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《氢眼所见》：有缘可添加微信“13480834343”
正在写《氢眼所见》的内心独白（五），思辨如何在混乱的世界里做清醒的自己，还未完全成稿，完稿后奉上哈！今天一如既往继续给大家科普氢能相关的知识，今天再从宏观层面做一些简单科普。
下图1
介绍了氢经济（HE）在绿色氢能方面的主要任务。在氢经济各功能阶段开展的研发研究涉及绿氢的生产（
第一阶段
），如
图1a
显示的通过水电解生产绿氢的概念，
主要涉及开发低排放或无排放的制氢方法
支持未来的净零排放；
绿氢的净化和运输（
第二阶段
），如
图1b
显示了一条现代风格的绿色氢长距离运输管道示例；
绿氢的储存（
第三阶段
），
如
图1c
所示，目前与氢能相关的挑战主要集中在寻找新的绿色氢储存方法；
以及使用燃料电池或其他方式将绿氢的化学能转化为电能或者热能以及原有的材料属性等等（
第四阶段
），如
（
图1d
）所示意
。目前，氢能主要使用原型解决方案和技术。要使氢能与传统的化石燃料能源相比具有竞争力，就必须在广泛使用和大规模生产时大幅降低成本。未来氢气可以像天然气一样使用天然气管道输送，或使用罐车加压运输等。
(a)示意通过水电解实现绿色制氢的概念(阶段1)；
(b)示意绿氢净化与运输(阶段II) ;
(c)示意绿色储氢(
阶段III
);
(d)示意燃料电池或其他方式的绿氢能量转化(阶段IV)
存储
氢储存是一项最难克服的技术障碍，阻碍了氢技术在工业规模上的应用。目前，一般使用昂贵的压力容器和不太耐用的低温罐来储存氢气。解决大规模氢气应用所面临的储存效率、安全性和成本挑战，对于广泛采用氢气作为清洁能源载体至关重要。目前正在开发和实施一些创新解决方案和战略，以克服这些挑战 。正在开发的压缩氢储存战略以高压罐和金属氢化物为基础。液态氢储存战略以低温储存和绝缘罐为基础。真空绝热低温罐用于最大限度地减少热传导和沸腾。地下储存战略可利用盐洞和地质构造。化学储存策略包括液态有机载氢体（LOHC）和氨或甲醇。基于金属有机框架（MOFs）和化学氢化物开发了固态储存策略。
安全
方面的考虑涉及泄漏检测和监控、火灾和爆炸预防以及法规遵从。先进的传感器和监控系统对于检测氢气泄漏和确保储存设施的安全至关重要。氢气的可燃范围广、扩散率高，需要采取严格的安全措施，包括惰性气体吹
扫
和防爆设计。遵守氢气储存和处理的国际标准和法规对于确保安全和获得公众认可至关重要。
成本
降低的策略主要集中在规模经济、研发、政策和激励措施上。大规模的氢气生产和储存可以从规模经济中获益，降低单位氢气储存的成本。
要解决大规模氢气应用在储存效率、安全性和成本方面的挑战，需要将技术创新、材料进步和政策支持结合起来。随着氢经济的发展，这些解决方案将在确保为各种应用可靠、安全地储存氢气方面发挥关键作用。
在第三阶段，有必要开发创新的储氢方法，特别是用于运输的方法 。获取氢储存材料技术的进步是决定使用氢为汽车提供动力在经济上是否成功的一个重要因素。
因此，有关在金属及其合金的晶体结构中安全储氢的研发研究正在进行中。在第四阶段中的燃料电池中使用氢的最重要指标是要求达到 5.0 标准的纯度水平。
即使是最微量的氢污染也可能损害燃料电池系统的效率和耐用性，尤其是在氢燃料汽车中。由于需要减少各经济部门的排放量，不仅氢的纯度，而且制氢过程中使用的能源来源也变得尤为重要。
氢燃料电池代表着向更可持续、更清洁能源未来的重大转变。氢气作为一种能源载体，具有彻底改变能源市场的潜力，可作为化石燃料的多功能清洁替代品。有关氢能在能源市场方面的一些重要见解如下：
●应用广泛：
氢气可用于交通运输、发电、工业流程和供热等多个领域。这种多功能性使其成为改变能源密集型行业和难以电气化的行业去碳化的潜在手段。
● 储能和电网平衡：
氢能可在能源储存方面发挥关键作用，尤其是对太阳能和风能等间歇性可再生能源而言。多余的电力可通过电解产生氢气，然后将氢气储存起来，在需求量大或无法使用可再生能源时用来发电。
● 市场增长和投资：
氢经济的发展势头日益强劲，世界各地的政府和私营部门都对其进行了大量投资。这包括为研发、基础设施和商业项目提供资金。随着技术的成熟和成本的降低，氢气市场的增长速度预计将加快。
● 技术进步：
氢气生产、储存和利用技术的进步对于氢经济的成功至关重要。提高电解、燃料电池和氢储存的效率并降低成本是重点关注领域。
● 绿氢与灰氢：
目前，大多数氢气是由天然气或煤炭（灰氢）生产的，天然气和煤炭都会排放二氧化碳。过渡到利用可再生能源电解水生产绿氢对氢经济的真正可持续发展至关重要。绿氢的成本竞争力正在提高，但在规模和基础设施方面仍面临挑战。
● 基础设施建设：
建设氢经济需要大量的基础设施建设，包括生产设施、储存和运输系统以及加气站。这些基础设施必须安全、高效，并与现有能源系统集成。
● 政策和法规：
政府政策和法规在形成氢经济方面发挥着至关重要的作用。这包括制定标准、为投资和采用提供激励措施，以及为氢能技术和基础设施的发展创造有利的监管环境。
● 全球合作：
国际合作对于共享知识、统一标准以及为氢和氢基产品创造全球市场至关重要。
● 经济影响：
氢经济有可能创造新的产业和就业机会，同时改变现有的产业和就业机会。它可以推动经济增长，并为氢技术的早期采用者和领先者提供竞争优势。
● 环境效益：
氢经济的主要动机之一是其减少温室气体排放和应对气候变化的潜力。要实现这些环境效益，需要共同努力扩大绿色氢气生产，并将其纳入能源系统。
高等能源为实现更可持续的能源未来提供了一条充满希望的道路。然而，实现氢能的潜力需要克服技术、经济和政策方面的挑战。正如最近报道的那样，通过持续创新、投资和国际合作，氢能可以在改变能源市场和促进更清洁、更具弹性的能源系统方面发挥关键作用。
将热电联产（CHP）和电供热（P2H）技术集成到多能源微电网（MEMGs）中，是提高能源效率和减少环境影响的一种先进方法。多能源微电网可协调电力、天然气、煤炭、和热能的生产和消费，为利用可再生能源提供了一个前景广阔的解决方案，同时确保了能源供应的可靠性和灵活性。然而，与可再生能源发电和可变负荷需求相关的固有不确定性给 MEMGs 的高效运行带来了巨大挑战。针对电-气-热一体化 MEMGs 提出的两阶段稳健运行方法是多能源系统领域的一大进步。通过有效解决不确定性和协调多种能源载体，该方法可确保可靠、经济和环保的能源供应。P2H机组的集成和碳交易机制的实施进一步提高了 MEMG 的可持续性和经济可行性。随着能源市场的不断发展，这种创新方法将在塑造能源行业的未来方面发挥至关重要的作用。
下图2
展示了一个将各种能源和负载结合在一起的综合能源系统。
配电系统连接电网、风力涡轮机 (WT) 和传统发电厂 (TP)。它提供电力以满足电力负荷。天然气系统连接气源和天然气负荷。它包括燃气轮机 (GT) 和微型燃气轮机 (MR) 等组件。氢气系统包括生产氢气的电解槽 (EL)、氢气存储 (HST)，以及氢气发动机 (HE) 或氢气负载的利用。供热系统与热电联产设备相结合，为热负荷提供热量。在能源转换系统中，电力和天然气可以通过这些系统进行转换和利用，从而实现高效的能源管理。通过这种整合，可以优化不同能源的使用，有效满足不同负荷的需求。
将可变可再生能源纳入电力系统需要开发先进的储能系统（ESS）和先进的控制策略，以确保可靠性和效率。风能和太阳能等可再生能源的间歇性为有效的电网管理带来了重大的不确定性。
在这种情况下，为 ESS 开发一个包含分布式鲁棒模型（
distributionally robust model
）预测控制（DR-MPC）的两阶段模型是一项重大进展。这种方法不仅尊重了多级调度的非预期性，还能使 ESS 以多种选择模式运行，从而优化其功率间隔调度。所提出的 ESS 两阶段模型和分布式鲁棒模型预测控制方案代表了储能和电力系统管理领域的重大进步。通过应对可再生能源的不确定性所带来的挑战，并为ESS的运行提供灵活的自适应框架，这种方法有助于开发更可靠、更高效、更可持续的能源系统。
（
备注释义：
分布式鲁棒模型优化是近年来新兴的一类研究方法，根据应急系统突发事件频次低、历史数据少的特点，分布式鲁棒优化能够充分利用有限的历史数据对随机参数可能发生的最坏情况进行预估，使得系统在最坏情况下的表现不至太差，在保证应急救援领域服务质量的同时尽大限度的降低运营成本。
）
解决分布稳健性优化问题的新型算法进一步增强了该框架的实际应用性，展示了其在能源市场中广泛采用的潜力。
将氢燃料电池汽车（HFCVs）纳入交通网络（TNs）是实现交通部门去碳化的重要一步。氢燃料电池汽车以氢为燃料，通过燃料电池发电，是传统内燃机汽车的理想替代品，也是向可持续交通转型过程中电动汽车（EV）的补充。有研究提出了一种新方法，用于协调运行具有分布式氢气供应的网络化氢-电-交通系统，旨在实现协同效应和总体利润的最大化。氢-电-交通系统与分布式氢气供应的网络化协调运行是交通网络去碳化的一大进步。通过整合氢气运输延迟、加注/充电需求和供应流程约束，所提出的模型可确保高效、盈利的运营。采用数据驱动的稳健机会约束编程增强了系统对不确定性的适应能力，使其成为可持续交通的实用有效解决方案。随着能源市场和交通网络的不断发展，这种创新方法将在塑造未来交通系统中发挥至关重要的作用。
当然，当绿氢具备足够经济性时对原有将氢作为材料属性的传统化工等领域也可以进行替换。将绿氢用于燃料电池用于发电作为车载动力以及分布式发电系统也仅仅是绿氢经济在消纳环节的一个分支，还有其他作为热能来源、或者采用燃烧等方式的大型发电系统等等领域进行应用，当然这里也涉及很多重大研发项目。
