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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

北极星输配电网  来源:《电气技术》杂志    2015/8/10 13:05:19  我要投稿  

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。

4.氢能安全与标准

1)安全

氢的工业使用有超过一百年的历史,在工业使用环境中有着成熟完善的工业标准和应用范例。氢在空气中的扩散性很强,氢泄漏或燃烧时,可以很快地垂直升到空气中并消失得无影无踪,氢本身没有毒性及放射性,不会对人体产生伤害,也不会产生温室效应。

氢能具有较宽的着火极限、着火温度低、燃烧速度快,作为新的能源形式,其安全性往往受到普遍关注。从技术方面讲,通过物理和化学的手段,氢的使用是绝对安全的。

科学家已经做过大量的氢能安全试验,证明氢是安全的燃料。如在汽车着火试验中,分别将装有氢气和天然汽油燃料罐点燃,结果氢气作为燃料的汽车着火后,氢气剧烈燃烧,但火焰总是向上冲,对汽车的损坏比较缓慢,车内人员有较长得时间逃生,而天然燃料的汽车着火后,由于天然气比空气重,火焰向汽车四周蔓延,很快包围了汽车,伤及车内人员的安全。

现有的压缩氢气储运技术与液氢储运已经比较成熟,能够保证氢气在储运过程中的安全性。

2)我国现有氢能相关标准(略)

5.氢能市场概述

我国氢气年使用量2014年已逾2,150亿m³规模,且未来增长迅速,预计到2020年可达到3550亿m³

我国氢能市场消费量中:合成氨用氢占全部市场的78%、石油化工占12.13%、甲醇占5.04%、苛性钠占1.960%、电子占0.790%、浮法玻璃占0.130%、植物油占0.050%。

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