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微专题:西完美体育网站氢东送与能源安全

2024-04-26 19:23 已有人浏览 小编

  ,对今后我国跨区域氢气输送管网建设具有战略性的示范引领作用,助力我国能源转型升级。

  碳排放量最低的绿氢,是由太阳能、风能电解生产的。由于西部地区夏季光照时间长,且距冬季风源地较近,风、光资源丰富,可再生能源发展迅速。这意味着我国西部地区具有大规模绿氢资源潜力。

微专题:西完美体育网站氢东送与能源安全

  另外,我国东部地区和南部地区经济发达,城市人口密集,但本身不是我国能源的主产区,氢能无论是工业应用还是民用,都具有巨大市场潜力。东部地区具有资金和技术的优势,所以氢能相关产业发展较快,对氢能需求量较大。虽然东部也能制氢,但大多数是“灰氢”,生产过程中对环境污染较大。所以,为缓解东部能源紧张和环境污染问题,从西部地区输送“绿氢”到东部地区就被提上了议事日程。

  “西氢东送”都是能源与市场匹配的最佳路径,可以有效解决能源分布与市场分布之间的错配,助力我国能源产业健康有序发展。

微专题:西完美体育网站氢东送与能源安全(图2)

微专题:西完美体育网站氢东送与能源安全(图3)

  灰氢主要是通过煤炭、天然气等化石燃料转化反应制备的氢气,在生产过程中会有二氧化碳等排放。目前,市面上绝大多数氢气是灰氢,约占当今全球氢气产量的95%。

  蓝氢,是指采用了碳捕集措施的化石能源制得的氢气,碳排放强度大幅度降低。实际上它是在“灰氢”生产过程中经碳捕获与储存(CCS)技术处理后,就变成了蓝氢,而该技术需要使用天然气作为动力能源。

  【碳捕获与封存技术】指捕获从大型排放源产生的CO₂完美体育官方网站,将其运输至储存站点并进行封存,避免CO₂排放到大气中的一种技术组合。

  绿氢,则是指利用可再生能源(如风能、太阳能、电能等)分解水得到的氢气。这个生产过程可以实现零碳排放,但经济成本很高。

微专题:西完美体育网站氢东送与能源安全(图4)

  【一次能源】自然界中以原有形式存在的,未经加工转换的能量资源,如煤炭、石油、天然气、水能等。

  氢气的燃烧产物只有水,可以实现零碳排放,是典型的清洁能源。不仅如此,氢能的能效很高(热值高),燃烧同样质量的燃料,氢所产生的热量是化石燃料的2-4倍。

  氢是宇宙中最多的元素,来源十分丰富。但地球上的氢,多以化合态形式出现,难以直接获取。所以还需要依靠其他能源来完成氢气的生产过程。这个过程周期较长、成本较高,所以氢气的使用推广较慢,目前在能源消费结构中占比较低。

  1、重量最轻:标准状态下,密度为 0.0899g/L,-252.7℃时,可成为液体,若将压力增大到数百个大气压,液氢可变为金属氢。

  3、储量丰富:据估计它构成了宇宙质量的75%,它主要以化合物的形态贮存于水中,而水是地球上最广泛的物质。据推算,如把海水中的氢全部提取出来,它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。

  4、回收利用:利用氢能源的汽车排出的废物只是水,所以可以再次分解氢,再次回收利用。

  5、发热值高:除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,为142351 kJ/kg,是汽油发热值的3倍。

  6、燃烧性能好:点燃快,与空气混合时有广泛的可燃范围,而且燃点高,燃烧速度快。

  7、环保:与其他燃料相比氢燃烧时最清洁,除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质,少量的氨气经过适当处理也不会污染环境,氢取代化石燃料能最大限度地减弱温室效应。

  8、利用形式多:既可以通过燃烧产生热能,在热力发动机中产生机械功,又可以作为能源材料用于燃料电池,或转换成固态氢用作结构材料。

  9、多种形态:以气态、液态或固态的金属氢化物出现,能适应贮运及各种应用环境的不同要求。

  10、耗损少:可以取消远距离高压输电,代以远近距离管道输氢,安全性相对提高,能源无效损耗减小。

  12、运输方便:氢可以减轻燃料自重,可以增加运载工具有效载荷,这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益优于其他能源。

  风力、光伏发电具有间歇性、波动性、随机性等特点,由于电网建设和消纳机制存在一定滞后,导致风电光电利用率有限。

  液氢罐车运输系统由动力车头、整车拖盘和液氢储罐三部分组成。液氢是气氢运输的6.5倍,将气氢经压缩后变成液氢,储存到特制的绝热罐中,每次可运输约4吨氢气。液氢罐车运输具有更高的运输效率,但液化过程能耗大。

微专题:西完美体育网站氢东送与能源安全(图5)

  长管拖车由动力车头、整车拖盘和管状储存容器三部分组成,将氢气通过气柱装入长管拖车,运输至目的地。这是目前主流的运输方式,但每辆车的运输量小(仅0.4吨),运输效率低,终端用氢成本高。

微专题:西完美体育网站氢东送与能源安全(图6)

  利用现有天然气管道进行运输,将氢气按一定体积比例掺入天然气,掺氢天然气既可以直接被利用,也可以把氢与天然气分离后分别单独使用。这种方式运输效率较高,目前天然气管道中的氢气比例可达到24%(国际最高水平)。

  全球范围内氢气输送管道总里程已超5000公里,但我国的输氢专用管道建设尚处于起步阶段。“西氢东送”就是我国首条纯氢长输管道项目,对我国氢能发展有重大意义完美体育在线

  纯氢管道初期建设资金、技术投入大,所以短期经济成本很高。但随着加氢站点、管线里程未来不断完善,从长期来看,总体的平均成本会显著低于氢气拖车、液氢运输等方式。所以,以后当氢能全面普及到各领域后,管道输氢将会成为最具潜力的输氢途径。

  目前,长管拖车仍是我国长距离氢气运输的主流方式,但这种方式成本较高、效率较低,也是造成终端用氢成本高的主要原因之一,极大制约了产业链发展。

  输氢管道可以实现大规模、长距离输送氢气,并且兼顾经济性,将在加快氢能资源疏散和市场覆盖、能源结构优化调整中起到重要作用。

  资源跨区域调配带来了哪些积极影响?遇到这类问题时,我们有两种角度,一是从空间入手,从输入地、输出地、沿线地三个维度展开分析;二是从社会、经济、生态三个方面来看。

  可将资源优势转化为经济优势,西部地区光热资源丰富,生产绿氢有很大优势,西氢东送可以加快西部地区的氢能开发,促进当地经济发展(经济效益);

  还可以完善当地基础设施,带动相关产业发展,推进产业优化升级(经济效益);

  减少东部地区的环境污染,用西部地区的“绿氢”取代东部地区的“灰氢”,可以优化能源消费结构,能减少碳排放,改善生态环境(生态效益);

  并且可以缓解东部地区能源紧张的局面,促进氢能相关产业的协同发展(经济效益)。

  促进沿线相关产业发展(经济效益);提高沿线氢能产能,增加我国能源供给,有利于保障国家能源安全(社会效益)。

  广州青洲四海上风电场是国内首个“海上风电+海洋牧场+海水制氢”的融合项目,开创了“海上粮仓+蓝色能源”的局面。该地的“海洋牧场”以地理信息技术为依托打造“数字化养殖管理平台”,推动养殖标准化、现代化。完成下面小题。

  【解析】1.与风电制氢相比,海上风电制氢与海洋牧场融合既利用了海上的风能资源,也利用了海洋生物资源,提高了海洋空间利用率,且海洋牧场增加了农产品产出,增加粮食供给安全,②③正确。风电制氢也可以高效利用清洁能源,①错。海上风电制氢与海洋牧场融合并没有增加海洋生物种类,对增加海洋生物的类型影响不大,④错。故选B。

  2.可以实时获取养殖区环境的辐射,借助RS动态监测养殖区环境,A正确。绘制养殖区地图需要借助GIS,B错。GIS主要对地理信息进行查询、分析、预估等,还可以制作专题地图,但不能巡查养殖区的情况,C错。追踪失窃贻贝苗需要借助GPS或BDS,D错。故选A。

  【点睛】“3S”技术的判别:(1)“点”与“面”判断:①GPS的最大特点是工作对象是“一个点”或“多个点”。在“3S”技术中选取适当手段时,如果是“点”则选用GPS。②RS和GIS的工作对象——“面”,如果是“面”则需看突出的是监测方面还是需处理、计算才能得出的结果,若要监测则应选用RS技术。(2)“想”与“看”区分RS与GIS:“想”即对“事象”的发展变化进行预测、评估,需要计算、思考,凡是需要“想”的选用GIS。只“看”不用“想”的选用RS。

  氢燃料完美体育 完美体育官方平台电池汽车以其环保、充能时间短、耐低温等特征得到广泛关注,目前在我国市场刚起步,发展空间巨大,下图为我国燃料电池汽车产业链上游关键部件自主供应程度示意图。完成下面小题。(双选)

  【解析】3.结合所学知识,由图文材料可知,我国氢燃料电池汽车产业上游关键部件大部分依赖进口,自主供应程度仍较低,核心部件生产对外依赖度较高,故BC正确;但我国国内并无完整产业链,故A错误;氢燃料供应在材料中没有体现,故D错误。答案选择BC。

  4.根据所学知识,结合我国氢燃料电池汽车产业的发展现状,需要加大对关键材料的研发力度,促进全产业链生产能力的提升,故B正确;据图可知,安全阀我国有产品,但性能不足,所以应该加大科研力度,提高产品性能,而不是加大对安全阀的进口,故A错误;我国氢燃料电池汽车产业目前市场刚起步,对于核心零部件的生产能力较弱,需要从国外进口,故应该降低核心零部件的关税,同时加强对关键材料的研发,提高政策上的支持,故C正确;据图可知,目前我国已经实现储氢瓶的自主生产,故D错误。答案选择BC。

  【点睛】工业可持续发展的一般措施:1.调整产业结构,发展新兴工业(高新技术产业)和第三产业;2.调整工业布局,合理规划,保证各行业平衡发展;3.拓展交通,完善交通网,提高区域开放程度;4.发展科技,更新设备,提高资源利用率;5.消除污染,美化环境。6.控制工业污染的排放,实行清洁生产。

  我国“西氢东送”“海氢陆送”项目已进入加速推进阶段。“西氢东送”采用“风光火储氢一体化”模式保障氢能供应稳定,“海氢陆送”利用海上风电制氢可在一定程度上缓解海上风力发电中的“弃风”问题。下图为“海氢陆送”项目模式图。据此完成下面小题。

  【解析】5.“西氢东送”和“海氢陆送”两个项目都采用利用风能或光能制造氢气,用管道输送到东部经济发达地区,因此,两个项目,成本相差不大,都使用管道运输,A、B错误;风能发电具有不稳定的特点,而““西氢东送”除了有风能发电,海洋太阳能和火电作为补充,因此“海氢陆送”的产量不如“西氢东送”稳定,C错误;因为“西氢东送”过程中,利用了火电,因此碳排放更高,“海氢陆送”更低碳,D正确;故选D。

  6.“西氢东送”“海氢陆送”输送的目的地主要为东部经济发达地区,主要促进东部地区能源结构转型升级,A错误;可以缓解但不能改变能源资源短缺现状,B错误;氢气的使用可以提高可再生能源的利用率,C正确;能够减小沿海地区的环境污染,但不能减小沿海地区的生态破坏,D错误;故选C。

  【点睛】风力发电的优缺点:优点:清洁,环境效益好;可再生,永不枯竭;基建周期短;装机规模灵活。缺点:噪声,视觉污染;占用大片土地;不稳定,不可控;成本仍然很高;影响鸟类。

  氢能的优点:燃烧性能好;属于不依赖化石燃料的储量丰富的新能源;发热值高;相比电能,远距离运送耗损少;无毒、无污染;多种形态,以气态、液态或固态的金属氢化物出现;利用率高,氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患,利用率高;运输方便;减少温室效应,氢取代化石燃料能最大限度地减弱温室效应

  氢能具有来源丰富、应用广泛、清洁绿色等特点,根据氢气制取来源的不同分可为灰氢(化石燃料制氢)、蓝氢(结合碳捕集、碳封存技术的化石燃料制氢)和绿氢(通过可再生能源电解水制氢)三种,某机构提出力争2030年我国绿氢电解槽装机规模达到100GW的目标,下图为其提出的2030年绿氢100的发展模式展望示意图。读图,完成下面小题。

  【解析】7.据材料可知,氢的不同颜色代表着制氢过程的清洁程度,灰氢在制备过程中碳排放最多、最不清洁,绿氢是通过可再生能源电解水制氢,绿氢在制备过程中碳排放最少、最清洁,制氢过程更低碳,D对;与“灰氢”、“蓝氢”相比,“绿氢”生产技术和成本要求更高,全球氢气产量中,绝大部分是“灰氢”和“蓝氢”,并且受制于运输成本,绿氢产量和运输利用不具有优势,ABC错;故选D。

  8.氢源应该因地制宜的发展路线,各个地区主要以当地的资源优势为基础制定合理的氢能规划,新疆有大量的风力资源,可用于制氢,A对;四川阴雨天气较多,太阳能资源贫乏,不适合光伏制绿氢,C错;华北适合用煤制造“灰氢”,B错误;华东水电资源不丰富,不适合制绿氢,D错误;故选A。

  材料一:欧美主要工业国家提出2050年实现碳中和,中国提出了2030年前碳达峰、2060年实现碳中和的“30·60”目标。全球碳中和为氢能产业发展创造了重大机遇,氢能逐步成为能源技术革命和产业转型升级的重要方向。

  材料二:汉堡市距离北海和波罗的海较近,是德国最大的港口城市,也是德国重要的工业区之一。德国计划在汉堡建造一个拥有100MW容量电解槽的全球最大绿色制氢工厂,并打造独立的氢气运输管网。未来几年,德国将投资90亿欧元发展绿氢产业。

  【答案】(1)优化能源消费结构,减少温室气体排放,减缓全球气候变暖速度;带动高端装备制造业快速发展,促进产业结构调整;促进技术进步;增加就业机会,促进经济发展。

  (2)与灰氢、蓝氢相比,绿氢没有碳排放,符合全球控制温室气体排放要求;风力、光伏等清洁能源发电成本下降,使绿氢生产成本下降,使绿氢更具备竞争力;环保意识的提升,碳排放交易价格的上升,使得灰氢、蓝氢成本升高。

  (3)临海,风能资源丰完美体育 完美体育官方平台富,为绿氢生产提供清洁能源;重要的工业基地,工业基础好;经济发达,能源需求量大(或市场广阔);技术先进(或科技水平高);政策支持(资金充足)。

  【分析】本题以碳中和、氢能产业发展等为背景设置试题,涉及各国都重视发展氢能产业的原因、绿氢逐渐成为未来氢能的主要来源的原因、德国在汉堡建设绿色制氢工厂的优势条件等相关内容,主要考查学生获取和解读图文信息的能力,利用所学地理知识解释地理现象的能力。

  【详解】(1)氢燃烧的产物是水,是世界上最干净的能源,故发展氢能产业可以优化能源消费结构,减少温室气体排放,减缓全球气候变暖速度;由材料“氢能逐步成为能源技术革命和产业转型升级的重要方向”可知,氢能产业带动高端装备制造业快速发展,促进产业结构调整及促进技术进步;由材料“全球碳中和为氢能产业发展创造了重大机遇”及“未来几年,德国将投资90亿欧元发展绿氢产业”等可知,氢能产业发展拉动相关配套产业和相关产业发展,有利于增加就业机会,促进经济发展。

  (2)由氢能产业链可知,灰氢、蓝氢的原料是化石燃料,使用过程中会产生碳,而与灰氢、蓝氢相比,绿氢的原料是水,没有碳排放,符合全球控制温室气体排放要求;绿氢是利用可再生能源发电,风力、光伏等清洁能源发电成本下降,使绿氢生产成本下降,使绿氢更具备竞争力;而灰氢通过化石能源、工业副产品等生产氢气,生产时会伴有大量的二氧化碳排放,蓝氢已经能够减少90%的碳排放,但做不到绿氢的碳零排放,因此随着环保意识的提升,碳排放交易价格的上升,使得灰氢、蓝氢成本升高。这些原因造成绿氢逐渐成为未来氢能的主要来源。

  (3)由材料“汉堡市距离北海和波罗的海较近”可知,汉堡临海,风能资源丰富,为绿氢生产提供清洁能源;由材料“德国重要的工业区之一”可知,汉堡是重要的工业基地,工业基础好;再结合德国是世界发达国家,汉堡是德国重要城市,从市场需求、资金、技术等角度回答,即经济发达,能源需求量大(或市场广阔);技术先进(或科技水平高);政策支持(资金充足)。

  材料一:河西走廊被誉为“风电宝库”。2020年,河西走廊地区风能装机容量达2000万千瓦。

  材料二:玉门是中国石油工业的诞生地之一,2009年被列入国家第二批资源枯竭型城市,21世纪初开始转型。近年来,玉门市聚焦能源结构转型,积极发展氢能产业,着力打造“中国新能源之都”,助力河西走廊建设中国西部“氢谷”。下图示意玉门市氢能产业链。

  材料三:近年来,甘肃省加快推进“丝绸之路经济带”甘肃黄金段的谋划和建设。下图为甘肃省河西走廊及周边区域图。

  【答案】(1)河西走廊呈东南-西北走向,有利于冬季风的进入;靠近冬季风源地,风力大;南北高、中间低,产生狭管效应,加剧风力;地形平坦、植被少,对风力的削弱小。

  (2)玉门地区风能、太阳能丰富;“绿氢”生产过程中,污染物排放少,利于生态环境保护;更易获得政策支持和财政补贴;减少碳排放,有利于国家实现碳达峰、碳中和目标。

  (3)有利于将西部地区资源优势与东部地区经济、技术优势统筹配置;有利于提高资源整体利用效率;有利于加强区际联系,促进区域协调发展。

  (4)提高本地区风光资源的利用率;增加国家电力储备;提高电力系统调峰力度;保护当地趋于枯竭的化石能源。

  【详解】(1)河西走廊纬度较高,距冬季风源地较近,风力大;河西走廊呈东南-西北走向,与冬季风方向一致,有利于冬季风的进入;受地形影响,南北高、中间低,狭管效应显著,加剧风力;地形平坦,冬季地表植被稀疏,对风力的削弱小等。

  (2)据材料玉门素有“世界风口”之称,风能资源丰富;深居内陆,气候干旱降水少,太阳能资源丰富;与灰氢生产过程相比,绿氢生产过程中,污染物排放少,利于生态环境保护;碳排放少,有利于国家实现碳达峰、碳中和目标;开发利用风能、太阳能等新能源,更易获得政策支持和财政补贴等。

  (3)西氢东送工程有利于将西部地区的资源优势转化为经济优势,带动西部地区经济发展;缓解东部地区能源紧张状况,优化能源消费结构,改善大气环境质量;有利于提高资源整体利用效率,减少碳排放;有利于加强东西部地区区际联系,促进区域协调发展,实现共同富裕等。

  (4)据材料“2009年被列入国家第二批资源枯竭型城市,21世纪初开始转型。近年来,玉门市聚焦能源结构转型,积极发展氢能产业”可知,石油资源枯竭,需要开发新能源进行能源结构转型;减少石油利用,利于保护非可再生的石油资源;地处西北内陆,风能、太阳能资源丰富;利用可再生能源制氢产业体系建设,利用开发风能、太阳能资源,提高风光资源的利用率;增加氢能储备,保障国家电力安全;满足生产、生活的电力需求,提高电力系统调峰力度等。

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