① 新能源誕生！或將代替燃煤發電並緩解氣候問題
導 語:在這個被牛群、苜蓿地和灌木叢生的沙漠公路包圍的猶他州小鎮上，在未來將會有數百名工人被解僱，他們是環境法規和廉價能源競爭的犧牲品。然而，在煤堆和熔爐對面，另一項變革正在進行當中......
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在猶他州沙漠的農村，開發商計劃在地下古老的鹽丘地層中建造洞穴，他們希望在其中以前所未有的規模儲存氫燃料。 鹽洞將像巨大的地下電池一樣發揮作用，可以在需要時儲存氫氣形式的能量。 該項目可以幫助確定氫在未來在全球提供可靠、全天候、無碳能源方面將發揮多大作用。
6月，美國能源部宣布提供 5.04 億美元的貸款擔保，以幫助資助「先進清潔能源存儲」項目——這是自喬·拜登總統重啟奧巴馬時代以向特斯拉和Solyndra提供貸款而聞名的項目以來的 首批貸款 之一。旨在幫助將一座擁有 40 年 歷史 的燃煤電廠的場地轉變為到 2045 年燃燒清潔制氫的設施。
在兩極分化的能源政策辯論中，該提案對於贏得廣泛聯盟的支持是獨一無二的，該聯盟包括拜登政府、參議員米特羅姆尼和組成猶他州國會代表團的其他五名共和黨人、農村縣專員和電力供應商。拜登定於周三在馬薩諸塞州舉行的一次活動中宣布應對氣候變化的新行動，該活動是在一家前燃煤電廠轉向可再生能源中心。
可再生能源倡導者將猶他州項目視為確保可靠性的一種潛在方式，因為未來幾年更多的電網將由間歇性可再生能源供電。
02
預計到2025 年，該工廠的初始燃料將是氫氣和天然氣的混合物 。此後，它將在 2045 年之前過渡到完全依靠氫運行。懷疑論者擔心這可能是延長化石燃料使用 20 年的一種策略，其他人則說他們支持投資清潔、無碳的氫項目，但擔心這樣做實際上可能會產生對「藍色」或「灰色」氫的需求。
「說服每個人用氫氣代替（而不是化石燃料）填充這些管道和工廠是天然氣行業的一個絕妙舉措，」智庫新共識專注於能源轉型的研究員賈斯汀·米庫拉說。
與碳捕獲或灰氫不同，該項目將過渡到最終不需要化石燃料。
隨著公用事業轉型並越來越依賴間歇性風能和太陽能，電網運營商正面臨新問題， 冬季和春季發電過剩，夏季發電不足 ， 供需失衡 引發了對潛在停電的擔憂，並引發了人們對進一步擺脫化石燃料來源的擔憂。
該項目將多餘的風能和太陽能轉化為可儲存的形式。清潔氫的支持者希望他們能夠在供應超過需求的季節儲存能源，並在後期需要時使用它。
工作原理 ：太陽能和風能將為電解槽提供動力，電解槽將水分子分解以產生氫氣。能源專家稱其為「綠色氫」，因為生產它不會排放碳。最初，該工廠將使用 30% 的氫氣和 70% 的天然氣運行。它計劃到 2045 年過渡到 100% 氫氣。
當消費者需要的電力超過了可再生能源的供應量時，氫氣將通過管道輸送到山間發電廠的現場並燃燒以驅動渦輪機，類似於今天使用煤炭的方式。從理論上講，這使其成為可再生能源的可靠補充。
03
三角洲農村的許多人希望將該鎮變成氫震中心，使其避免衰退影響關閉的燃煤電廠附近的許多城鎮，包括亞利桑那州的納瓦霍發電站。
但有些人擔心使用能源來轉換能源——而不是直接將其發送給消費者——比使用可再生能源本身或煤炭等化石燃料的成本更高。盡管三菱電力的氫基礎設施負責人邁克爾·杜克承認 綠色氫比風能、太陽能、煤炭或天然氣更昂貴 ，但他表示氫的價格不應與其他燃料相比，而應與鋰離子電池等存儲技術相比。
在米勒德縣，一個傾向於共和黨的地區，當地38%的財產稅來自山間發電廠，兩名燃煤電廠工人在上個月的共和黨初選中罷免了現任縣長。比賽看到整個城鎮貼滿了競選標志，並引發了對數百萬美元計劃以及它們如何改變就業市場和農村社區特徵的焦慮。
"人們對這個概念和建造它的想法沒有意見，"共和黨初選獲勝者之一特雷弗-約翰遜說，他從煤廠的停車場看向氫氣設施的位置。"只是煤電很便宜，而且提供了很多好工作。這就是問題所在。"
② 儲存太陽能的方法有哪些
地面上接受到的太陽能受氣候、晝夜、季節的影響，具有間斷性和不穩定性。如果可以把太陽能儲存起來，就像水庫把水積蓄起來發電一樣，將是一個很不錯的辦法。因此，對於大規模利用太陽能的人來說把分散的太陽能儲存起來變得很重要。太陽能可以直接儲存，但是儲存的能量有限。如果想有效儲存太陽能，必須把太陽能轉換成其他形式儲存。目前由於技術所限，大容量、長時間、經濟地儲存太陽能還比較困難。實際上，儲存太陽能的道理比較簡單，比如我們在日常生活當中，用暖水瓶來保存熱水，就是一種對熱量的儲存。目前，儲存太陽能的方法主要有以下幾種。
一、直接儲存太陽能
我國東北地區有一種暖牆，用土坯、磚或混凝土砌成，牆裡面中空，牆的下面是火爐。在寒冷的冬天，點燃火爐，火爐的煙經過暖牆排到室外，暖牆被加熱之後，熱量儲存在暖牆里，需要十幾個小時之後才會變涼。這樣白天燒火爐，解決了夜間取暖問題。北方地區的火炕，也起到儲存熱量的作用。同樣道理，利用蓄熱材料也可實現太陽能的直接儲存。太陽能的直接儲存分為短期儲存和長期儲存兩類。短期儲存可以把太陽能儲存幾個小時或者幾天；長期儲存可以把太陽能儲存幾個月之久。例如太陽房的砂石，就可以起到短期儲存太陽能的作用，夜間使用的能量就是白天吸收太陽輻射能量，用於。
太陽池對太陽能的儲存就屬於長期儲存。太陽池是一種具有一定鹽濃度梯度的鹽水池，能用於採集和儲存太陽能。太陽光照射到太陽池的底部，太陽池底部的高濃度鹽水吸收太陽光的熱量之後，因為含鹽的水密度大，不會和上面的水發生對流，這樣高溫的水始終保存在水池的底部。另外，水池上部的清水像一層厚厚的玻璃，把水池底部的長波輻射阻擋回去，使水池的熱量不會流失。這樣，太陽能就可以在太陽池中被長期儲存了。
在實際應用中，水、沙、石子、土壤等都可作為儲能材料，但儲能有限。其中水的比熱容最大，應用較多。在太陽能低溫儲存中常用含結晶水的鹽類儲能，就是應用這個原理製造的太陽池。但在使用中要解決過冷和分層問題，以保證工作溫度和使用壽命。太陽能中溫儲存溫度一般在100℃以上、500℃以下，一般在300℃左右。可以作為中溫儲存的材料有高壓熱水、有機流體、共晶鹽等。太陽能高溫儲存溫度一般在500℃以上，目前正在試驗的材料有金屬鈉、熔融鹽等。1000℃以上極高溫儲存，可以採用氧化鋁和氧化鍺耐火球。
二、轉化為電能儲存
把太陽能轉變為其他的能是比直接儲存更先進的辦法，這也是目前比較常見的做法。比如利用太陽能發電，把發出的電輸入蓄電池進行儲存。常用的是蓄電池，正在研究開發的是超導儲能。世界上鉛酸蓄電池的發明已有100多年的歷史，它利用化學能和電能的可逆轉換實現充電和放電。鉛酸蓄電池價格較低，但使用壽命短，重量大，需要經常維護。
近來開發成功少維護、免維護的鉛酸蓄電池，使其性能有一定提高。目前，與光伏發電系統配套的儲能裝置大部分為鉛酸蓄電池。鎳—銅、鎳—鐵鹼性蓄電池使用維護方便，壽命長，重量輕，但價格較貴，一般在儲能量小的情況下使用。現有的蓄電池儲能密度較低，難以滿足大容量、長時間儲存電能的要求。最新開發的蓄電池還有銀鋅電池、鉀電池、鈉硫電池等。某些金屬或合金在極低溫度下成為超導體，理論上電能可以在一個超導無電阻的線圈內儲存無限長的時間。這種超導儲能不經過任何其他能量轉換直接儲存電能，效率高，啟動迅速，可以安裝在任何地點，尤其是在消費中心附近，不產生任何污染，但目前超導儲能在技術上還不是很成熟，需要繼續研究開發。
此外，也可以利用太陽能提水儲能，白天利用太陽能把水從低處提到高處的蓄水池中，夜裡從蓄水池放水，利用水的落差進行發電，就實現太陽能儲存了。
三、太陽能的化學儲存
利用化學反應物吸收太陽熱量，然後再通過化學反應放出熱量，也是一種很好的辦法。這種儲能方式有不少優點，比如儲熱量大，體積小，重量輕，化學反應產物可分離儲存，需要時才發生放熱反應，儲存時間長等。化學儲能的要求比較嚴格，真正能用於儲熱的化學反應必須滿足以下條件：反應可逆性好，無副反應；反應迅速；反應生成物易分離且能穩定儲存；反應物和生成物無毒、無腐蝕、無可燃性；反應放熱量大，反應物價格較低等。對化學反應儲存熱能尚需進行深入研究，一時難以實用。
四、轉化為氫能儲存
儲存太陽能除了以上辦法之外，還有一個好辦法就是把太陽能轉化為氫能儲存起來。氫能是一種高品位能源。太陽能可以通過分解水或其他途徑轉換為氫能，氫可以大量、長時間儲存。它能以各種形態或化合物(如氨、甲醇等)形式儲存。氣相儲存儲氫量少時，可以採用常壓濕式氣櫃、高壓容器儲存；大量儲存時，可以儲存在地下儲倉、由不漏水土層覆蓋的含水層、鹽穴和人工洞穴內。液相儲存具有較高的單位體積儲氫量，但蒸發損失大。將氫氣轉化為液氫需要進行氫的純化和壓縮，正氫—仲氫轉化，最後進行液化。固相儲氫是利用金屬氫化物固相儲氫，儲氫密度較高，安全性好。目前，一般能滿足固相儲氫要求的材料主要是稀土系合金和鈦系合金。金屬氫化物儲氫技術研究已有30餘年歷史，取得了不少成果，但仍有許多問題有待研究解決。我國對金屬氫化物儲氫技術進行了多年研究，取得一些成果，目前研究開發工作正在深入。
五、轉化為機械能儲存
太陽能轉換為熱能，推動熱機壓縮空氣，能夠儲存太陽能。飛輪儲能是機械能儲存中最受人關注的。20世紀50年代，就有利用高速旋轉的飛輪儲能的設想，但一直沒有突破性進展。近年來，由於高強度碳纖維和玻璃纖維的出現，以及電磁懸浮、超導磁浮技術的發展，使飛輪轉速大大提高，增加了單位質量的動能儲存量。
六、塑晶儲存
美國在1984年推出一種塑晶家庭取暖材料。塑晶學名新戊二醇，它和液晶相似，有晶體的三維周期性，但力學性質像塑料。它能在恆定溫度下儲熱和放熱，塑晶在恆溫44℃時，白天吸收太陽能而儲存熱能，晚上則放出白天儲存的熱能。目前我國對塑晶也進行了一些實驗研究，但一直還沒實際應用。
七、太陽能-生物質能轉換
光合作用是植物、藻類和某些細菌利用葉綠素，在可見光的照射下，將二氧化碳和水轉化為有機物，並釋放出氧氣的生化過程。通過植物葉片的光合作用，太陽能把二氧化碳和水合成有機物，並釋放出氧氣。地球上最大規模轉換太陽能的過程就是光合作用了。我們現在大量應用的石油、煤炭都是遠古光合作用固定的太陽能。雖然光合作用對太陽能的轉換率很低，但是可以通過利用荒山荒地種植能源作物來間接擴大對太陽能的轉換。
③ 碳中和｜美國氫能及燃料電池發展路徑
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文/趙學良 中國石化發展計劃部，當代石油石化
1美國氫能及燃料電池產業概況
美國能源局從1970年就開始布局燃料電池研發，並一直處於世界領先地位。燃料電池備用好嫌碧電源和燃料電池叉車已具備市場競爭力，處於商業推廣階段；燃料電池乘用車處於政府補貼商業推廣階段；燃料電池巴士、大型貨車、商用車處於行車實驗驗證階段。2018年美國被評為國際氫能經濟和燃料電池夥伴計劃IPHE（International Partnership for Hydrogen and Fuel Cells in the Economy，為2003年由18個國家和歐盟共同發起成立的國際合作組織）主席國。
美國參議院決議確定2018年10月8日為美國國家氫能與燃料電池第四個紀念日，「參議院第664號決議」給出如下13點理由：
1）氫原子質量為1.008，而且是宇宙中含量最豐富的化學物質；
2）美國是燃料電池和氫能技術開發和部署的世界領先者；
3）氫燃料電池在美國太空計劃中發揮了重要作用，幫助美國完成了登陸月球的任務；
4）私營企業、聯邦和州政府、國家實驗室以及高等教育機構持續提高燃料電池和氫能技術，以解決美國最迫切的能源、環境和經濟問題；
5）利用氫和富氫燃料發電的燃料電池是清潔、高效的技術，被用於固定電源和備用電源、以及零排放輕型 汽車 、公共 汽車 、工業車輛和攜帶型電源；
6）固定式燃料電池正投入到連續和備用電源的使用中，以便在電網停電時為商業和能源消費者提供可靠的電力；
7）與傳統發電技術相比，固定式燃料電池有助於減少用水量；
8）燃料電池輕型 汽車 和使用氫氣的公共 汽車 可以完全復制內燃機車的經驗，包括行駛里程和加油時間；
9）氫燃料電池工業車輛正在美國各地的物流中心和倉庫部署，並出口到歐洲和亞洲；
10）氫氣是一種無毒氣體，可以從各種國內可獲得的傳統和可再生資源中獲取，包括太陽能、
風能、沼氣以及美國豐富的天然氣；
11）氫和燃料電池可以儲存能量以幫助增強
電網，並使可再生能源的部署機會最大化；
12）美國每年生產和使用超過1100萬噸的氫氣；
13）工程和安全人員及標准專業人員就氫氣的交付、處理和使用已經達成共識，並已制定出相關協議。
2美國發展氫能及燃料電池的初衷
美國參議院決議的理由充分說明，從國家層面而言，發展氫能及燃料電池具有降低二氧化碳排放、減者亂少空氣污染等清潔環保層面的意義，同時還具有降低燃油消耗、提高可再生能源利用率及電網可靠性等增加能源自給率、保障國家能源安全的優點。2014年美國發布《全面能源戰略》，將「發展低碳技術、為清潔能源奠基」作為放眼長遠的戰略支點，並明確提出，氫能作為替代性能源將在交通業轉型中起到引領作用。
2.1減少溫室氣體排放
由於氫燃料電池具有高效率和溫室氣體近零排放的特性，燃料電池系統能夠在很多應用領域實現溫室氣體減排。美國能源部研究了燃料電池的溫室氣體減排潛力。燃料電池應用於熱電聯產系統時，相比傳統熱電聯產系統可減少35%~50%的排放；燃料電池貨車相比燃油貨車可減少55%~90%的排放；燃料電池叉車相比柴油叉車或動力電池叉車可減少35%的排放；燃料電池巴士比內燃機巴士效率高40%；燃料電池備用電源相比柴油發電機可減少60%的排放。
美國能源部對比測算了不同能源介質運輸工具的油井到車輪（WTW）溫室氣體排放情況。天然氣制氫－氫燃料電池路線每英里排放二氧友舉化碳200克，低於美國現有電網取電－電動 汽車 路線230克和傳統燃油車450克的排放標准。配有二氧化碳封存的煤氣化制氫－氫燃料電池路線每英里排放二氧化碳95克，生物質氣化制氫－氫燃料電池路線每英里排放二氧化碳僅37克。
2.2減少燃油消耗
燃料電池提供了一種幾乎不消耗石油的提供動力方式，且可覆蓋美國大部分的石油消耗，如 汽車 、巴士、備用發電機和輔助發電機等。美國能源部的研究結果表明，氫燃料電池輕型 汽車 相比汽油內燃機 汽車 可降低95%的燃油消耗，相比混合動力車可降低85%的燃油消耗，相比插電式混合動力車可降低80%的燃油消耗。可以看出，相較大規模使用生物燃料、提高內燃機效率（ICEV包括使用混合動力 汽車 ），燃料電池車大規模應用後可以大幅減少國家的石油消費，到2050年燃油消耗量將降到目前的40%左右。
2.3提高電網可靠性、最大程度部署可再生能源
美國能源部預估光伏和風電的建設成本將大幅下降，「太陽計劃2030」（SUNSHOT2030）設定的目標是2030年光伏電站成本為3美分/千瓦時，2018年美國陸上風電成本已低至2.9美分/千瓦時。光伏和風電將得到迅速普及，預計到2050年風能裝機容量將達到404吉瓦，裝機容量占總容量的35%；光伏裝機容量將達到632吉瓦，發電量占總發電量的19%。
根據國際能源署發布的研究報告《GettingWindandSunontotheGrid》，當電網中間歇性可再生能源（以風電、光伏為主）的比例超過15%時，就必須配置相應的儲能設施。另外由於可再生能源的生產水平在不同時間段、不同季節之間存在顯著差異，例如歐洲的太陽能發電在冬季比夏季低60%左右，但電力需求卻增加40%，也需要配置大規模、長時間的儲能設施才能提高可再生能源的利用小時數，減少「棄風」「棄光」。
豐田、通用、賓士、林德等企業組成的氫能理事會研究表明，氫能是大規模儲存電能的一種重要選擇：相比超級電容、壓縮空氣、電池、飛輪儲能、抽水蓄能，氫能更適合長期大量儲存能量。當需要大規模儲能時可以液氫或者氫化物的形式存儲於地下鹽穴，估計每個兆瓦時的成本在50~150美元之間，與受地質條件限制較大的抽水蓄能相當，顯著低於其他的能量存儲方式。
2.4高能源轉化效率
燃料電池直接將燃料的化學能轉化為電能，效率非常高且不需要燃燒。氫燃料電池 汽車 的能量轉化效率約60%，大約是汽油內燃機的兩倍。
燃料電池用於固定電源，用天然氣或丙烷發電效率大致為45%；如果將透平系統與高溫燃料電池組合，發電效率可達到70%，結合熱電聯產系統效率可達80%，相比傳統煤電、天然氣發電45%~50%的綜合效率提高35%~40%。
2.5降低污染物排放
美國能源部的研究課題表明，燃料電池發電系統比燃煤、燃氣發電系統少排放75%~90%的氮氧化物、75%~80%的顆粒物（PM）。
2.6 H2@Scale計劃
H2@Scale是美國能源部（DOE）的一項倡議，將利益相關者聚集在一起，促進可負擔得起的氫氣生產、運輸、儲存和利用，增加多個能源部門的收入。通過政府資助將國家實驗室和工業界以項目形式整合在一起共同合作，以加快適用氫技術的早期研究、開發和示範。H2@Scale聯盟促進了工業界和學術界合作，利用國家實驗室世界級的研發能力，依賴私營部門進行至關重要的示範。
通過示範使尖端技術集成到現有系統中、驗證未來部署的商業可行性，並指導未來的研發計劃。美國目前生產超過1100萬噸氫氣，佔全球供應量的1/6，主要用於煉油和化肥工業。大型基礎設施包括超過1600英里的氫氣管道、不斷增長的加氫站和數千噸的地下儲存洞穴。H2@Scale計劃中氫能的地位與日本的氫能戰略類似，把氫能作為一種重要的二次能源，氫能與電能之間可以相互轉化。通過利用電解槽在發電量超過負荷時生產氫氣，可以減少可再生能源的浪費，並有助於電網的穩定。從現有基本負荷（如核能）中產生的氫氣也可以儲存、分配，並用作多種用途的燃料。這些應用包括運輸、固定動力、工藝或建築用熱，以及工業部門，如鋼鐵製造、氨生產和石油煉制。
3燃料電池商業化推廣現狀
截至2017年，在世界范圍內共有超過70000台、共計650兆瓦燃料電池處於商業運行狀態，其中移動領域應用佔比接近70%，非移動領域應用佔比30%，相關營收超過20億美元。
截至2018年10月，美國共出售或者租賃超過6200輛燃料電池乘用車，包括豐田Mirai、本田Clarity、現代Tucson；建成39個加氫站；商業應用超過23000輛燃料電池叉車；商業化普及超過240兆瓦燃料電池備用電源，遍及美國40個州；FedEx、UPS在試用燃料電池快遞車；多家公司試驗運行共33輛燃料電池巴士，其中最長行駛里程已經超過50萬公里。
3.1燃料電池備用電源應用現狀
截至2017年底，據美國DOE統計數據顯示，全美共銷售8400套燃料電池備用電源，其中900套獲得美國DOE經費支持，其他7500套未獲支持。燃料電池將天然氣轉換成電能供大型超市、數據中心、生產企業及其他工商設施使用，能源轉化效率從傳統發電的30%~40%提高到60%~65%，加上熱能利用可達90%，極大地減少了污染物排放，同時還減排二氧化碳。相較美國某些州的電網供電電費，使用燃料電池供電可節省一部分費用。
BloomEnergy是美國燃料電池發電的領軍企業，其燃料電池成本2016年第一季度為5086美元/千瓦時，2018年第一季度降至3855美元/千瓦時；而其安裝成本也從同期的1280美元/千瓦時降至526美元/千瓦時。
家得寶2014年在加利福尼亞試用安裝第一套200千瓦的燃料電池備用電源。驗證了其經濟性後，到2016年底為其140家連鎖超市都安裝了燃料電池系統，並准備將全部170家店都安裝上燃料電池備用電源。家得寶的首席財務官CarolTome曾披露：「使用燃料電池發電比從電網取電節省15%~20%的費用，同時減排大量二氧化碳。」
沃爾瑪在加利福尼亞、新澤西的60家超市安裝了燃料電池備用電源，用電規模按其單店用電量40%~60%確定，保障在電網斷電時冷櫃、照明系統、收款機可繼續工作，不至於致使食物腐敗，並在惡劣天氣情況下繼續為顧客服務，且使用燃料電池供電價格低於從電網取電價格。
Johnson&Johnson於2015年安裝了1台500千瓦BloomEnergy燃料電池電源，經其測算20年的運轉周期將總共節省1000萬美元的費用，每年減排130萬磅二氧化碳；Medtronic公司的報告顯示，其安裝的400千瓦燃料電池電源每年可節省電費230萬美元，每年減排100萬磅二氧化碳；Ratkovich公司的報告顯示，其安裝的500千瓦燃料電池電源每年可節省電費20萬美元；JuniperNetworks公司的報告顯示，其安裝的1兆瓦燃料電池電源配合300千瓦太陽能電池每年可節省電費12萬美元，每年減排270萬磅二氧化碳。
3.2燃料電池叉車推廣情況
據美國能源部2016年5月統計顯示，2008年美國氫燃料電池叉車數量在500輛左右，到2016年，美國26個州的氫燃料電池叉車數量已經超過11000輛，年復合增速高達56%。而截至2017年底，統計數據顯示全美共銷售21838台燃料電池叉車，其中713台獲得美國DOE經費支持，其他21125台並未獲得DOE經費支持。713台燃料電池叉車共獲得DOE970萬美元經費支持。
目前在美國使用燃料電池叉車的公司包括但不限於亞馬遜、宜家、寶馬、可口可樂、賓士、尼桑、聯邦快遞及一批食品公司，僅沃爾瑪在其北美的19個配送中心就配備了3000輛燃料電池叉車。PlugPower、NuveraFuelCells和OorjaProtonics，Hydrogenics及H2Logic提供了絕大多數的燃料電池叉車。
亞馬遜在2014年采購了535輛氫燃料電池叉車，在證明其成本效益的合理性後，於2017年4月收購了美國燃料電池製造商PlugPower23%的股權。除此之外，亞馬遜為其11個大型倉庫配備氫燃料電池叉車。2021年1月，電池巨頭SK集團與旗下天然氣子公司SKE＆S各出資8000億韓元，共約合13億美元，收購PlugPower9.9%的股份。短短幾年間PlugPower公司市值升值50倍。
相較內燃機叉車，氫燃料電池叉車沒有任何污染物排放，因此廣受食品工業青睞，更多被用於室內作業。相較電池叉車，氫燃料電池叉車可節省充電的時間和空間，並在整個輪班期間全功率運行，在冷藏倉庫環境中運行時不會出現任何電壓驟降的情況，從而提高運營效率和節省成本。
美國國家實驗室（NREL）對動力電池叉車和燃料電池叉車的總運行成本進行了評估，包括電池和燃料電池系統的購置成本、支持基礎設施的成本、維護成本、倉庫空間成本和勞動力成本。考慮到所有這些成本，NREL發現燃料電池叉車的總體擁有成本比同類動力電池叉車要低。
燃料電池叉車的樣本約60台，每天工作2~3班，每周6~7天。NREL發現，對於用於多班作業的Ⅰ類和Ⅱ類叉車，燃料電池可將總體擁有成本降低10%，從每輛叉車每年19700美元降至每輛叉車每年17800美元。三級叉車的擁有成本可降低5%，從每年12400美元降至每年11700美元。NREL的評估僅限於考慮電池和燃料電池叉車的擁有和運行成本，未評估燃料電池叉車提高生產力的潛在效益。
通過NRTL的敏感性分析，只要燃料電池叉車車隊的數量足夠大（敏感性分析中燃料電池叉車台數為30~100台）、多班次工作，燃料電池叉車的總操作費用會低於動力電池叉車。PLUGPOWER公司測算，對於擁有超過90輛二級叉車的客戶，5年預計節省成本超過40萬美元。
PLUGPOWER公司建設的加氫設施主要配合燃料電池叉車使用，建設在配送中心、工廠等廠房內，加註壓力350千克，操作溫度0~40 ，加註1台叉車耗時1分鍾，與美國、日本通常建設的車用加氫設施有所區別。
3.3燃料電池乘用車及加氫站情況普及情況
美國的加氫站主要集中在加州地區和美國東北部地區，東北部地區項目由美國液化空氣集團和豐田公司推動和主導，加州地區參與建設加氫站的企業包括空氣產品公司、Shell、Linde、豐田、本田等公司。全美目前已投運加氫站39座，計劃到2025年建成200座，2030年建成1000座。
截至2018年底，在美共銷售Mirai、Clarity、TucsonFuelCellSUV共計6200輛。除豐田、本田、現代已有燃料電池車商業化推廣外，賓士最新推出了GLCF–Cell燃料電池車，寶馬、奧迪、通用等企業也有燃料電池合作研發計劃。
3.4燃料電池巴士試驗運行結果
DOE於2012年制定的2016年燃料電池巴士技術預期指標及終極目標見表1。33輛試驗運行的燃料電池巴士中，ACTransit公司的13輛由UTCPOWER公司提供燃料電池系統，Sunline、UCI、OTCA、MBTA、SARTA公司的12輛由Ballard公司提供燃料電池系統。根據統計，截至2018年2月28日，最好的1輛車運行總時長超過27330小時，超過DOE終極目標；12輛ACTransit運營車輛平均運行時長19000小時，達到了2016年預期目標值。ACTransit公司車輛從2006年開始逐步投入試驗，試驗結果基本達到預期；Sunline、UCI、OTCA、MBTA、SARTA等公司從2015年逐步投入車輛試驗運行，周期較短，未達到驗證燃料電池壽命的時限。
3.5燃料電池貨車及商用車測試情況
豐田2017年推出第一代燃料電池卡車Alpha，在長灘和洛杉磯港口進行了近1萬英里的測試和拖曳操作；2018年8月推出了第二代燃料電池卡車Beta，續航增加50%。Kenworth、Scania、Asko等傳統卡車製造商在DOE、挪威政府科研資助下開展了氫燃料電池卡車的研發。PowerCell是一家低溫質子交換膜電堆開發、製造及零售商，開發和生產世界頂級能量密度的固定和移動應用的燃料電堆，開發的100千瓦S3燃料電池供歐洲運輸企業製造燃料電池卡車。Nikola為美國電動 汽車 製造商，宣稱其製造的燃料電池卡車2020年正式上路測試，2022年正式上市銷售，單價40萬美元；通過其官方推特宣稱已獲得80億美元的預訂單，並計劃與挪威NelHydrogen公司合作，2018年開始在全美陸續建設364個加氫站，並在2019年末陸續向公眾開放，到2028年將累計達到700座。FedEx和UPS都在DOE的資助下開展燃料電池快遞車輛運行試驗。
4結論
1）美國高度重視氫能及燃料電池產業的發展，視氫能為未來不可或缺的、僅次於電能的重要二次能源，在未來的工業、交通運輸、電網儲能、供熱發電等領域都將佔有相當的比重。
2）美國在燃料電池領域開展了長期、深入、全面的技術研發以及工業驗證實驗。美國從20世紀70年代就開展了氫能相關領域的研究工作，在制氫、儲氫、輸氫、燃料電池、儲能、相關安全環保事項、相關標准等領域技術儲備雄厚。在燃料電池發電、燃料電池叉車、燃料電池商用車、燃料電池巴士、燃料電池載重貨車等領域進行了長期的工業驗證實驗。
3）美國商業化推廣燃料電池態度是積極的，方式是慎重而穩妥的。在有充分的技術儲備後，美國政府僅利用少量的補貼進行了市場引導用於商業初期驗證實驗，實踐證明這部分技術已經具備市場競爭力，有望看到未來美國在燃料電池領域取得更長足的進步，獲得更多更廣泛的應用。
4）燃料電池技術是保障國家能源安全重要的技術手段。氫能可有效整合多種化石能源和可再生能源，加大可再生能源部署、提高能源自給率、有效降低原油消耗，為 社會 提供一種環保、高效的能源，對保障國家能源安全具有重要意義。
5）氫能是可以安全部署和利用的。幾萬台氫燃料電池叉車十幾年的安全運行經驗，十幾台氫燃料電池巴士上百萬公里的運行試驗，證明了氫氣是可以被安全、高效利用的。
6）固定地點或固定線路、高運營負荷的的燃料電池應用場景更適用於氫能產業的初步推廣。對比美國和日本的實踐，美國的模式是1個加氫站服務1個物流中心數十台、數百台燃料電池叉車，制氫售氫企業和燃料電池用戶的初始投資不高，而數十台滿負荷運行的燃料電池叉車就可以平衡1個35兆帕加氫站的投資收益，制氫售氫企業和燃料電池應用企業的投資回報合理，產品在沒有補貼的情況下得到迅速推廣；而日本在本州島大量建設加氫站，由於初期氫燃料電池乘用車售價較高、數量不足，平均每個站1天只服務幾台車，制氫售氫企業處於全面虧損狀態，同時由於加氫站的密度不夠、使用不便，用戶沒有經濟收益，一般用戶也不願意選擇氫燃料電池乘用車替代燃油乘用車。燃料電池乘用車的繼續推廣需要制氫售氫企業堅定戰略方向，等待燃料電池成本下降，燃料電池乘用車得到普及。
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④ 存儲氫氣的方式有哪些
氫能體系主要包括氫的生產、儲存和運輸、應用3個環節。而氫能的儲存是關鍵，也是目前氫能應用的主要技術障礙。大家知道，所有元素中氫的重量最輕，在標准狀態下，它的密度為0.0899克/升，為水的密度的萬分之一。在-252.7℃ 時，可以為液體，密度70克/升，僅為水的1/15。所以氫氣可以儲存，但是很難高密度儲存。
氫氣輸送也是氫能利用的重要環節。一般而言，氫氣生產廠和用戶會有一定的距離，這就存在氫氣輸送的需求。按照氫在輸運時所處狀態的不同，可以分為氣氫輸送、液氫輸送和固氫輸送。其中前兩者是目前正在大規模使用的兩種方式。
高壓氣態儲存
氣態氫可儲存在地下倉庫里，也可裝入鋼瓶中。為了提高其儲存空間利用率，必須將氫氣進行壓縮，盡可能使氫氣的體積變小，因此就需要對氫氣施加壓力，為此需消耗較多的壓縮功。氫氣重量很輕，即使體積縮小、密度增大，重量仍然如此。一般情況下，一個充氣壓力為20兆帕的高壓鋼瓶儲氫重量只佔總重量的1.6％，供太空用的鈦瓶儲氫重量也僅為總重量的5％。
為提高儲氫量，目前科技工作者們正在研究一種微孔結構的儲氫裝置，它是一種微型球床。微型球的球壁非常薄，最薄的只有1微米。微型球充滿了非常小的小孔，最小的小孔直徑只有10微米左右，氫氣就儲存在這些小孔中。微型球可用塑料、玻璃、陶瓷或金屬製造。
高壓氣態儲存是最普遍、最直接的方式，通過減壓閥的調節就可以直接將氫氣釋放出來。但是它也存在著一定的不足，即能耗較高。
低溫液化儲存
隨著溫度的變化，氫氣的形態也會發生變化。將氫氣降溫，當冷卻到-253℃時，氫氣就會發生形態上的變化，由氣態變成液態，也就是液氫。然後，再將液氫儲存在高真空的絕熱容器中，在恆定的低溫下，液氫就會一直保持這種狀態，不再發生變化。這種液氫儲存工藝已經用於宇航中。這種儲存方式成本較高，安全技術也比較復雜，不適合廣泛應用。低溫儲存液氫的關鍵就在於儲存容器，因此高度絕熱的儲氫容器是目前研究的重點。
現在一種間壁間充滿中孔微珠的絕熱容器已經問世。這種二氧化硅的微珠直徑在30～150微米，中間是空心的，壁厚只有1～5微米，在部分微珠上鍍上厚度為1微米的鋁。由於這種微珠導熱系數極小，其顆粒又非常細，可以完全抑制顆粒間的對流換熱；將3％～5％的鍍鋁微珠混入不鍍鋁的微珠當中，可以有效地切斷輻射傳熱。這種新型的熱絕緣容器不需抽真空，其絕熱效果遠優於普通高真空的絕熱容器，是一種比較理想的液氫儲存罐，美國宇航局已廣泛採用這種新型的儲氫容器。
在生產實踐中，採用液氫儲存必須先制備液氫，將氣態氫變成液態氫。生產液氫一般可採用3種液化循環方式，其中，帶膨脹機的循環效率最高，在大型氫液化裝置上被廣泛採用；節流循環方式效率不高，但流程簡單，運行可靠，所以在小型氫液化裝置中應用較多；氦製冷氫液化循環消除了高壓氫的危險，運轉安全可靠，但氦製冷系統設備復雜，因此在氫液化中應用不多。
金屬氫化物儲存
曾經有這樣一件奇怪的事情：在一間部隊的營房裡，史密斯中士把彎曲的鎳鈦合金絲拉直，放到工作台上，轉過身忙別的事情。過了一會兒，等他再回到檯子邊，看到剛才拉直的鎳鈦合金絲又變成原來彎曲的形狀了，史密斯中士對此感到很奇怪。
發現這種現象的不僅僅是史密斯中士，巴克勒教授也發現了這種現象。他發現被他拉直的鎳鈦合金絲又恢復到原來彎曲的形狀了。為什麼會這樣呢?巴克勒教授走到鎳鈦合金絲的旁邊，看到周圍並沒有什麼異常，他再試了一下看看是不是磁場作用的結果，可是經過檢測，周圍根本沒有磁場。這到底是什麼原因呢?當他無意中用手摸了摸放金屬的檯子，發現檯子很燙，難道是熱量在作怪嗎?巴克勒教授決定親自試一試。他把鎳鈦合金絲一根一根地拉直，然後又把它們放到檯子上，結果和剛才一樣。他又將這些鎳合金絲拉直放到另外一個地方，這些金屬並沒有彎曲，還保持原來的樣子。也就是說，放在高溫地方的鎳鈦合金絲會恢復到原來彎曲的樣子，而放在其他地方的鎳鈦合金絲沒有改變形狀。巴克勒教授從而發現了一個非常重要的科學現象，即合金在上升到一定溫度的時候，它會恢復到原來彎曲的狀態。巴克勒教授由此得到一個結論：鎳鈦合金具有記憶力。鎳鈦合金具有記憶力，那麼其他金屬有沒有記憶力呢?巴克勒教授並沒有淺嘗輒止，放過對其他事物研究的機會。他做了許多實驗，最後他發現合金大都具有記憶力。
根據合金的這一特性，近年來，一種新型簡便的儲氫方法應運而生，即利用儲氫合金(金屬氫化物)來儲存氫氣。這是一種金屬與氫反應生成金屬氫化物而將氫儲存和固定的技術。氫可以和許多金屬或合金化合之後形成金屬氫化物，它們在一定溫度和壓力下會大量吸收氫而生成金屬氫化物。而反應又有很好的可逆性，適當升高溫度和減小壓力即可發生逆反應，釋放出氫氣。金屬氫化物儲存，使氫氣跟能夠氫化的金屬或合金相化合，以固體金屬氫化物的形式儲存起來。金屬儲氫自20世紀70年代開始就受到了重視。
儲氫合金具有很強的儲氫能力。單位體積儲氫的密度，是相同溫度、壓力條件下氣態氫的1000倍，也就是說，相當於儲存了1000個大氣壓的高壓氫氣。儲氫合金都是固體，需要用氫時通過加熱或減壓將儲存於其中的氫釋放出來，因此是一種極其簡便易行的理想儲氫方法。目前研究發展中的儲氫合金主要有鈦系儲氫合金、鋯系儲氫合金、鐵系儲氫合金以及稀土系儲氫合金。
儲氫合金具有高強的本領，不僅具有儲存氫氣的功能，而且還能夠採暖和製冷。炎熱的夏天，太陽光照射在儲氫合金上，在陽光熱量的作用下，它便吸熱放出氫氣，將氫氣儲存在氫氣瓶里。吸熱使周圍空氣溫度降低，起到空調製冷的效果。到了寒冷的冬天，儲氫合金又吸收夏天所儲存的氫氣，放出熱量，這些熱量就可以供取暖了。利用這種放熱—吸熱循環可進行熱的儲存和傳輸，製造製冷或採暖設備。此外，儲氫合金還可以用於提純和回收氫氣，它可將氫氣提純到很高的純度。採用儲氫合金，可以以很低的成本獲得純度高於99.9999％的超純氫。
儲氫合金的飛速發展，給氫氣的利用開辟了一條廣闊的道路。目前我國已研製成功了一種氫能汽車，它使用儲氫材料90千克就可以連續行駛40千米，時速超過50千米。
碳材料儲存
碳材料儲氫也是一種重要的儲氫途徑。做儲氫介質的碳材料主要有高比表面積活性炭、石墨納米纖維和碳納米管。由於材料內孔徑的大小及分布不同，這三類碳材料的儲氫機理也有區別。活性炭儲氫的研究始於20世紀70年代末，該材料儲氫面臨最大的技術難點是氫氣需先預冷吸氫量才有明顯的增長，且由於活性炭孔徑分布較為雜亂，氫的解吸速度和可利用容積比例均受影響。碳納米材料是一種新型儲氫材料，如果選用合適催化劑，優化調整工藝過程參數，可使其結構更適宜氫的吸收和脫附，用它做氫動力系統的儲氫介質有很好的前景。
石墨納米纖維來自含碳化合物，由含碳化合物經所選金屬顆粒催化分解產生，主要形狀有管狀、飛魚骨狀、層狀。其中，飛魚骨狀的石墨納米纖維吸氫量最高。
碳納米管可以分為單壁碳納米管和多壁碳納米管，主要由碳通過電弧放電法和熱分解催化法製得。電弧放電法製得的碳納米管通常比較長，結晶性能比較好，但純化較困難。而用催化法製得的碳納米管，管徑大小比較容易調節，純化也比較容易，但結晶性能要比電弧放電法制備的差一些。
碳納米管的孔徑分布比石墨納米纖維的孔徑分布更為有序，選用合適的金屬催化顆粒和晶狀促長劑，就能夠比較容易地控制管徑的大小及管口的朝向。微孔中加入催化金屬顆粒和促長劑，可增加碳納米管強度，並使表面微孔更適宜氫分子的儲存。知識點
⑤ 美國的戰略石油儲備，採用以地下鹽穴儲存為主
波斯灣屬於新褶皺山系的邊緣拗陷地帶,而這種地質構造很難有"類似的鹽礦或鹽穴等地質構造"的
美國的戰略石油儲備是放在美國里,哪會買了幾十億石油,難道還會放到那裡.
戰略石油儲備當然在美國.
德克薩斯州那裡.
⑥ 什麼是地下儲氣庫
地下儲氣庫是將天然氣重新注入地下可以保存氣體的空間而形成的一種人工氣藏。其主要作用體現在應急供氣、調峰供氣、維護氣田生產、戰略儲備和價格套利。
將氣體儲存在地下洞穴或地層（如枯竭油氣層）中，這些洞穴可以是天然形成的，也可以是人工構築的，用來大量儲存天然氣、液化石油氣和人工燃氣。地下儲氣庫儲氣量大，安全可靠，已被世界各國廣泛採用。利用地下儲氣庫進行調峰具有以下優點:一是儲存量大,機動性強,調峰范圍廣；二是經濟合理，雖然一次性投資大，但經久耐用，使用年限長；三是安全系數大，其安全性要遠遠高於地面設施。
天然氣的地下儲存通常有下列幾種方式：利用枯竭的油氣田儲氣；利用岩穴儲氣；利用含水多孔地層儲氣；利用鹽礦層建造儲氣庫儲氣。其中利用枯竭的油氣田儲氣較為經濟，利用岩穴儲氣造價較高。
地下儲氣庫在歐美發達國家已有近一個世紀的歷史，已經成為天然氣工業體系中不可或缺的重要組成部分。據統計，全世界已建成地下儲氣庫600多掘備座,總容量達5400億立方米。由於地下儲氣庫在調峰和保障供氣安全上具有不可替代的作用,因而地下儲氣庫的建設受到許多國家的重視。歐美國家都在不斷加大儲氣庫的建設力度，增大儲氣量，除了常規的調峰應急外,已經開始建立天然氣的戰略儲備。
我國地下儲氣庫起步較晚。20世紀70年代在大慶油田曾經進行過利用氣藏建設儲氣庫的嘗試,而真正開始研究地下儲氣庫是在20世紀90年代初。隨著華北油田天然氣進京、陝甘寧大氣田的發現和陝京天然氣輸氣管線的建設，才開始研究建設地下儲氣庫以確保北京、天津兩大城市的安全供氣。為保證北京和天津兩大城市的調峰供氣，在天津市附近的大港油田利用枯竭凝析氣藏建成了大張坨、板876和板中北等儲氣庫群。為確保京津地區的安全穩定供氣，相繼建成了華北油區的京58、京51、永22、蘇橋等儲氣庫群。為保證「西氣東輸」管線沿線和下游長江三角洲地區用戶的正常用氣,在長江三角洲地區建設了金壇地下儲氣庫（鹽穴型儲氣庫）和劉庄地下儲氣庫（碳酸鹽岩枯竭油氣藏型儲氣庫）。「西氣東輸」二線配套建設的地下儲氣庫正在建設中。
我國天然氣正處在大發展階段，巨大的國內天然氣市場需求將大大推動天然氣管道及配套儲氣庫的發展。根據我國天然氣資源與市場的匹配及未來積極利用海外天然氣的戰略部署，將可能形成四大區域性聯網協調的儲氣庫群：東北儲氣庫群、長江中下游儲氣庫群、華北儲氣庫群、珠江三角洲LNG地下儲氣庫群。
● 利用枯竭的油氣藏儲氣
利用已經開采枯竭廢棄的氣藏或開採到一定程度的退役氣藏，轉為地下儲氣庫是在各種猜族地下岩層類型中建造儲氣庫的最好選擇。這種油氣層的孔隙度、滲透率、有無水浸現象、構造形狀和大小、油氣岩層厚度、有關井身結構的准確數據及地層和鄰近地層隔絕（斷層）的可靠性等已掌握，可大大節省投資，因此已枯竭的油氣藏是最好和最可靠的地下儲氣庫。
● 利用岩穴儲氣
鹽穴儲氣庫是利用岩穴儲氣的主要形式。鹽穴儲氣庫是將天然氣儲存在人工溶鹽後形成的腔體中。鹽穴儲氣具有相當明顯的優勢，由於鹽穴深埋在地下，高溫高壓下的鹽具有一定的可塑性，在產生一定的裂縫條件下具有自動癒合的特點。因此，地下鹽穴就成了很好的密封儲存庫，將采出的天然氣注入這個儲存庫，便形成了一個大型的人工氣藏。降低鹽穴儲氣庫建設成本的主要方法，是應用現代溶鹽技術增加岩穴體積，降低最小運行壓力，提高最大運行壓力。
● 利用含水多孔地層儲氣
含水層型地下儲氣庫，是人為將天然氣注入地下合適的含水層而形成的人工氣藏。天然氣儲氣庫由含水砂層和不透氣覆蓋層組成。儲存氣包括工作氣和墊層氣。工作氣是指在儲存周期內儲進和重新排出的氣體，穗散弊墊層氣是指在儲庫內持續保留或作為工作氣和水之間的緩沖墊層的氣體。
含水砂層要有一定的滲透性，這種滲透性對於用天然氣置換水的速度起決定作用，滲透性越好，天然氣置換的速度就越快，工作氣和墊層氣的比例也就越大。
● 利用鹽礦層建造儲氣庫儲氣
一般利用鹽礦層建造的儲氣庫容量較小，但是對於周圍缺乏多孔結構地下構造層的城市，特別是具有巨大的岩鹽礦床地質構造的地區，可採取此種類型儲氣庫。
鹽穴天然氣儲氣庫建造分兩種：一種是利用廢棄的采鹽鹽穴，將井鑽到鹽層後，把各種管道安裝至井下，由工作泵將淡水通過內管壓到岩鹽層，當鹽水飽和度達到一定值時，排出鹽水的工作即可停止；另一種是新建鹽穴儲庫，這種鹽穴是按調峰氣量要求，選定氣庫井位、井數、層位、地層岩鹽厚度及鹽穴幾何形狀、容積大小，進行有計劃的淋洗造穴。為了防止儲庫頂部被鹽水沖溶，要加入一種遮蓋液，它不溶於鹽水，而浮於鹽水表面。不斷地擴大遮蓋液液量和改變溶解套管長度，使儲庫的高度和直徑不斷擴大，直到達到要求為止。