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氢能技术及其在油田领域的应用分析

摘要：氢能是以氢气为能量载体的绿色二次能源，被视为“后石油时代”的

能源解决方案之一，但真正的“氢经济”距离人们的日常生活较为遥远，主要原

因是氢制取的经济性和氢气储存于输送的安全性、高效性需要提升，本文是通过

对氢能相关知识的初步学习之后，在个人角度对氢能在油田领域的应用前景做出

浅显的分析。

关键词：氢能；油田；燃料电池；制氢；储氢

1氢能技术

能源分为一次能源和二次能源，氢能是以氢气为能量载体的绿色二次能源，

也被认为是未来最理想的二次能源。氢以化合物的形式储存于地球上最广泛的物

质——水中，如果将海水中的氢提取出来，其总热量是地球现存化石燃料的9000

倍，氢能的利用受到了世界各国的高度重视。

1.1氢能应用技术

目前氢气的主要用途是在石化、冶金等工业中作为重要原料和物料，此外

Ni-MH电池在手机、笔记本电脑、电动车方面也获得了广泛的应用，对于未来而

言，氢的应用技术主要包括：燃料电池、燃气轮机（蒸汽轮机）发电、内燃机和

火箭发动机。普遍认为，燃料电池是未来人类社会最主要的发电及动力设备。

1.2氢能应用现状

（1）氢在燃气轮机发电系统中的应用

出于降低氮氧化物排放量的目的，目前氢主要是以富氢燃气（富氢天然气或

合成气）的形式应用于燃气轮机发电系统，目前使用纯氢作为燃料的应用较少，

富氢天然气能够很好地保证火焰稳定性，氢含量在10%~20%时，可以改善排放性

能。

（2）氢在内燃机中的应用

氢与汽油、柴油等燃料相比，具有明显的区别，优点与缺点都极为明显，氢

密度小、扩散系数大的特点，使氢更容易与空气快速混合和燃烧，氢燃料发动机

的热效率更高；氢在最大火焰速度下的最高火焰温度比一般的燃料更高，其热值

更高；氢空气混合燃烧产物唯一有害成分为氮氧化物，无其他有害排放物；但氢

气作为燃料时需要的空间更大等缺点也限制了其大范围的应用。所以，在供氢系

统、氢-空气混合气体形成方式、等方面，仍在不断的探索。

（3）氢燃料电池汽车

全球燃料电池汽车（FCV)和加氢站的发展迅速，包括丰田、本田、现代、奔

驰等汽车制造商纷纷发布了量产燃料电池车型。截止到2018年底，全球累计投

用的FCV有14596辆，加氢站数量为369座，大部分集中在美国、日本、韩国、

德国和加拿大等。目前，我国氢燃料电池汽车以及配套的加氢站数量较少，加氢

站的利用率低，远远未达到成熟发展的阶段。各省也出台了扶持氢燃料电池产业

的相关政策，所以，在我国，氢燃料电池正处于一个起步阶段，但是极具发展潜

力。

2氢能在“十四五”期间应用态势

（1）“十四五”期间氢能应用将迎来新的发展机遇

在低碳发展和能源转型的大背景下，氢能产业在中国获得了自下而上的发展

态势，即产业、地方政府和二级市场积极性非常强，这也是推动氢能产业较快发

展的最大因素。尤其是地方政府的积极介入，把该产业在区域布局的竞争格局进

一步确立。

（2）氢能在交通领域的应用，未来5-10年将迎来较快增速

未来5-10年内，燃料电池汽车在全球范围内将呈现快速增长态势。美国、

日本、中国、欧洲等区域将是氢燃料电池汽车的重点区域，中国目前以商用车为

主，主要应用在物流、公交和大巴等领域，在各地政策的支持下有望获得较快发

展。

（3）加氢站将在“十四五”期间大规模建设

氢能源汽车的发展，最重要的环节是加氢站及相关基础设施的布局能否快速

启动。截至2019年底，中国加氢站超过50座，在建10多座，规划中的加氢站

数十座，未来发展空间巨大。若氢能方面的政策支持强度不退坡，到“十四五”

末，中国加氢站数量可能超过150座。

（4）燃料电池汽车产业链上，未来5-10年电堆等主要零部件国产化比例将

大幅提高

目前，我国80%以上的电堆采用国外技术，其主要生产商国鸿氢能、潍柴动

力技术均来自于加拿大巴拉德公司，国内自主研发的电堆技术正在逐步完善和成

熟，未来国产化的比例将会大幅提高。

（5）氢能在天然气等其他领域的应用将会更受重视

目前市场对氢能的应用主要集中在交通领域，以乘用车、商用车和氢能船舶

等为主，但氢能的应用场景非常广，氢能与天然气混合燃烧未来将会有较大的市

场空间。

3氢能在油田领域的应用分析

3.1油田领域氢能利用的优势