高考地理微专题课件西氢东送与能源安全

起于内蒙古自治区乌兰察布市，终点位于北京市的燕山石化，管道规划经过内蒙古、河北、北京等3省区市、9个县区，全长400多公里——这是我国首条跨省区、大规模、长距离的纯氢输送管道。管道一期运力10万吨/年，预留50万吨/年的远期提升潜力。同时，将在沿线多地预留端口，便于接入潜在氢源。管道建成后，将用于替代京津冀地区现有的化石能源制氢及交通用氢，助力京津冀氢能走廊的高效构建；大力缓解我国绿氢供需错配的问题，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。一、背景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。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。二、氢能根据氢能的形成过程，一般将氢能分为灰氢、蓝氢与绿氢。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，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。氢能是一种二次能源，利用氢气加工制取。【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。【二次能源】指经一次能源加工转化得到的能源，如煤气、柴油、氢能等。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24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。氢能是公认的清洁能源，作为一种理想的新的含能体能源，它具有以下特点: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。2、导热性好:比大多数气体的导热系数高出10倍。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142351kJ/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。11、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。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。

氢储能可以弥补其他储能形式的短板，将大量的风电、光电转化成氢进行储能。三、管道运输目前氢能的运输方式有以下几种：液氢罐车运输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。长管拖车运输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。管道运输✓

天然气掺氢运输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）。✓

纯氢运输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。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。四、西氢东送对我国的意义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。对输出地（西部地区）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）；同时，也能为当地提供更多的就业岗位（社会效益）。对输入地（东部地区）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）。对沿线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。1．与风电制氢相比，海上风电制氢与海洋牧场融合有利于（

）①高效利用清洁能源②提高海洋空间利用率③增加粮食供给安全④增加海洋生物的类型A．①②B．②③C．③④D．①④2．该平台实现现代化养殖管理主要借助于（

）A．RS动态监测养殖区环境B．BDS绘制养殖区地图C．GIS巡查养殖区的情况D．RS追踪失窃贻贝苗【答案】1．B2．A【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）3．我国氢燃料电池汽车产业的特点是（

）A．国内产业链较为完整B．对外依赖度较高C．核心部件生产能力弱D．氢燃料供应不足4．结合我国氢燃料电池汽车产业现状，今后需要（

）A．加大对安全阀的进口B．加强对关键材料的研发C．提高政府政策的支持D．实现储氢瓶的自主生产【答案】3．BC4．BC【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。5．与“西氢东送”相比，“海氢陆送”（

）A．成本更低廉B．运输更便捷C．产量更稳定D．制氢更低碳6．“西氢东送”“海氢陆送”，有利于（

）A．西部能源结构转型升级B．改变能源资源短缺现状C．提高可再生能源利用率D．减小沿海地区生态破坏【答案】5．D6．C【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。7．与“灰氢”、“蓝氢”相比，“绿氢”（

）A．生产成本更低

B．运输利用更环保C．产量更加稳定

D．制氢过程更低碳8．2030年各绿氢基地的合理发展模式是（

）A．新疆基地—风力制氢

B．华北基地—煤炭制氢C．四川基地一光伏制氢

D．华东基地—水电制氢【答案】7．D

8．A【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。9．阅读图文材料，完成下列要求。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。材料三：氢能产业链(1)说明世界各国都重视发展氢能产业的原因。(2)分析绿氢逐渐成为未来氢能的主要来源的原因。(3)分析德国在汉堡建设绿色制氢工厂的优势条件。【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）。10．阅读材料，完成下列问题。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。(1)河西走廊号称“风电宝库”，分析冬季风能资源丰富的自然原因。(2)说明玉门氢能源产业由“灰氢”向“绿氢”转变的主要原因。(3)简述西氢东送工程如何促进我国区域协调发展。(4)指出玉门利用可再生能源制氢产业体系建设对