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氢能发电的发展前景

编辑:能源网小编   发布日期:2018-01-08        

  氢能发电的发展以及应用前景 氢能发电的发展以及应用前景 以及应用——经济与管理学院市场营销 ——经济与管理学院市场营销 0901 班 刘希 学号: 学号:8因为温室效应的加重, 现在全社会都开始提倡低碳生活, 而传 因为温室效应的加重, 现在全社会都开始提倡低碳生活, 统的用煤, 石油, 天然气发电的方法显然已经开始被人们设法用更清 统的用煤, 石油, 洁的能源替代。 洁的能源替代。 世纪人类最理想的能源之一。 制氢的原料是水, 氢是 21 世纪人类最理想的能源之一。 制氢的原料是水, 其燃烧 的产物也是水,因此氢的原料用之不竭,也无污染问题。 的产物也是水,因此氢的原料用之不竭,也无污染问题。 世纪是氢能的世纪。 21 世纪是氢能的世纪。 随着氢气制备与安全储运技术以及电能 氢能发电技术即将获得广 变换与控制技术的不断发展和日趋成熟 ,氢能发电技术即将获得广 泛应用 ,并将导致能源领域的一场。 并将导致能源领域的一场。 大型电站, 无论是水电、 火电或核电, 大型电站 , 无论是水电 、 火电或核电 , 都是把发出的电送 往电网,由电网输送给用户。但是各种用电户的负荷不同, 往电网 , 由电网输送给用户 。 但是各种用电户的负荷不同 , 电网 有时是高峰,有时是低谷。为了调节峰荷、 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,氢能发电就最适合抢演这个角色。 和比较灵活的发电站 , 氢能发电就最适合抢演这个角色 。 利用氢 气和氧气燃烧,组成氢氧发电机组。这种机组是火箭型内燃发动 气和氧气燃烧 , 组成氢氧发电机组 。 机配以发电机, 它不需要复杂的蒸汽锅炉系统, 因此结构简单, 机配以发电机 , 它不需要复杂的蒸汽锅炉系统 , 因此结构简单 , 维修方便, 启动迅速, 要开即开, 欲停即停。 在电网低负荷时, 维修方便 , 启动迅速 , 要开即开 , 欲停即停 。 在电网低负荷时 , 还可吸收多余的电来进行电解水,生产氢和氧, 还可吸收多余的电来进行电解水 , 生产氢和氧 , 以备高峰时发电 这种调节作用对于用网运行是有利的 另外, 于用网运行是有利的。 用 。 这种调节作用对 于用网运行是有利的 。 另外 , 氢和氧还可直 接改变常规火力发电机组的运行状况, 提高电站的发电能力。 接改变常规火力发电机组的运行状况 , 提高电站的发电能力 。 例如氢氧燃烧组成磁流体发电, 利用液氢冷却发电装置, 例如氢氧燃烧组成磁流体发电 , 利用液氢冷却发电装置 , 进而提高机组功率等。 进而提高机组功率等 。 氢能发电系统由氢源、 氢能发电系统由氢源、燃料电池和电力变换器及其控制系统组 随着氢气制备与安全储运技术以及电能变换与控制技术的不断发 成。 展和日趋成熟, 发电系统还具有工作温度低, 展和日趋成熟,特别是 PEMFC 发电系统还具有工作温度低,无烟气排 放,伪装性能优良,在国防、人防和民用领域都有极高的应用价值。 伪装性能优良,在国防、人防和民用领域都有极高的应用价值。 目前, 目前, 在纽约和东京已分别建成容量为 2.O MW 和 4.5MW 的磷 酸型燃料电池电站, 的燃料电池电站也在建设中 电池电站也在建设中。 酸型燃料电池电站 , ll MW 的燃料 电池电站也在建设中 。 Baliard 公司已推出 200KW 级 PEM 燃料电池 , 其能量密度可达 据有关专家估计, 0.57KW/kg 。据有关专家估计,到 2050 年全世界将有 10% 左右的 电力由燃料电池生产。这种静态发电设备特别适合于医院、公寓、 电力由燃料电池生产。这种静态发电设备特别适合于医院、公寓、超 级市场、校园等作为电站使用。 级市场、校园等作为电站使用。 比重小,管道运输最经济。 氢的单位重量热值高 .比重小,管道运输最经济。它的性 也好,可以从火力发电以及核能、太阳能、风能、地热能、 也好,可以从火力发电以及核能、太阳能、风能、地热能、水能发电 等而得。用氢能发电, 更有噪声小、效率高、起动快、 等而得。用氢能发电, 更有噪声小、效率高、起动快、成本低等 优点。常见的氢能发电方法有: 燃料电池、氢直接产生蒸汽发电 优点。常见的氢能发电方法有: 燃料电池、氢直接产生蒸汽发电、氢 直接作为燃料发电。 直接作为燃料发电。燃料电池是一种化学电池, 燃料电池是一种化学电池,它利用物质电化学变化出的能 量直接变换为电能。 20 燃料电池主要用于宇航事业。 量直接变换为电能。 世纪 70 年代 , 燃料电池主要用于宇航事业。 由于成本高, 发展大容量电站几乎没人敢想。随着科学技术的发展, 由于成本高, 发展大容量电站几乎没人敢想。随着科学技术的发展, 燃料电池的制造成本不断降低。 燃料电池的制造成本不断降低。 ~100C) 它 的 分 类 : 以 工 作 温 度 分 , 有 常 温 ( 室 温 ~100C) 、 中 温 (100~300C)、高温(300C 以上)三类;以使用的燃料品种分,有气态 (100~300C) 高温(300C 以上) 三类; 以使用的燃料品种分, 氢或气态碳氢化合物) 液态(甲醇、联氨等)和固态( 焦炭等) (氢或气态碳氢化合物)、液态(甲醇、联氨等)和固态(煤、焦炭等) 三类:以使用的电解质分,有碱性(A)、 (PA)、熔融嵌酸盐(MC) 三类:以使用的电解质分,有碱性(A)、磷酸 (PA)、熔融嵌酸盐(MC)、 (A) 固体氧化物(SO)和质子交换膜(PEM)等五类。 固体氧化物(SO)和质子交换膜(PEM)等五类。 (SO)和质子交换膜(PEM)等五类 但其共同的作用原理是将燃料氧化所的能量直接、 但其共同的作用原理是将燃料氧化所的能量直接、高效地 为电能。 为电能。 它是以电化学低温燃烧为特征,不受卡诺循环理论, 它是以电化学低温燃烧为特征,不受卡诺循环理论, 80%以上 而且由于是冷燃烧( 以上; (特别是 故热效率可达 80%以上;而且由于是冷燃烧(特别是 PEMFC), 故没 对特别有利。 主要原理是: 有 NOz 产生 ,对特别有利。 主要原理是:氢在催化剂作用下 成氢离子(或称质子)并出电子.氢离子经离子导体流向氧极, 变 成氢离子(或称质子)并出电子.氢离子经离子导体流向氧极, 它与输进氧极的氧(或空气中的氧) 它与输进氧极的氧(或空气中的氧)及电子流相化合生成水并产生电 流 , 其反应可表示如下式: 其反应可表示如下式: 氢极反应: 2e氢极反应:H2 ←一 2H+ 十 2e:2e氧极反应 :2e-2H++ 1/2O2 → H20 :H2+ 2eE+ 总反应 :H2+1/2 O2 → 2eE+Q -3/2RT 对于到底应该使用哪种催化剂,研究者们也经过了多种尝试。 对于到底应该使用哪种催化剂,研究者们也经过了多种尝试。 他们试过铈的氧化物以及镍催化剂, 他们试过铈的氧化物以及镍催化剂, 将甲烷和氧气的混合气体加热至 400℃ 500℃来模拟发电厂内的情形。最开始, 400℃至 500℃来模拟发电厂内的情形。最开始,甲烷燃烧消耗掉所 有的氧气并产生热量。接着,在催化剂及热量的作用下, 有的氧气并产生热量。接着,在催化剂及热量的作用下,剩余的沼气 分解成固态的碳和氢气。 分解成固态的碳和氢气。两个甲烷包 8 个氢原子可以产生大约 2 个氢气——使用这一方法氢气的实际产生率约为 25% 30%。 个氢气——使用这一方法氢气的实际产生率约为 25%至 30%。 —— 在发电厂内 在发电厂内,在这一过程中产生的部分热量会像平常一样用于 发电,这样可以利用浪费的能量从而提高整个效能。实验显示,催化 发电,这样可以利用浪费的能量从而提高整个效能。实验显示, 剂在被固态碳堵塞前, 可以连续有效工作 7 小时。 小时。 剂在被固态碳堵塞前, 据研究小组的久瑞 安·贝克尔斯介绍,即使催化剂被堵住,也很好清理,因为这些焦炭 贝克尔斯介绍,即使催化剂被堵住,也很好清理, 沉淀物很容易燃烧。他还说: “ 沉淀物很容易燃烧。他还说: 改变在燃烧室内的混合气体也是一种 减少焦炭沉淀物的方法。 ” 减少焦炭沉淀物的方法。 用途燃料电池可作为流动电站或电动汽车的动力源,以取代污 用途燃料电池可作为流动电站或电动汽车的动力源, 染重、 效率低的内燃机。 中国有的农村己将于吉杆等生物质原料经气 染重、 效率低的内燃机。 化后作为炊事用燃气, 如进一步将这种燃气加工成氢并经燃料电池发 化后作为炊事用燃气, 则可成为实现农村电气化的又一新途径。 电, 则可成为实现农村电气化的又一新途径。 农村电气化的又一新途径 城市垃圾电站如进一步 改装成氢燃料电池电站, 30%-50%。 改装成氢燃料电池电站,则效率可以提高 30%-50%。 氢直接作为燃料发电在普通内燃机中以氢为燃料,可使内燃饥 氢直接作为燃料发电在普通内燃机中以氢为燃料, 直接带动发电机发电。 可分为全氢燃料内燃机发电, 或在汽(柴)油中 直接带动发电机发电。 可分为全氢燃料内燃机发电, 或在汽( 5%(重量百分比 氢作为燃料开动内燃机发电。 重量百分比) 加 5%(重量百分比)氢作为燃料开动内燃机发电。 后一种方式 可节省 25%14%。 汽(柴)油 25%-30%, 总功率可提高 14%。 在氢资源有且条件允许 的情况下, 用氢直接作为燃料也是一种很好的发电方法。 的情况下, 用氢直接作为燃料也是一种很好的发电方法。 不久的将来,氢经济社会节省下石油、煤炭等化石燃料资源, 不久的将来, 氢经济社会节省下石油、煤炭等化石燃料资源, 基本废除内燃机动力系统,实现无污染排放,缓解温室效应, 基本废除内燃机动力系统,实现无污染排放,缓解温室效应,让 温室效应 更洁净、空气更清新。同时,氢能的使用也会带动可再生能源设备: 更洁净、空气更清新。同时,氢能的使用也会带动可再生能源设备: 电解水设备、燃料电池、储氢器等一系列新兴制造产业, 电解水设备、燃料电池、储氢器等一系列新兴制造产业,全面推动经 济发展。而核聚变电站、太阳能电站、 济发展。而核聚变电站、太阳能电站、风力电站及潮汐电站的发展又 可以与氢能技术进一步结合, 可以与氢能技术进一步结合,把人类利用能源的水平提高到新的水 平。 总之, 总之,氢能发电乃动力工业中一大变革。 氢能发电乃动力工业中一大变革。氢能的研究与开发有广 宽的前景, 随着氢能应用领域的逐步成熟与扩大, 必然推动制氢方法 宽的前景, 随着氢能应用领域的逐步成熟与扩大, 研究与开发。 廉价的氢源供应又将会进一步促进氢能的应用, 为改善 研究与开发。 廉价的氢源供应又将会进一步促进氢能的应用, 人民作出贡献。 人民作出贡献。

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