氢能技术与碳中和能源系统

课程编码：180090080701P2002H 英文名称：Hydrogen Technology and Carbon Neutral Energy Systems 课时：40 学分：2.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：高林等

能源科技面临着从以效率为主线向以低碳和安全为主线、从以化石能源为主向多能源互补为主、从热力循环向非热力循环技术等颠覆性的转变。其中，氢作为未来可能与电力比肩的重要终端能源消费形式，因其储(能)用(能)一体的特性而备受各方关注。氢能的生产、输运、储存和转化利用技术涉及能源、环境、化工等多个学科领域，对训练学生学科交叉与领域融合的思考能力很有帮助。而氢能技术在未来碳中和能源系统中将扮演什么样的角色，氢能对实现低碳与安全目标的能够起到什么作用，则有助于培养学生的系统性思维。
《氢能技术与碳中和能源系统》课程拟通过对氢能技术以及碳中和能源系统的讲解，使研究生了解氢能技术的主要技术路线、技术内涵、科学原理以及构建碳中和能源系统的基本原理、方法和手段，以及国内外最新进展动态，为学生今后在该方面的研究或发展打下知识基础。课程涉及能源、化学、材料等多个领域不同深度的基础知识，学科交叉和系统思维既是本课程的难点，也是希望学生掌握的重点。从应对气候变化的大前提出发，课程首先简单介绍能源革命和碳中和的背景知识，从宏观层面帮助学生理解能源科技发展的历程、现状、挑战和趋势。在第二部分的氢能技术章节，主要讲解蓝氢（化石能源制氢技术）、绿氢（可再生能源制氢技术）和氢能的储运与利用技术（氢燃料电池、氢氧联合循环等）。通过对氢能技术的介绍，帮助学生从传统以热力循环为主的单一能源科技思路切换到未来以循环和非循环并重为主的多技术协同的能源科技思路。基于对氢能技术的了解，第三部分将重点讲解以高效、清洁、低碳、安全为目标的碳中和能源系统中多种能源互补利用技术、多技术协同的系统集成技术。最后，课程将聚焦技术与战略的结合，重点讲解氢能技术路线图、碳中和路线图的制订原理、方法与案例，帮助学生提升宏观视野。本课程教学手段遵循传统黑板式教学、现代化多媒体教学、原理方法与案例相结合的原则，重点阐述氢能技术以及碳中和能源系统技术中涉及的热力学、燃烧学、物理化学原理，一方面使不同专业背景的学生能够学以致用，另一方面帮助学生加深对碳中和与能源革命的多层次、多角度理解。课后辅导充分利用沙龙互动、网络视屏等与同学交流，及时收集和解答同学们学习过程中存在的疑问。

高等数学、普通物理、普通化学、工程热力学、传热学

第一章 氢能技术与碳中和 6学时 高林
第1节 概述
第2节 碳中和
第3节 氢能、碳中和与能源革命
第二章 构建碳中和能源系统 8学时 高林
第1节 能源系统分析与集成方法
第2节 低碳、清洁、高效能源环境系统概述
第3节 碳中和能源系统分析方法与集成原则
第4节 多联产系统技术概述
第5节 多联产系统集成案例分析
第6节 碳捕集技术概述
第7节 燃料源头低能耗脱碳技术
第8节 灵活低碳的燃煤发电系统
第三章 碳中和技术路线图与战略分析 6学时 高林
第1节 能源技术与能源战略规划
第2节 能源战略研究方法
第3节 碳中和的技术、市场与政策
第4节 氢能技术发展路线图与CCUS路线图
第5节 碳中和路线图
第6节 沙龙讨论
第四章 绿氢技术 8学时 王宏圣
第1节 氢能与可持续能源结构转型
第2节 绿氢的机遇与挑战
第3节 可再生能源电解水制氢-1
第4节 可再生能源电解水制氢-2
第5节 太阳能制氢-1
第6节 太阳能制氢-2
第7节 太阳能制氢-3
第8节 生物质制氢
第五章 蓝氢技术 8学时 王宏圣
第1节 化石能源的制氢原理与方法
第2节 煤制氢
第3节 天然气制氢
第4节 液态碳氢燃料制氢
第5节 化石能源脱碳制氢-富氧燃烧与化学链燃烧
第6节 化石能源脱碳制氢-CO2吸收与膜反应器
第7节 太阳能与化石能源互补系统-1
第8节 太阳能与化石能源互补系统-2
第六章 氢能的储运与利用技术 4学时 王宏圣
第1节 物理储氢原理与技术
第2节 化学储氢原理与技术
第3节 甲醇、氨制氢与储氢
第4节 氢能动力

高林，能源国家实验室（怀柔）研究员，主要从事二氧化碳捕集、封存、利用等领域的研究工作。
王宏圣，中国科学院大学工程科学学院副教授，主要从事太阳能利用、热化学制氢、碳捕集等领域的研究工作。