① 新能源诞生！或将代替燃煤发电并缓解气候问题
导 语:在这个被牛群、苜蓿地和灌木丛生的沙漠公路包围的犹他州小镇上，在未来将会有数百名工人被解雇，他们是环境法规和廉价能源竞争的牺牲品。然而，在煤堆和熔炉对面，另一项变革正在进行当中......
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在犹他州沙漠的农村，开发商计划在地下古老的盐丘地层中建造洞穴，他们希望在其中以前所未有的规模储存氢燃料。 盐洞将像巨大的地下电池一样发挥作用，可以在需要时储存氢气形式的能量。 该项目可以帮助确定氢在未来在全球提供可靠、全天候、无碳能源方面将发挥多大作用。
6月，美国能源部宣布提供 5.04 亿美元的贷款担保，以帮助资助“先进清洁能源存储”项目——这是自乔·拜登总统重启奥巴马时代以向特斯拉和Solyndra提供贷款而闻名的项目以来的 首批贷款 之一。旨在帮助将一座拥有 40 年 历史 的燃煤电厂的场地转变为到 2045 年燃烧清洁制氢的设施。
在两极分化的能源政策辩论中，该提案对于赢得广泛联盟的支持是独一无二的，该联盟包括拜登政府、参议员米特罗姆尼和组成犹他州国会代表团的其他五名共和党人、农村县专员和电力供应商。拜登定于周三在马萨诸塞州举行的一次活动中宣布应对气候变化的新行动，该活动是在一家前燃煤电厂转向可再生能源中心。
可再生能源倡导者将犹他州项目视为确保可靠性的一种潜在方式，因为未来几年更多的电网将由间歇性可再生能源供电。
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预计到2025 年，该工厂的初始燃料将是氢气和天然气的混合物 。此后，它将在 2045 年之前过渡到完全依靠氢运行。怀疑论者担心这可能是延长化石燃料使用 20 年的一种策略，其他人则说他们支持投资清洁、无碳的氢项目，但担心这样做实际上可能会产生对“蓝色”或“灰色”氢的需求。
“说服每个人用氢气代替（而不是化石燃料）填充这些管道和工厂是天然气行业的一个绝妙举措，”智库新共识专注于能源转型的研究员贾斯汀·米库拉说。
与碳捕获或灰氢不同，该项目将过渡到最终不需要化石燃料。
随着公用事业转型并越来越依赖间歇性风能和太阳能，电网运营商正面临新问题， 冬季和春季发电过剩，夏季发电不足 ， 供需失衡 引发了对潜在停电的担忧，并引发了人们对进一步摆脱化石燃料来源的担忧。
该项目将多余的风能和太阳能转化为可储存的形式。清洁氢的支持者希望他们能够在供应超过需求的季节储存能源，并在后期需要时使用它。
工作原理 ：太阳能和风能将为电解槽提供动力，电解槽将水分子分解以产生氢气。能源专家称其为“绿色氢”，因为生产它不会排放碳。最初，该工厂将使用 30% 的氢气和 70% 的天然气运行。它计划到 2045 年过渡到 100% 氢气。
当消费者需要的电力超过了可再生能源的供应量时，氢气将通过管道输送到山间发电厂的现场并燃烧以驱动涡轮机，类似于今天使用煤炭的方式。从理论上讲，这使其成为可再生能源的可靠补充。
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三角洲农村的许多人希望将该镇变成氢震中心，使其避免衰退影响关闭的燃煤电厂附近的许多城镇，包括亚利桑那州的纳瓦霍发电站。
但有些人担心使用能源来转换能源——而不是直接将其发送给消费者——比使用可再生能源本身或煤炭等化石燃料的成本更高。尽管三菱电力的氢基础设施负责人迈克尔·杜克承认 绿色氢比风能、太阳能、煤炭或天然气更昂贵 ，但他表示氢的价格不应与其他燃料相比，而应与锂离子电池等存储技术相比。
在米勒德县，一个倾向于共和党的地区，当地38%的财产税来自山间发电厂，两名燃煤电厂工人在上个月的共和党初选中罢免了现任县长。比赛看到整个城镇贴满了竞选标志，并引发了对数百万美元计划以及它们如何改变就业市场和农村社区特征的焦虑。
"人们对这个概念和建造它的想法没有意见，"共和党初选获胜者之一特雷弗-约翰逊说，他从煤厂的停车场看向氢气设施的位置。"只是煤电很便宜，而且提供了很多好工作。这就是问题所在。"
② 储存太阳能的方法有哪些
地面上接受到的太阳能受气候、昼夜、季节的影响，具有间断性和不稳定性。如果可以把太阳能储存起来，就像水库把水积蓄起来发电一样，将是一个很不错的办法。因此，对于大规模利用太阳能的人来说把分散的太阳能储存起来变得很重要。太阳能可以直接储存，但是储存的能量有限。如果想有效储存太阳能，必须把太阳能转换成其他形式储存。目前由于技术所限，大容量、长时间、经济地储存太阳能还比较困难。实际上，储存太阳能的道理比较简单，比如我们在日常生活当中，用暖水瓶来保存热水，就是一种对热量的储存。目前，储存太阳能的方法主要有以下几种。
一、直接储存太阳能
我国东北地区有一种暖墙，用土坯、砖或混凝土砌成，墙里面中空，墙的下面是火炉。在寒冷的冬天，点燃火炉，火炉的烟经过暖墙排到室外，暖墙被加热之后，热量储存在暖墙里，需要十几个小时之后才会变凉。这样白天烧火炉，解决了夜间取暖问题。北方地区的火炕，也起到储存热量的作用。同样道理，利用蓄热材料也可实现太阳能的直接储存。太阳能的直接储存分为短期储存和长期储存两类。短期储存可以把太阳能储存几个小时或者几天；长期储存可以把太阳能储存几个月之久。例如太阳房的砂石，就可以起到短期储存太阳能的作用，夜间使用的能量就是白天吸收太阳辐射能量，用于。
太阳池对太阳能的储存就属于长期储存。太阳池是一种具有一定盐浓度梯度的盐水池，能用于采集和储存太阳能。太阳光照射到太阳池的底部，太阳池底部的高浓度盐水吸收太阳光的热量之后，因为含盐的水密度大，不会和上面的水发生对流，这样高温的水始终保存在水池的底部。另外，水池上部的清水像一层厚厚的玻璃，把水池底部的长波辐射阻挡回去，使水池的热量不会流失。这样，太阳能就可以在太阳池中被长期储存了。
在实际应用中，水、沙、石子、土壤等都可作为储能材料，但储能有限。其中水的比热容最大，应用较多。在太阳能低温储存中常用含结晶水的盐类储能，就是应用这个原理制造的太阳池。但在使用中要解决过冷和分层问题，以保证工作温度和使用寿命。太阳能中温储存温度一般在100℃以上、500℃以下，一般在300℃左右。可以作为中温储存的材料有高压热水、有机流体、共晶盐等。太阳能高温储存温度一般在500℃以上，目前正在试验的材料有金属钠、熔融盐等。1000℃以上极高温储存，可以采用氧化铝和氧化锗耐火球。
二、转化为电能储存
把太阳能转变为其他的能是比直接储存更先进的办法，这也是目前比较常见的做法。比如利用太阳能发电，把发出的电输入蓄电池进行储存。常用的是蓄电池，正在研究开发的是超导储能。世界上铅酸蓄电池的发明已有100多年的历史，它利用化学能和电能的可逆转换实现充电和放电。铅酸蓄电池价格较低，但使用寿命短，重量大，需要经常维护。
近来开发成功少维护、免维护的铅酸蓄电池，使其性能有一定提高。目前，与光伏发电系统配套的储能装置大部分为铅酸蓄电池。镍—铜、镍—铁碱性蓄电池使用维护方便，寿命长，重量轻，但价格较贵，一般在储能量小的情况下使用。现有的蓄电池储能密度较低，难以满足大容量、长时间储存电能的要求。最新开发的蓄电池还有银锌电池、钾电池、钠硫电池等。某些金属或合金在极低温度下成为超导体，理论上电能可以在一个超导无电阻的线圈内储存无限长的时间。这种超导储能不经过任何其他能量转换直接储存电能，效率高，启动迅速，可以安装在任何地点，尤其是在消费中心附近，不产生任何污染，但目前超导储能在技术上还不是很成熟，需要继续研究开发。
此外，也可以利用太阳能提水储能，白天利用太阳能把水从低处提到高处的蓄水池中，夜里从蓄水池放水，利用水的落差进行发电，就实现太阳能储存了。
三、太阳能的化学储存
利用化学反应物吸收太阳热量，然后再通过化学反应放出热量，也是一种很好的办法。这种储能方式有不少优点，比如储热量大，体积小，重量轻，化学反应产物可分离储存，需要时才发生放热反应，储存时间长等。化学储能的要求比较严格，真正能用于储热的化学反应必须满足以下条件：反应可逆性好，无副反应；反应迅速；反应生成物易分离且能稳定储存；反应物和生成物无毒、无腐蚀、无可燃性；反应放热量大，反应物价格较低等。对化学反应储存热能尚需进行深入研究，一时难以实用。
四、转化为氢能储存
储存太阳能除了以上办法之外，还有一个好办法就是把太阳能转化为氢能储存起来。氢能是一种高品位能源。太阳能可以通过分解水或其他途径转换为氢能，氢可以大量、长时间储存。它能以各种形态或化合物(如氨、甲醇等)形式储存。气相储存储氢量少时，可以采用常压湿式气柜、高压容器储存；大量储存时，可以储存在地下储仓、由不漏水土层覆盖的含水层、盐穴和人工洞穴内。液相储存具有较高的单位体积储氢量，但蒸发损失大。将氢气转化为液氢需要进行氢的纯化和压缩，正氢—仲氢转化，最后进行液化。固相储氢是利用金属氢化物固相储氢，储氢密度较高，安全性好。目前，一般能满足固相储氢要求的材料主要是稀土系合金和钛系合金。金属氢化物储氢技术研究已有30余年历史，取得了不少成果，但仍有许多问题有待研究解决。我国对金属氢化物储氢技术进行了多年研究，取得一些成果，目前研究开发工作正在深入。
五、转化为机械能储存
太阳能转换为热能，推动热机压缩空气，能够储存太阳能。飞轮储能是机械能储存中最受人关注的。20世纪50年代，就有利用高速旋转的飞轮储能的设想，但一直没有突破性进展。近年来，由于高强度碳纤维和玻璃纤维的出现，以及电磁悬浮、超导磁浮技术的发展，使飞轮转速大大提高，增加了单位质量的动能储存量。
六、塑晶储存
美国在1984年推出一种塑晶家庭取暖材料。塑晶学名新戊二醇，它和液晶相似，有晶体的三维周期性，但力学性质像塑料。它能在恒定温度下储热和放热，塑晶在恒温44℃时，白天吸收太阳能而储存热能，晚上则放出白天储存的热能。目前我国对塑晶也进行了一些实验研究，但一直还没实际应用。
七、太阳能-生物质能转换
光合作用是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的生化过程。通过植物叶片的光合作用，太阳能把二氧化碳和水合成有机物，并释放出氧气。地球上最大规模转换太阳能的过程就是光合作用了。我们现在大量应用的石油、煤炭都是远古光合作用固定的太阳能。虽然光合作用对太阳能的转换率很低，但是可以通过利用荒山荒地种植能源作物来间接扩大对太阳能的转换。
③ 碳中和｜美国氢能及燃料电池发展路径
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文/赵学良 中国石化发展计划部，当代石油石化
1美国氢能及燃料电池产业概况
美国能源局从1970年就开始布局燃料电池研发，并一直处于世界领先地位。燃料电池备用好嫌碧电源和燃料电池叉车已具备市场竞争力，处于商业推广阶段；燃料电池乘用车处于政府补贴商业推广阶段；燃料电池巴士、大型货车、商用车处于行车实验验证阶段。2018年美国被评为国际氢能经济和燃料电池伙伴计划IPHE（International Partnership for Hydrogen and Fuel Cells in the Economy，为2003年由18个国家和欧盟共同发起成立的国际合作组织）主席国。
美国参议院决议确定2018年10月8日为美国国家氢能与燃料电池第四个纪念日，“参议院第664号决议”给出如下13点理由：
1）氢原子质量为1.008，而且是宇宙中含量最丰富的化学物质；
2）美国是燃料电池和氢能技术开发和部署的世界领先者；
3）氢燃料电池在美国太空计划中发挥了重要作用，帮助美国完成了登陆月球的任务；
4）私营企业、联邦和州政府、国家实验室以及高等教育机构持续提高燃料电池和氢能技术，以解决美国最迫切的能源、环境和经济问题；
5）利用氢和富氢燃料发电的燃料电池是清洁、高效的技术，被用于固定电源和备用电源、以及零排放轻型 汽车 、公共 汽车 、工业车辆和便携式电源；
6）固定式燃料电池正投入到连续和备用电源的使用中，以便在电网停电时为商业和能源消费者提供可靠的电力；
7）与传统发电技术相比，固定式燃料电池有助于减少用水量；
8）燃料电池轻型 汽车 和使用氢气的公共 汽车 可以完全复制内燃机车的经验，包括行驶里程和加油时间；
9）氢燃料电池工业车辆正在美国各地的物流中心和仓库部署，并出口到欧洲和亚洲；
10）氢气是一种无毒气体，可以从各种国内可获得的传统和可再生资源中获取，包括太阳能、
风能、沼气以及美国丰富的天然气；
11）氢和燃料电池可以储存能量以帮助增强
电网，并使可再生能源的部署机会最大化；
12）美国每年生产和使用超过1100万吨的氢气；
13）工程和安全人员及标准专业人员就氢气的交付、处理和使用已经达成共识，并已制定出相关协议。
2美国发展氢能及燃料电池的初衷
美国参议院决议的理由充分说明，从国家层面而言，发展氢能及燃料电池具有降低二氧化碳排放、减者乱少空气污染等清洁环保层面的意义，同时还具有降低燃油消耗、提高可再生能源利用率及电网可靠性等增加能源自给率、保障国家能源安全的优点。2014年美国发布《全面能源战略》，将“发展低碳技术、为清洁能源奠基”作为放眼长远的战略支点，并明确提出，氢能作为替代性能源将在交通业转型中起到引领作用。
2.1减少温室气体排放
由于氢燃料电池具有高效率和温室气体近零排放的特性，燃料电池系统能够在很多应用领域实现温室气体减排。美国能源部研究了燃料电池的温室气体减排潜力。燃料电池应用于热电联产系统时，相比传统热电联产系统可减少35%~50%的排放；燃料电池货车相比燃油货车可减少55%~90%的排放；燃料电池叉车相比柴油叉车或动力电池叉车可减少35%的排放；燃料电池巴士比内燃机巴士效率高40%；燃料电池备用电源相比柴油发电机可减少60%的排放。
美国能源部对比测算了不同能源介质运输工具的油井到车轮（WTW）温室气体排放情况。天然气制氢－氢燃料电池路线每英里排放二氧友举化碳200克，低于美国现有电网取电－电动 汽车 路线230克和传统燃油车450克的排放标准。配有二氧化碳封存的煤气化制氢－氢燃料电池路线每英里排放二氧化碳95克，生物质气化制氢－氢燃料电池路线每英里排放二氧化碳仅37克。
2.2减少燃油消耗
燃料电池提供了一种几乎不消耗石油的提供动力方式，且可覆盖美国大部分的石油消耗，如 汽车 、巴士、备用发电机和辅助发电机等。美国能源部的研究结果表明，氢燃料电池轻型 汽车 相比汽油内燃机 汽车 可降低95%的燃油消耗，相比混合动力车可降低85%的燃油消耗，相比插电式混合动力车可降低80%的燃油消耗。可以看出，相较大规模使用生物燃料、提高内燃机效率（ICEV包括使用混合动力 汽车 ），燃料电池车大规模应用后可以大幅减少国家的石油消费，到2050年燃油消耗量将降到目前的40%左右。
2.3提高电网可靠性、最大程度部署可再生能源
美国能源部预估光伏和风电的建设成本将大幅下降，“太阳计划2030”（SUNSHOT2030）设定的目标是2030年光伏电站成本为3美分/千瓦时，2018年美国陆上风电成本已低至2.9美分/千瓦时。光伏和风电将得到迅速普及，预计到2050年风能装机容量将达到404吉瓦，装机容量占总容量的35%；光伏装机容量将达到632吉瓦，发电量占总发电量的19%。
根据国际能源署发布的研究报告《GettingWindandSunontotheGrid》，当电网中间歇性可再生能源（以风电、光伏为主）的比例超过15%时，就必须配置相应的储能设施。另外由于可再生能源的生产水平在不同时间段、不同季节之间存在显着差异，例如欧洲的太阳能发电在冬季比夏季低60%左右，但电力需求却增加40%，也需要配置大规模、长时间的储能设施才能提高可再生能源的利用小时数，减少“弃风”“弃光”。
丰田、通用、奔驰、林德等企业组成的氢能理事会研究表明，氢能是大规模储存电能的一种重要选择：相比超级电容、压缩空气、电池、飞轮储能、抽水蓄能，氢能更适合长期大量储存能量。当需要大规模储能时可以液氢或者氢化物的形式存储于地下盐穴，估计每个兆瓦时的成本在50~150美元之间，与受地质条件限制较大的抽水蓄能相当，显着低于其他的能量存储方式。
2.4高能源转化效率
燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能，效率非常高且不需要燃烧。氢燃料电池 汽车 的能量转化效率约60%，大约是汽油内燃机的两倍。
燃料电池用于固定电源，用天然气或丙烷发电效率大致为45%；如果将透平系统与高温燃料电池组合，发电效率可达到70%，结合热电联产系统效率可达80%，相比传统煤电、天然气发电45%~50%的综合效率提高35%~40%。
2.5降低污染物排放
美国能源部的研究课题表明，燃料电池发电系统比燃煤、燃气发电系统少排放75%~90%的氮氧化物、75%~80%的颗粒物（PM）。
2.6 H2@Scale计划
H2@Scale是美国能源部（DOE）的一项倡议，将利益相关者聚集在一起，促进可负担得起的氢气生产、运输、储存和利用，增加多个能源部门的收入。通过政府资助将国家实验室和工业界以项目形式整合在一起共同合作，以加快适用氢技术的早期研究、开发和示范。H2@Scale联盟促进了工业界和学术界合作，利用国家实验室世界级的研发能力，依赖私营部门进行至关重要的示范。
通过示范使尖端技术集成到现有系统中、验证未来部署的商业可行性，并指导未来的研发计划。美国目前生产超过1100万吨氢气，占全球供应量的1/6，主要用于炼油和化肥工业。大型基础设施包括超过1600英里的氢气管道、不断增长的加氢站和数千吨的地下储存洞穴。H2@Scale计划中氢能的地位与日本的氢能战略类似，把氢能作为一种重要的二次能源，氢能与电能之间可以相互转化。通过利用电解槽在发电量超过负荷时生产氢气，可以减少可再生能源的浪费，并有助于电网的稳定。从现有基本负荷（如核能）中产生的氢气也可以储存、分配，并用作多种用途的燃料。这些应用包括运输、固定动力、工艺或建筑用热，以及工业部门，如钢铁制造、氨生产和石油炼制。
3燃料电池商业化推广现状
截至2017年，在世界范围内共有超过70000台、共计650兆瓦燃料电池处于商业运行状态，其中移动领域应用占比接近70%，非移动领域应用占比30%，相关营收超过20亿美元。
截至2018年10月，美国共出售或者租赁超过6200辆燃料电池乘用车，包括丰田Mirai、本田Clarity、现代Tucson；建成39个加氢站；商业应用超过23000辆燃料电池叉车；商业化普及超过240兆瓦燃料电池备用电源，遍及美国40个州；FedEx、UPS在试用燃料电池快递车；多家公司试验运行共33辆燃料电池巴士，其中最长行驶里程已经超过50万公里。
3.1燃料电池备用电源应用现状
截至2017年底，据美国DOE统计数据显示，全美共销售8400套燃料电池备用电源，其中900套获得美国DOE经费支持，其他7500套未获支持。燃料电池将天然气转换成电能供大型超市、数据中心、生产企业及其他工商设施使用，能源转化效率从传统发电的30%~40%提高到60%~65%，加上热能利用可达90%，极大地减少了污染物排放，同时还减排二氧化碳。相较美国某些州的电网供电电费，使用燃料电池供电可节省一部分费用。
BloomEnergy是美国燃料电池发电的领军企业，其燃料电池成本2016年第一季度为5086美元/千瓦时，2018年第一季度降至3855美元/千瓦时；而其安装成本也从同期的1280美元/千瓦时降至526美元/千瓦时。
家得宝2014年在加利福尼亚试用安装第一套200千瓦的燃料电池备用电源。验证了其经济性后，到2016年底为其140家连锁超市都安装了燃料电池系统，并准备将全部170家店都安装上燃料电池备用电源。家得宝的首席财务官CarolTome曾披露：“使用燃料电池发电比从电网取电节省15%~20%的费用，同时减排大量二氧化碳。”
沃尔玛在加利福尼亚、新泽西的60家超市安装了燃料电池备用电源，用电规模按其单店用电量40%~60%确定，保障在电网断电时冷柜、照明系统、收款机可继续工作，不至于致使食物腐败，并在恶劣天气情况下继续为顾客服务，且使用燃料电池供电价格低于从电网取电价格。
Johnson&Johnson于2015年安装了1台500千瓦BloomEnergy燃料电池电源，经其测算20年的运转周期将总共节省1000万美元的费用，每年减排130万磅二氧化碳；Medtronic公司的报告显示，其安装的400千瓦燃料电池电源每年可节省电费230万美元，每年减排100万磅二氧化碳；Ratkovich公司的报告显示，其安装的500千瓦燃料电池电源每年可节省电费20万美元；JuniperNetworks公司的报告显示，其安装的1兆瓦燃料电池电源配合300千瓦太阳能电池每年可节省电费12万美元，每年减排270万磅二氧化碳。
3.2燃料电池叉车推广情况
据美国能源部2016年5月统计显示，2008年美国氢燃料电池叉车数量在500辆左右，到2016年，美国26个州的氢燃料电池叉车数量已经超过11000辆，年复合增速高达56%。而截至2017年底，统计数据显示全美共销售21838台燃料电池叉车，其中713台获得美国DOE经费支持，其他21125台并未获得DOE经费支持。713台燃料电池叉车共获得DOE970万美元经费支持。
目前在美国使用燃料电池叉车的公司包括但不限于亚马逊、宜家、宝马、可口可乐、奔驰、尼桑、联邦快递及一批食品公司，仅沃尔玛在其北美的19个配送中心就配备了3000辆燃料电池叉车。PlugPower、NuveraFuelCells和OorjaProtonics，Hydrogenics及H2Logic提供了绝大多数的燃料电池叉车。
亚马逊在2014年采购了535辆氢燃料电池叉车，在证明其成本效益的合理性后，于2017年4月收购了美国燃料电池制造商PlugPower23%的股权。除此之外，亚马逊为其11个大型仓库配备氢燃料电池叉车。2021年1月，电池巨头SK集团与旗下天然气子公司SKE＆S各出资8000亿韩元，共约合13亿美元，收购PlugPower9.9%的股份。短短几年间PlugPower公司市值升值50倍。
相较内燃机叉车，氢燃料电池叉车没有任何污染物排放，因此广受食品工业青睐，更多被用于室内作业。相较电池叉车，氢燃料电池叉车可节省充电的时间和空间，并在整个轮班期间全功率运行，在冷藏仓库环境中运行时不会出现任何电压骤降的情况，从而提高运营效率和节省成本。
美国国家实验室（NREL）对动力电池叉车和燃料电池叉车的总运行成本进行了评估，包括电池和燃料电池系统的购置成本、支持基础设施的成本、维护成本、仓库空间成本和劳动力成本。考虑到所有这些成本，NREL发现燃料电池叉车的总体拥有成本比同类动力电池叉车要低。
燃料电池叉车的样本约60台，每天工作2~3班，每周6~7天。NREL发现，对于用于多班作业的Ⅰ类和Ⅱ类叉车，燃料电池可将总体拥有成本降低10%，从每辆叉车每年19700美元降至每辆叉车每年17800美元。三级叉车的拥有成本可降低5%，从每年12400美元降至每年11700美元。NREL的评估仅限于考虑电池和燃料电池叉车的拥有和运行成本，未评估燃料电池叉车提高生产力的潜在效益。
通过NRTL的敏感性分析，只要燃料电池叉车车队的数量足够大（敏感性分析中燃料电池叉车台数为30~100台）、多班次工作，燃料电池叉车的总操作费用会低于动力电池叉车。PLUGPOWER公司测算，对于拥有超过90辆二级叉车的客户，5年预计节省成本超过40万美元。
PLUGPOWER公司建设的加氢设施主要配合燃料电池叉车使用，建设在配送中心、工厂等厂房内，加注压力350千克，操作温度0~40 ，加注1台叉车耗时1分钟，与美国、日本通常建设的车用加氢设施有所区别。
3.3燃料电池乘用车及加氢站情况普及情况
美国的加氢站主要集中在加州地区和美国东北部地区，东北部地区项目由美国液化空气集团和丰田公司推动和主导，加州地区参与建设加氢站的企业包括空气产品公司、Shell、Linde、丰田、本田等公司。全美目前已投运加氢站39座，计划到2025年建成200座，2030年建成1000座。
截至2018年底，在美共销售Mirai、Clarity、TucsonFuelCellSUV共计6200辆。除丰田、本田、现代已有燃料电池车商业化推广外，奔驰最新推出了GLCF–Cell燃料电池车，宝马、奥迪、通用等企业也有燃料电池合作研发计划。
3.4燃料电池巴士试验运行结果
DOE于2012年制定的2016年燃料电池巴士技术预期指标及终极目标见表1。33辆试验运行的燃料电池巴士中，ACTransit公司的13辆由UTCPOWER公司提供燃料电池系统，Sunline、UCI、OTCA、MBTA、SARTA公司的12辆由Ballard公司提供燃料电池系统。根据统计，截至2018年2月28日，最好的1辆车运行总时长超过27330小时，超过DOE终极目标；12辆ACTransit运营车辆平均运行时长19000小时，达到了2016年预期目标值。ACTransit公司车辆从2006年开始逐步投入试验，试验结果基本达到预期；Sunline、UCI、OTCA、MBTA、SARTA等公司从2015年逐步投入车辆试验运行，周期较短，未达到验证燃料电池寿命的时限。
3.5燃料电池货车及商用车测试情况
丰田2017年推出第一代燃料电池卡车Alpha，在长滩和洛杉矶港口进行了近1万英里的测试和拖曳操作；2018年8月推出了第二代燃料电池卡车Beta，续航增加50%。Kenworth、Scania、Asko等传统卡车制造商在DOE、挪威政府科研资助下开展了氢燃料电池卡车的研发。PowerCell是一家低温质子交换膜电堆开发、制造及零售商，开发和生产世界顶级能量密度的固定和移动应用的燃料电堆，开发的100千瓦S3燃料电池供欧洲运输企业制造燃料电池卡车。Nikola为美国电动 汽车 制造商，宣称其制造的燃料电池卡车2020年正式上路测试，2022年正式上市销售，单价40万美元；通过其官方推特宣称已获得80亿美元的预订单，并计划与挪威NelHydrogen公司合作，2018年开始在全美陆续建设364个加氢站，并在2019年末陆续向公众开放，到2028年将累计达到700座。FedEx和UPS都在DOE的资助下开展燃料电池快递车辆运行试验。
4结论
1）美国高度重视氢能及燃料电池产业的发展，视氢能为未来不可或缺的、仅次于电能的重要二次能源，在未来的工业、交通运输、电网储能、供热发电等领域都将占有相当的比重。
2）美国在燃料电池领域开展了长期、深入、全面的技术研发以及工业验证实验。美国从20世纪70年代就开展了氢能相关领域的研究工作，在制氢、储氢、输氢、燃料电池、储能、相关安全环保事项、相关标准等领域技术储备雄厚。在燃料电池发电、燃料电池叉车、燃料电池商用车、燃料电池巴士、燃料电池载重货车等领域进行了长期的工业验证实验。
3）美国商业化推广燃料电池态度是积极的，方式是慎重而稳妥的。在有充分的技术储备后，美国政府仅利用少量的补贴进行了市场引导用于商业初期验证实验，实践证明这部分技术已经具备市场竞争力，有望看到未来美国在燃料电池领域取得更长足的进步，获得更多更广泛的应用。
4）燃料电池技术是保障国家能源安全重要的技术手段。氢能可有效整合多种化石能源和可再生能源，加大可再生能源部署、提高能源自给率、有效降低原油消耗，为 社会 提供一种环保、高效的能源，对保障国家能源安全具有重要意义。
5）氢能是可以安全部署和利用的。几万台氢燃料电池叉车十几年的安全运行经验，十几台氢燃料电池巴士上百万公里的运行试验，证明了氢气是可以被安全、高效利用的。
6）固定地点或固定线路、高运营负荷的的燃料电池应用场景更适用于氢能产业的初步推广。对比美国和日本的实践，美国的模式是1个加氢站服务1个物流中心数十台、数百台燃料电池叉车，制氢售氢企业和燃料电池用户的初始投资不高，而数十台满负荷运行的燃料电池叉车就可以平衡1个35兆帕加氢站的投资收益，制氢售氢企业和燃料电池应用企业的投资回报合理，产品在没有补贴的情况下得到迅速推广；而日本在本州岛大量建设加氢站，由于初期氢燃料电池乘用车售价较高、数量不足，平均每个站1天只服务几台车，制氢售氢企业处于全面亏损状态，同时由于加氢站的密度不够、使用不便，用户没有经济收益，一般用户也不愿意选择氢燃料电池乘用车替代燃油乘用车。燃料电池乘用车的继续推广需要制氢售氢企业坚定战略方向，等待燃料电池成本下降，燃料电池乘用车得到普及。
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④ 存储氢气的方式有哪些
氢能体系主要包括氢的生产、储存和运输、应用3个环节。而氢能的储存是关键，也是目前氢能应用的主要技术障碍。大家知道，所有元素中氢的重量最轻，在标准状态下，它的密度为0.0899克/升，为水的密度的万分之一。在-252.7℃ 时，可以为液体，密度70克/升，仅为水的1/15。所以氢气可以储存，但是很难高密度储存。
氢气输送也是氢能利用的重要环节。一般而言，氢气生产厂和用户会有一定的距离，这就存在氢气输送的需求。按照氢在输运时所处状态的不同，可以分为气氢输送、液氢输送和固氢输送。其中前两者是目前正在大规模使用的两种方式。
高压气态储存
气态氢可储存在地下仓库里，也可装入钢瓶中。为了提高其储存空间利用率，必须将氢气进行压缩，尽可能使氢气的体积变小，因此就需要对氢气施加压力，为此需消耗较多的压缩功。氢气重量很轻，即使体积缩小、密度增大，重量仍然如此。一般情况下，一个充气压力为20兆帕的高压钢瓶储氢重量只占总重量的1.6％，供太空用的钛瓶储氢重量也仅为总重量的5％。
为提高储氢量，目前科技工作者们正在研究一种微孔结构的储氢装置，它是一种微型球床。微型球的球壁非常薄，最薄的只有1微米。微型球充满了非常小的小孔，最小的小孔直径只有10微米左右，氢气就储存在这些小孔中。微型球可用塑料、玻璃、陶瓷或金属制造。
高压气态储存是最普遍、最直接的方式，通过减压阀的调节就可以直接将氢气释放出来。但是它也存在着一定的不足，即能耗较高。
低温液化储存
随着温度的变化，氢气的形态也会发生变化。将氢气降温，当冷却到-253℃时，氢气就会发生形态上的变化，由气态变成液态，也就是液氢。然后，再将液氢储存在高真空的绝热容器中，在恒定的低温下，液氢就会一直保持这种状态，不再发生变化。这种液氢储存工艺已经用于宇航中。这种储存方式成本较高，安全技术也比较复杂，不适合广泛应用。低温储存液氢的关键就在于储存容器，因此高度绝热的储氢容器是目前研究的重点。
现在一种间壁间充满中孔微珠的绝热容器已经问世。这种二氧化硅的微珠直径在30～150微米，中间是空心的，壁厚只有1～5微米，在部分微珠上镀上厚度为1微米的铝。由于这种微珠导热系数极小，其颗粒又非常细，可以完全抑制颗粒间的对流换热；将3％～5％的镀铝微珠混入不镀铝的微珠当中，可以有效地切断辐射传热。这种新型的热绝缘容器不需抽真空，其绝热效果远优于普通高真空的绝热容器，是一种比较理想的液氢储存罐，美国宇航局已广泛采用这种新型的储氢容器。
在生产实践中，采用液氢储存必须先制备液氢，将气态氢变成液态氢。生产液氢一般可采用3种液化循环方式，其中，带膨胀机的循环效率最高，在大型氢液化装置上被广泛采用；节流循环方式效率不高，但流程简单，运行可靠，所以在小型氢液化装置中应用较多；氦制冷氢液化循环消除了高压氢的危险，运转安全可靠，但氦制冷系统设备复杂，因此在氢液化中应用不多。
金属氢化物储存
曾经有这样一件奇怪的事情：在一间部队的营房里，史密斯中士把弯曲的镍钛合金丝拉直，放到工作台上，转过身忙别的事情。过了一会儿，等他再回到台子边，看到刚才拉直的镍钛合金丝又变成原来弯曲的形状了，史密斯中士对此感到很奇怪。
发现这种现象的不仅仅是史密斯中士，巴克勒教授也发现了这种现象。他发现被他拉直的镍钛合金丝又恢复到原来弯曲的形状了。为什么会这样呢?巴克勒教授走到镍钛合金丝的旁边，看到周围并没有什么异常，他再试了一下看看是不是磁场作用的结果，可是经过检测，周围根本没有磁场。这到底是什么原因呢?当他无意中用手摸了摸放金属的台子，发现台子很烫，难道是热量在作怪吗?巴克勒教授决定亲自试一试。他把镍钛合金丝一根一根地拉直，然后又把它们放到台子上，结果和刚才一样。他又将这些镍合金丝拉直放到另外一个地方，这些金属并没有弯曲，还保持原来的样子。也就是说，放在高温地方的镍钛合金丝会恢复到原来弯曲的样子，而放在其他地方的镍钛合金丝没有改变形状。巴克勒教授从而发现了一个非常重要的科学现象，即合金在上升到一定温度的时候，它会恢复到原来弯曲的状态。巴克勒教授由此得到一个结论：镍钛合金具有记忆力。镍钛合金具有记忆力，那么其他金属有没有记忆力呢?巴克勒教授并没有浅尝辄止，放过对其他事物研究的机会。他做了许多实验，最后他发现合金大都具有记忆力。
根据合金的这一特性，近年来，一种新型简便的储氢方法应运而生，即利用储氢合金(金属氢化物)来储存氢气。这是一种金属与氢反应生成金属氢化物而将氢储存和固定的技术。氢可以和许多金属或合金化合之后形成金属氢化物，它们在一定温度和压力下会大量吸收氢而生成金属氢化物。而反应又有很好的可逆性，适当升高温度和减小压力即可发生逆反应，释放出氢气。金属氢化物储存，使氢气跟能够氢化的金属或合金相化合，以固体金属氢化物的形式储存起来。金属储氢自20世纪70年代开始就受到了重视。
储氢合金具有很强的储氢能力。单位体积储氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍，也就是说，相当于储存了1000个大气压的高压氢气。储氢合金都是固体，需要用氢时通过加热或减压将储存于其中的氢释放出来，因此是一种极其简便易行的理想储氢方法。目前研究发展中的储氢合金主要有钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金以及稀土系储氢合金。
储氢合金具有高强的本领，不仅具有储存氢气的功能，而且还能够采暖和制冷。炎热的夏天，太阳光照射在储氢合金上，在阳光热量的作用下，它便吸热放出氢气，将氢气储存在氢气瓶里。吸热使周围空气温度降低，起到空调制冷的效果。到了寒冷的冬天，储氢合金又吸收夏天所储存的氢气，放出热量，这些热量就可以供取暖了。利用这种放热—吸热循环可进行热的储存和传输，制造制冷或采暖设备。此外，储氢合金还可以用于提纯和回收氢气，它可将氢气提纯到很高的纯度。采用储氢合金，可以以很低的成本获得纯度高于99.9999％的超纯氢。
储氢合金的飞速发展，给氢气的利用开辟了一条广阔的道路。目前我国已研制成功了一种氢能汽车，它使用储氢材料90千克就可以连续行驶40千米，时速超过50千米。
碳材料储存
碳材料储氢也是一种重要的储氢途径。做储氢介质的碳材料主要有高比表面积活性炭、石墨纳米纤维和碳纳米管。由于材料内孔径的大小及分布不同，这三类碳材料的储氢机理也有区别。活性炭储氢的研究始于20世纪70年代末，该材料储氢面临最大的技术难点是氢气需先预冷吸氢量才有明显的增长，且由于活性炭孔径分布较为杂乱，氢的解吸速度和可利用容积比例均受影响。碳纳米材料是一种新型储氢材料，如果选用合适催化剂，优化调整工艺过程参数，可使其结构更适宜氢的吸收和脱附，用它做氢动力系统的储氢介质有很好的前景。
石墨纳米纤维来自含碳化合物，由含碳化合物经所选金属颗粒催化分解产生，主要形状有管状、飞鱼骨状、层状。其中，飞鱼骨状的石墨纳米纤维吸氢量最高。
碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，主要由碳通过电弧放电法和热分解催化法制得。电弧放电法制得的碳纳米管通常比较长，结晶性能比较好，但纯化较困难。而用催化法制得的碳纳米管，管径大小比较容易调节，纯化也比较容易，但结晶性能要比电弧放电法制备的差一些。
碳纳米管的孔径分布比石墨纳米纤维的孔径分布更为有序，选用合适的金属催化颗粒和晶状促长剂，就能够比较容易地控制管径的大小及管口的朝向。微孔中加入催化金属颗粒和促长剂，可增加碳纳米管强度，并使表面微孔更适宜氢分子的储存。知识点
⑤ 美国的战略石油储备，采用以地下盐穴储存为主
波斯湾属于新褶皱山系的边缘拗陷地带,而这种地质构造很难有"类似的盐矿或盐穴等地质构造"的
美国的战略石油储备是放在美国里,哪会买了几十亿石油,难道还会放到那里.
战略石油储备当然在美国.
德克萨斯州那里.
⑥ 什么是地下储气库
地下储气库是将天然气重新注入地下可以保存气体的空间而形成的一种人工气藏。其主要作用体现在应急供气、调峰供气、维护气田生产、战略储备和价格套利。
将气体储存在地下洞穴或地层（如枯竭油气层）中，这些洞穴可以是天然形成的，也可以是人工构筑的，用来大量储存天然气、液化石油气和人工燃气。地下储气库储气量大，安全可靠，已被世界各国广泛采用。利用地下储气库进行调峰具有以下优点:一是储存量大,机动性强,调峰范围广；二是经济合理，虽然一次性投资大，但经久耐用，使用年限长；三是安全系数大，其安全性要远远高于地面设施。
天然气的地下储存通常有下列几种方式：利用枯竭的油气田储气；利用岩穴储气；利用含水多孔地层储气；利用盐矿层建造储气库储气。其中利用枯竭的油气田储气较为经济，利用岩穴储气造价较高。
地下储气库在欧美发达国家已有近一个世纪的历史，已经成为天然气工业体系中不可或缺的重要组成部分。据统计，全世界已建成地下储气库600多掘备座,总容量达5400亿立方米。由于地下储气库在调峰和保障供气安全上具有不可替代的作用,因而地下储气库的建设受到许多国家的重视。欧美国家都在不断加大储气库的建设力度，增大储气量，除了常规的调峰应急外,已经开始建立天然气的战略储备。
我国地下储气库起步较晚。20世纪70年代在大庆油田曾经进行过利用气藏建设储气库的尝试,而真正开始研究地下储气库是在20世纪90年代初。随着华北油田天然气进京、陕甘宁大气田的发现和陕京天然气输气管线的建设，才开始研究建设地下储气库以确保北京、天津两大城市的安全供气。为保证北京和天津两大城市的调峰供气，在天津市附近的大港油田利用枯竭凝析气藏建成了大张坨、板876和板中北等储气库群。为确保京津地区的安全稳定供气，相继建成了华北油区的京58、京51、永22、苏桥等储气库群。为保证“西气东输”管线沿线和下游长江三角洲地区用户的正常用气,在长江三角洲地区建设了金坛地下储气库（盐穴型储气库）和刘庄地下储气库（碳酸盐岩枯竭油气藏型储气库）。“西气东输”二线配套建设的地下储气库正在建设中。
我国天然气正处在大发展阶段，巨大的国内天然气市场需求将大大推动天然气管道及配套储气库的发展。根据我国天然气资源与市场的匹配及未来积极利用海外天然气的战略部署，将可能形成四大区域性联网协调的储气库群：东北储气库群、长江中下游储气库群、华北储气库群、珠江三角洲LNG地下储气库群。
● 利用枯竭的油气藏储气
利用已经开采枯竭废弃的气藏或开采到一定程度的退役气藏，转为地下储气库是在各种猜族地下岩层类型中建造储气库的最好选择。这种油气层的孔隙度、渗透率、有无水浸现象、构造形状和大小、油气岩层厚度、有关井身结构的准确数据及地层和邻近地层隔绝（断层）的可靠性等已掌握，可大大节省投资，因此已枯竭的油气藏是最好和最可靠的地下储气库。
● 利用岩穴储气
盐穴储气库是利用岩穴储气的主要形式。盐穴储气库是将天然气储存在人工溶盐后形成的腔体中。盐穴储气具有相当明显的优势，由于盐穴深埋在地下，高温高压下的盐具有一定的可塑性，在产生一定的裂缝条件下具有自动愈合的特点。因此，地下盐穴就成了很好的密封储存库，将采出的天然气注入这个储存库，便形成了一个大型的人工气藏。降低盐穴储气库建设成本的主要方法，是应用现代溶盐技术增加岩穴体积，降低最小运行压力，提高最大运行压力。
● 利用含水多孔地层储气
含水层型地下储气库，是人为将天然气注入地下合适的含水层而形成的人工气藏。天然气储气库由含水砂层和不透气覆盖层组成。储存气包括工作气和垫层气。工作气是指在储存周期内储进和重新排出的气体，穗散弊垫层气是指在储库内持续保留或作为工作气和水之间的缓冲垫层的气体。
含水砂层要有一定的渗透性，这种渗透性对于用天然气置换水的速度起决定作用，渗透性越好，天然气置换的速度就越快，工作气和垫层气的比例也就越大。
● 利用盐矿层建造储气库储气
一般利用盐矿层建造的储气库容量较小，但是对于周围缺乏多孔结构地下构造层的城市，特别是具有巨大的岩盐矿床地质构造的地区，可采取此种类型储气库。
盐穴天然气储气库建造分两种：一种是利用废弃的采盐盐穴，将井钻到盐层后，把各种管道安装至井下，由工作泵将淡水通过内管压到岩盐层，当盐水饱和度达到一定值时，排出盐水的工作即可停止；另一种是新建盐穴储库，这种盐穴是按调峰气量要求，选定气库井位、井数、层位、地层岩盐厚度及盐穴几何形状、容积大小，进行有计划的淋洗造穴。为了防止储库顶部被盐水冲溶，要加入一种遮盖液，它不溶于盐水，而浮于盐水表面。不断地扩大遮盖液液量和改变溶解套管长度，使储库的高度和直径不断扩大，直到达到要求为止。