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岳建华:利用可再生能源电解水制氢实现大规模储能与氢能综合利用

发布时间: 2015-08-11 09:43:14    来源: 《电气技术》杂志
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[摘要]可再生能源技术的进步、产业规模的扩大,产品造价和运行成本的降低,是可大幅度减少可再生能源补贴的有效途径,也是降低可再生能源成本的必由之路。

  二、氢能发展的机遇

  1.氢能的特点

  氢气比空气轻1/14,氢气泄漏于空气中会自动逃离地面,不会形成聚集。

  1kg氢气的热值为142.32MJ(1m³氢气的热值为12.666MJ), 每千克氢燃烧后的热量约为汽油的3倍、酒精的3.9倍、焦炭的4.5倍。

  氢氧火焰温度高达2800度,高于常规液气。无味无毒,燃烧产物仅为水,不污染环境。

  氢气是活性气体催化剂,可以与空气混合方式加入催化燃烧所有固体,液体、气体燃料,加速反应过程,促进完全燃烧,达到提高火焰温度、节能减排之功效。在汽油中加入4% 的氢气,就可使内燃机节油40%。

  氢具有高挥发性、高能量,是能源载体和燃料,同时氢在工业生产中也有广泛应用。

  2.现行制氢工艺

  电解水制氢:唯一以电为主要原料的制备工艺,可以简便地与各种“一次能源”产生的电能进行联产;原材料是水,取之不绝用之不尽的“氢矿”;产品纯度高,无杂质,能适应下游不同产业的需求;设备及使用,工业化成熟,操作经验丰富;过程中无污染,无碳排放。

  其它制氢方式:水煤气法制氢;石油热裂制氢;工业副产氢气;生物质制氢;太阳能制氢。

  3.氢能的储运

  1)氢能的储存

  氢气作为工业气体使用的历史悠久,目前工业上储存氢气的方法主要有:

  a.气态高压储存氢气:将氢气加压压缩(通常是在15MPa的压力下),储存于特制耐压的钢制容器中。

  b.深冷液化储存氢气:在-253℃低温条件下使氢液化,然后把液态氢储存于保冷的真空绝热容器中。

  c.金属氢化物化学储存氢气:将氢气跟金属或合金进行化学反应,以固体金属氢化物的形式储存起来。

  d.非金属化学储存氢气:是指将氢储存在有较高储氢能力的化合物中。

  e.液态有机化合物吸附储氢:新型储氢方法,安全可靠和储存效率高等特点发展迅速。

  2)氢能的运输

  a.压力容器运输:是指将氢气储存于小型压力容器当中(如氢气钢瓶),或是固定在运输工具上的小型压力容器当中(如氢气集束瓶组),再通过传统运输形式进行输送。

  b.长距离管道输运:在工业应用中,管道输送主要是在工厂内部输送,或跨厂区短距离输送。

  c.液态有机化合物吸附管道输运:近年来发现起来的新型输氢技术,常温下为液态。

  全球第一条长距离氢气输送管道是于1938年德国鲁尔工业区中建成的240公里管道钢管线(氢气压力1-2MPa,管径25-30cm),此管线目前仍然在使用。截至2004年,美国有1450公里、欧盟有1500公里氢气低压输送管道在运行。国际上氢气管道输运已经有七十多年的工业运行经验,证明是安全、可行的。

  法国的AirLiquide,法国,比利时,荷兰的国境附近全长830公里的氢管道,德国的北莱茵威斯特法伦州全长240公里的氢管道(图6-34)。压力是5 MPa左右,向需求的住家供应氢。

  德国的Linde在莱比锡附近拥有140公里的氢管道。美国AirProducts and hemicals,在路易斯安那州,德克萨斯州,加利福尼亚州拥有氢管道网络,总长560公里。

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