàng)目 1005
參考文獻(xiàn) 1005

第33章天然氣摻氫內(nèi)燃機(jī)及民用燃燒器 1008
33.1天然氣摻氫燃料特性 1008
33.1.1物理和化學(xué)性質(zhì) 1008
33.1.2燃燒速度 1010
33.1.3最小點(diǎn)火能量 1013
33.1.4可燃極限 1015
33.1.5火焰穩(wěn)定性 1015
33.2天然氣摻氫內(nèi)燃機(jī) 1019
33.2.1燃料預(yù)混系統(tǒng) 1019
33.2.2燃燒與排放控制 1021
33.2.3應(yīng)用現(xiàn)狀 1026
33.3天然氣摻氫民用燃燒器 1029
33.3.1互換性分析 1029
33.3.2燃燒特性 1032
33.3.3應(yīng)用現(xiàn)狀 1035
參考文獻(xiàn) 1035

第34章氫還原與非高爐煉鐵 1037
34.1高爐噴氫工藝 1037
34.1.1高爐噴吹富氫氣體工藝 1037
34.1.2高爐噴吹純氫氣體工藝 1039
34.2氫能豎爐直接還原 1040
34.2.1富氫豎爐工藝 1040
34.2.2純氫豎爐工藝 1043
34.3熔融還原工藝 1046
34.3.1COREX 工藝 1046
34.3.2FINEX 工藝 1047
34.3.3HIsmelt 工藝 1048
34.3.4HIsarna 工藝 1049
34.3.5內(nèi)蒙古賽思普CISP工藝 1049
參考文獻(xiàn) 1050


附錄氫能相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn) 1052
附表一部分國家氫能政策梳理 1052
附表二地方氫能政策梳理 1059
附表三國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）氫能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1062
附表四國際電工委員會（IEC）氫能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1064
附表五美國氫能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程 1067
附表六日本氫能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1069
附表七德國氫能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1070
附表八其他地區(qū)及國家氫能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī) 1072
附表九我國氫能現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn) 1072
附表十我國氫能現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 1090
附表十一我國氫能現(xiàn)行地方標(biāo)準(zhǔn) 1098
附表十二我國氫能現(xiàn)行團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn) 1100
附表十三我國氫能儲運(yùn)加涉及特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范（TSG） 1117
附表十四我國氫能儲運(yùn)加相關(guān)法規(guī)及規(guī)范 1117
附表十五國際氫能儲運(yùn)加相關(guān)法規(guī)及規(guī)范 1118

索引 1119