第4章 培优提升10 氢能开发(学用Word)-【优学精讲】2025-2026学年高中地理选择性必修3（人教版）

本高中地理讲义以氢能开发为核心，系统梳理氢能的概念（二次清洁能源、燃烧热值高、产物清洁等）、开发利用（氢燃料、氢动力汽车、氢能发电、家庭用氢）、储存运输技术，以及发展挑战与未来趋势，构建从基础原理到实际应用的完整知识支架。 资料特色在于理论结合区域案例（如白城市氢能产业、北京冬奥会氢能应用），通过案例分析与练习题培养学生区域认知和综合思维，渗透人地协调观。课中辅助教师生动授课，课后帮助学生巩固知识，查漏补缺。

培优提升10　氢能开发 1.氢能的概念：氢能是氢和氧进行化学反应释放出的化学能，是一种二次清洁能源，被誉为“21世纪终极能源”，也是在碳达峰、碳中和的大背景下，加速开发利用的一种清洁能源。氢在地球上主要以化合态的形式出现，是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75％，是二次能源。氢具有燃烧热值高的特点，是汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。氢燃烧的生成物是水，是世界上最干净的能源。氢能资源丰富，可持续发展。 2.氢能的开发利用 （1）氢燃料：利用液氢作燃料，实现了氢能飞机上天和宇宙飞船上天。 （2）氢动力汽车：以氢气代替汽油作为汽车发动机的燃料，经过试验，技术是可行的。氢是一种高效燃料，燃烧主要生成物是水，只有极少的氮氢化物，绝对没有汽油燃烧时产生的一氧化碳、二氧化硫等对环境有害的成分。氢能汽车是最清洁的理想交通工具。 （3）氢能发电：大型电站，无论是水电、火电还是核电，都是把发出的电送往电网，由电网输送给用户。但是各种用户的负荷不同，电网有时是高峰，有时是低谷。为了调节峰荷、电网中常需要启动快和比较灵活的发电站，氢能发电在电网低谷期时，还可以吸收多余的电来进行电解水，生产氢和氧，以备电网高峰期发电用。这种调节作用对于电网运行是有利的。 （4）家庭用氢：随着制氢技术的发展和化石能源的缺少，氢能利用将进入家庭，像输送城市煤气一样，通过氢气管道送往千家万户。 3.氢能的储存：氢的储存是一项至关重要的技术，成为氢能利用走向规模化的瓶颈。储氢问题涉及氢生产、运输、最终应用等所有环节，储氢问题不解决，氢能的应用则难以推广。氢是气体，它的输送和储存比固体煤、液体石油更困难。一般来说，氢气可以以气体、液体、化合物等形态储存。氢的储存方式主要有高压气态储氢、低温液态储氢和储氢材料储氢等。 4.氢能的运输：氢能的运输主要包括压缩氢气的运输、液态氢的运输、利用储氢介质输送、利用管道输送和制造原料的输送。 （1）压缩氢气的运输是把氢气压缩成高压气体后进行的输送，适用于往离站制氢型加氢站输送的场合。该方法的特点是在输送、储存、消费过程中不发生相变，能量损失小，但一次输送的量也比较少，因此适合距离较近、输送量少的场合。 （2）液态氢的运输原理和压缩氢气差不多，主要区别是罐装储存的是液态氢，对保温性能要求更高。因为液态氢制造时的液化效率低，因此会导致整体输送的能量效率低。 （3）利用储氢介质输送是利用储氢技术把氢吸收于载体进行输送的方法。 （4）管道输送无论在成本上还是在能量消耗上都是非常有利的方法。在大型工业联合企业，氢气的管道输送已被实用化。 5.氢能发展面临的六大挑战 （1）氢能关键材料及设备零部件要求苛刻、工艺复杂、成本高昂，并且不同国家、不同部门之间的技术差距明显。尤其对于我国来说，一些关键技术仍然被国外所垄断。 （2）电解水制氢技术是实现绿氢大规模生产的最有希望的途径，但其成本过高，主要由电价导致，短期内仍无法完全替代碳排放量较高的化石燃料制氢。 （3）受限于我国可再生能源资源的分布状况，制氢端与用氢端往往存在着较大的时间和空间错位性，尚未形成完善的氢气存储和输运网络渠道。 （4）较之于石化能源产业，氢能属于新兴能源，目前缺乏相应基础设施整体布局。因此，目前氢能全产业链体系上下游难以形成有效联动。 （5）当前用氢端需求关注方向过于单一，主要集中在氢燃料电池及其交通载具方面，目前成熟度偏低、规模不大，需求尚未得到全面开发。 （6）氢能技术标准不完善，涉及氢品质、储运、加氢站和安全等内容的技术标准较少，急需一套健全的国际、国家或行业标准，以此来规范氢能行业市场健康发展。 6.氢能未来发展趋势 （1）在制取氢方面，通过电力成本与设备成本的协同降低，方可体现绿氢的经济优势。较之于日本、韩国等国家，我国幅员辽阔，具有广阔的沙漠、戈壁、荒漠、草原及海域资源，可以提供丰富的太阳能、风能、潮汐能等可再生资源，在发展绿氢方面具有先天优势，可以加快实现“氢能中国”战略。 （2）在应用氢方面，随着行业聚焦与技术发展，期待值很高的是氢燃料电池，带动交通领域应用的变革。在各类需要用氢的化工领域，如炼油、合成氮、甲醇生产以及炼钢行业，绿氢将逐步取代灰氢。在其他诸多传统能源密集型产业，氢能也将代替化石能源作为能量载体进行供能。在建筑领域，采用绿色氢能的分布式冷热电联供系统，也是节能减排的重要方式。同时，更多的氢能应用场景将得以逐渐开发。 　　氢能是一种公认的清洁能源。目前，制氢技术主要有煤炭制氢、电解水制氢、工业副产氢、生物质制氢等。白城市位于吉林省西北部，石油资源、风力资源和太阳能资源丰富，是全国首批千万千瓦级风电基地。2018年白城市着手发展氢能产业，从生产到应用，实现零排放、零污染，着力打造“中国北方氢谷”。据此完成1～3题。 1.与石油相比，氢能的突出优势为（　　） A.清洁无污染 B.再生周期短 C.可用管道运输 D.普及程度高 2.白城市氢能开发最可能采取的制氢技术为（　　） A.煤炭制氢 B.电解水制氢 C.工业副产氢 D.生物质制氢 3.白城市打造“中国北方氢谷”能够（　　） ①保障我国能源安全，优化能源消费结构 ②彻底解决东北地区风电外送和消纳问题 ③促进能源转型升级，培育新的经济增长点 ④推动氢能产业集群，形成成熟城市群 A.①② B.②③ C.①③ D.③④ 　　2022年北京冬季奥运会首次采用氢能作为火炬燃料。某校同学搜集了氢能制备的相关资料，并绘制我国氢能开发利用现状资料卡片（下表）。据此完成4～6题。 氢能产业链 绿氢经济带 灰氢：通过化石燃料燃烧制氢 蓝氢：将在化石燃料制氢过程中排放的二氧化碳捕集并封存起来 绿氢：利用可再生能源发电，再通过电解水制氢 有研究提出，我国可基于可再生能源的发展格局构建“一纵一横”两大“绿氢”经济带。横向经济带涵盖新、甘、内蒙古、晋、冀等地。纵向经济带涵盖内蒙古、晋、冀、豫、鲁、皖、苏、浙等地 4.绿氢相对于灰氢和蓝氢（　　） A.制备过程清洁 B.产业链条完整 C.储存运输安全 D.终端应用广泛 5.横向绿氢经济带发展氢能的优势能源主要有（　　） ①水能 ②风能 ③天然气 ④太阳能 A.①② B.③④ C.①③ D.②④ 6.我国发展绿氢能源可以（　　） A.改变富煤少油现状，保障能源安全 B.捕集和封存二氧化碳，改善大气质量 C.改善能源消费结构，保障环境安全 D.降低可再生能源比重，优化产业结构 2 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $ 培优提升10　氢能开发 对点精练 1.A　2.B　3.C　第1题，与石油相比，氢能属于清洁能源，清洁无污染，A正确；氢能需要消耗大量能量，属于二次能源，石油是直接开采出来的原油进行加工生产的，氢能再生周期较长，B错误；石油也可用管道运输，C错误；氢能目前普及程度低，D错误。第2题，结合材料可知，白城市位于吉林省西北部，石油资源、风力资源和太阳能资源丰富，是全国首批千万千瓦级风电基地，电解水制氢需要消耗大量电能，故该地电解水制氢的可能性较大，B正确；煤炭制氢会产生污染，不符合白城市打造零排放、零污染氢能产业的目标，A错误；材料未提及白城市有丰富的工业副产氢资源，C错误；生物质制氢需要大量的生物质原料，材料未表明白城市在这方面有突出优势，D错误。第3题，白城市打造“中国北方氢谷”，开发零污染物排放的氢能，有利于增加氢能供应，保障我国能源安全，优化能源消费结构，①正确；氢能的开发无法彻底解决东北地区风电外送和消纳问题，②错误；打造“中国北方氢谷”可以借助当地丰富的可再生资源，带动制氢、储运氢、用氢全产业链条，促进能源转型升级，培育新的经济增长点，③正确；打造“中国北方氢谷”可以带动城镇化发展，但不能形成成熟城市群，④错误，C正确。 4.A　5.D　6.C　第4题，根据材料可知，灰氢是通过化石燃料燃烧制氢，化石燃料燃烧过程中会释放大量的二氧化碳。蓝氢是将在化石燃料制氢过程中排放的二氧化碳捕集并封存起来。绿氢是利用可再生能源发电，再通过电解水制氢释放氧气。所以绿氢的制备过程更清洁，A正确；产业链条、储存运输、终端应用差别不大，B、C、D错误。第5题，我国能源资源的分布横向绿氢经济带涵盖新、甘、内蒙古、晋、冀等地，大部分地区以温带大陆性气候为主，多晴朗天气，太阳能资源丰富，④正确；这些地区距离冬季风源地近，冬季风能资源丰富，②正确；天然气属于化石燃料，燃烧化石燃料制成的氢属于灰氢，③错误：该经济带大部分地区降水较少，水能资源并不丰富，①错误。故选D 。第6题，发展清洁能源的意义：绿氢是利用可再生能源发电，再通过电解水制成的氢，不需要消耗煤和油，基本不会产生二氧化碳，不需要捕集和封存二氧化碳，A、B错误。发展绿氢能源能够增加可再生能源的消费比重，改善能源消费结构，保障资源和环境安全， D错误， C正确。 2 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $