《氫能開發(fā)與利用》教學(xué)大綱一、課程地位與課程目標(biāo)（一）課程地位《氫能開發(fā)與利用》是能源與動(dòng)力工程、氫能科學(xué)與工程等專業(yè)的核心課程，屬于浙江省普通本科高?！笆奈濉敝攸c(diǎn)立項(xiàng)建設(shè)教材。本課程系統(tǒng)介紹了氫能的基礎(chǔ)知識(shí)，涵蓋氫的制取、純化、存儲(chǔ)、輸運(yùn)、利用及安全等全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)，體現(xiàn)了氫能在新能源發(fā)展中的戰(zhàn)略地位。課程內(nèi)容緊密結(jié)合國家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，響應(yīng)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035年）》的政策要求，旨在培養(yǎng)具備氫能技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用能力的專業(yè)人才。（二）課程目標(biāo)1．系統(tǒng)掌握氫能領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論、技術(shù)原理及工程應(yīng)用，包括氫的制取、純化、儲(chǔ)存、輸運(yùn)、利用及安全等全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)；能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、化學(xué)、工程熱力學(xué)等基本原理，分析和解決氫能科學(xué)與工程中的復(fù)雜問題。2．能夠基于氫能技術(shù)的基本原理，識(shí)別和表達(dá)氫能開發(fā)與利用過程中的復(fù)雜工程問題（如制氫效率優(yōu)化、儲(chǔ)氫安全性等），并通過文獻(xiàn)研究、實(shí)驗(yàn)或模擬手段，建立有效的分析模型，提出合理解決方案。3．能夠針對(duì)氫能領(lǐng)域的需求（如低碳能源轉(zhuǎn)型、工業(yè)脫碳等），設(shè)計(jì)滿足特定場(chǎng)景的氫能系統(tǒng)、關(guān)鍵設(shè)備或工藝流程，并在設(shè)計(jì)中體現(xiàn)創(chuàng)新思維，綜合考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展等因素。4．理解氫能技術(shù)在“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)中的戰(zhàn)略意義，具備評(píng)估氫能項(xiàng)目對(duì)環(huán)境、健康、法律及倫理影響的綜合能力，推動(dòng)綠色能源技術(shù)的負(fù)責(zé)任應(yīng)用。二、課程學(xué)時(shí)安排章節(jié)號(hào)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)學(xué)生任務(wù)第1章1緒論1.1氫能的作用與意義1.2氫的發(fā)現(xiàn)1.3作為能量載體的氫2了解氫能在能源體系中的戰(zhàn)略價(jià)值、應(yīng)用現(xiàn)狀及其對(duì)可持續(xù)發(fā)展的意義；了解氫元素的發(fā)現(xiàn)歷程及其科學(xué)背景；理解氫作為能量載體的特性、功能及其在能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)中的作用。第2章2水制氫2.1高溫?zé)峤馑茪?.2熱化學(xué)制氫法3掌握高溫?zé)峤馑茪涞幕驹?、反?yīng)過程及其所需的反應(yīng)條件；理解熱化學(xué)制氫法的基本概念；掌握其多步反應(yīng)鏈的核心思想與工藝過程；能夠比較高溫?zé)峤馀c熱化學(xué)法制氫在原理、效率、技術(shù)要求及應(yīng)用前景等方面的異同。第3章3化石能源制氫3.1煤制氫3.2石油制氫3.3天然氣制氫3理解煤制氫（如煤氣化）的主要技術(shù)原理、工藝流程及特點(diǎn)；認(rèn)識(shí)石油制氫（如重油部分氧化、輕烴蒸汽轉(zhuǎn)化）的主要技術(shù)原理與反應(yīng)路徑；掌握天然氣蒸汽重整制氫的反應(yīng)原理、工藝過程及其系統(tǒng)構(gòu)成；能夠比較與分析煤、石油、天然氣三種化石原料制氫技術(shù)在經(jīng)濟(jì)性、能耗、碳排放及技術(shù)成熟度等方面的優(yōu)缺點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)景。第4章4生物質(zhì)制氫4.1生物轉(zhuǎn)化技術(shù)4.2熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)4.3生物質(zhì)制氫技術(shù)的發(fā)展?jié)摿?掌握生物質(zhì)制氫中生物轉(zhuǎn)化技術(shù)（如發(fā)酵、光生物分解）的基本原理與主要工藝類型；掌握生物質(zhì)制氫中熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)（如氣化、熱解）的基本原理與主要工藝類型；能夠比較生物轉(zhuǎn)化與熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)在經(jīng)濟(jì)性、原料適應(yīng)性、產(chǎn)物效率及技術(shù)成熟度等方面的特點(diǎn)與差異；能夠分析與評(píng)價(jià)生物質(zhì)制氫技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)、面臨的挑戰(zhàn)及其在可再生能源體系中的發(fā)展?jié)摿?。?章5其他制氫方法5.1風(fēng)能制氫5.2太陽能制氫5.3氨裂解制氫5.4工業(yè)副產(chǎn)氫的回收5.5等離子體驅(qū)動(dòng)電解制氫5.6制氫技術(shù)總結(jié)4理解風(fēng)能、太陽能等可再生能源驅(qū)動(dòng)電解水制氫（“綠氫”）的基本原理與系統(tǒng)構(gòu)成；掌握氨作為氫載體的裂解制氫反應(yīng)原理與技術(shù)特點(diǎn)；了解工業(yè)副產(chǎn)氫的來源及其提純回收的工藝價(jià)值；了解等離子體電解制氫等新興技術(shù)的基本原理與潛在優(yōu)勢(shì)。第6章6H2的純化6.1H2中的雜質(zhì)6.2純化氫的原因6.3氫的純化方法3了解氫氣中常見雜質(zhì)的類型、來源及其對(duì)下游應(yīng)用（如燃料電池、化工合成）的危害；理解對(duì)氫氣進(jìn)行純化的必要性與重要性；掌握吸附法、膜分離法、低溫分離法等主要?dú)錃饧兓夹g(shù)的基本原理、工藝特點(diǎn)及適用場(chǎng)景；能夠根據(jù)不同的原料氣來源、雜質(zhì)成分和純度要求，初步分析和選擇適宜的純化方案。第7章7儲(chǔ)氫7.1氫能工業(yè)對(duì)儲(chǔ)氫系統(tǒng)的要求7.2儲(chǔ)氫技術(shù)3理解氫能工業(yè)對(duì)儲(chǔ)氫系統(tǒng)在儲(chǔ)氫密度、安全性、成本、充放氫速率等方面的核心要求；掌握各類儲(chǔ)氫技術(shù)的基本原理、技術(shù)特點(diǎn)、主要優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀。第8章8氫的輸送、加注和氫能的標(biāo)準(zhǔn)8.1氣態(tài)氫輸運(yùn)8.2液態(tài)氫輸運(yùn)8.3固態(tài)氫輸運(yùn)8.4可能的氫高效輸運(yùn)途徑8.5氫的加注8.6氫能的標(biāo)準(zhǔn)2掌握高壓長管拖車、管道輸運(yùn)等氣態(tài)氫輸運(yùn)方式的原理、適用場(chǎng)景及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)；掌握液態(tài)氫輸運(yùn)的技術(shù)要求、基本原理、主要方式及優(yōu)缺點(diǎn)；了解基于儲(chǔ)氫材料的固態(tài)氫輸運(yùn)概念及其潛在優(yōu)勢(shì)；了解其他高效輸運(yùn)途徑的基本思路與發(fā)展前景；理解氫能加注流程、核心設(shè)備（如加氫機(jī)、壓縮機(jī)）以及對(duì)安全性的要求；認(rèn)識(shí)建立氫能標(biāo)準(zhǔn)體系的必要性，了解其在安全、質(zhì)量、測(cè)試方法及基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通等方面的重要作用。第9章9燃料電池9.1燃料電池的分類和特點(diǎn)9.2燃料電池原理2理解并掌握堿性燃料電池（AFC）與質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）的工作原理、電極反應(yīng)及特點(diǎn)；認(rèn)識(shí)直接甲醇燃料電池（DMFC）與傳統(tǒng)PEMFC在燃料選擇、反應(yīng)路徑及適用場(chǎng)景上的差異；能夠比較分析AFC、PEMFC、DMFC三種燃料電池在能量轉(zhuǎn)換效率、催化劑要求、工作溫度、系統(tǒng)復(fù)雜度、碳排放及技術(shù)成熟度等方面的優(yōu)缺點(diǎn)。第10章10氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)10.1氫內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展歷史10.2氫內(nèi)燃機(jī)汽車10.3氫動(dòng)力飛機(jī)10.4氫燃料火箭3理解氫內(nèi)燃機(jī)（H?ICE）與氫燃料電池（H?FC）汽車的核心工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成與運(yùn)行特性；認(rèn)識(shí)氫內(nèi)燃機(jī)汽車發(fā)展歷史中的關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)與代表性車型，掌握其與傳統(tǒng)燃油車、燃料電池車在效率、排放、技術(shù)成熟度及經(jīng)濟(jì)性等方面的差異；能夠比較分析氫內(nèi)燃機(jī)、燃料電池及摻氫燃料三種氫動(dòng)力方案在交通運(yùn)輸、航空、航天等不同應(yīng)用場(chǎng)景下的優(yōu)缺點(diǎn)、適用條件與發(fā)展前景。第11章11氫的其他用途11.1氫能發(fā)電11.2氫在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用11.3氫能冶金11.4費(fèi)-托合成工藝生產(chǎn)碳?xì)浠衔?1.5氫-氨融合領(lǐng)域應(yīng)用11.6油品煉制11.7合成氣發(fā)酵2理解氫能發(fā)電（氫燃料電池與氫燃?xì)廨啓C(jī)）的技術(shù)原理、系統(tǒng)構(gòu)成與運(yùn)行特點(diǎn)；掌握氫在醫(yī)療領(lǐng)域（藥物制備、氫氣治療、同位素應(yīng)用）的作用機(jī)制與工藝流程；認(rèn)識(shí)氫能冶金（還原劑、燃料、零碳煉鋼）的基本原理、工藝路徑及其在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用前景；能夠比較分析氫能發(fā)電、氫冶金、費(fèi)-托合成、氫-氨融合、油品煉制與合成氣發(fā)酵等六大氫能利用技術(shù)在經(jīng)濟(jì)性、能耗、碳排放、技術(shù)成熟度及產(chǎn)業(yè)適用性等方面的優(yōu)缺點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)景。第12章12氫的安全12.1氫的有利安全特性12.2氫的不利安全特性12.3氫的環(huán)境安全性12.4氫安全性綜合評(píng)價(jià)12.5歷史上的H2事故2理解氫能安全利用的物理化學(xué)基礎(chǔ)，掌握氫氣在泄漏、擴(kuò)散、燃燒、爆炸過程中的行為規(guī)律與控制原理；認(rèn)識(shí)液氫、高壓氣氫等不同儲(chǔ)