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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  

6.国内外氢能综合利用情况

1). HCNG

众多发达国家都很重视氢能利用对可再生能源发展的技术和具体解决方案的发展。以Powerto Gas项目(P2G)为例,该项目缘于德国可再生能源的发展。美国、加拿大、韩国、欧盟等国家和地区均获得了国家层面的支持,有大量的研究计划和产业化项目正在实施。日本政府建立和发展了规模巨大的氢能发展规划,其计划包括大规模发展氢燃料电池汽车,可再生能源发电制氢、HCNG计划、分布式制氢规划等。

美国,加拿大,意大利,印度、挪威、法国、瑞典等国在较早的时间就已经开展了关于 HCNG客车的相研究。目前,HCNG 技术已经应用到多国的城市出租车、公交车和重型卡车上。

根据我们对氢能综合利用技术及市场需求的调研分析,在众多氢能综合利用技术中,在天然气中掺混氢气(HCNG)具有技术成熟、易推广、对环境友好等优点。

利用先进电解水制氢技术来制备氢气并掺混到天然气里,特别是在压缩天然气(CNG)中掺混氢气作为汽车动力用燃气,有着非常好的燃烧特性、非常低的排放指标,具有非常好的经济性。

a.掺入20%氢气后,在不带催化器的情况下,排放和燃料消耗率相对于原天然气发动机,NOx下降51%,,NMHC下降60%,CH4下降47%, CO下降36% ,BSFC(燃料消耗率)下降7%。

b.带催化器的情况下,经过优化标定后20%HCNG 发动机超过欧(国)Ⅴ,达到环境友好型汽车排放标准(EEV,大体与欧Ⅵ相当)。

c.掺混体积比20%氢气的HCNG,在运输、储存和使用过程中,不需要对现行CNG相关设备进行任何改造。(国标《加氢站技术规范》GB50516-2010)

HCNG汽车、加气站均与CNG发动机、汽车、加气站兼容。HCNG加气站国家标准即将颁布。

2)HNG

德国E.ON和Greenpeace Energy等能源公司利用风力发电的剩余电力电解水生成氢,然后提供给现有的燃气管道网络。在利用剩余电力的同时,通过在城市燃气中添加氢,削减硫氧化物(SOx)和氮氧化物(NOx)等有害物质的排放。

3)甲烷化

氢与CO2反应制备的甲烷,注入现有的天然气网的话,除了可有效利用现有的天然气和基础设施,也能将被排出的二氧化碳作为资源加以再利用,从而削减CO2排出量,因此备受期待。特别是德国半数氢甲烷化,注入遍布全国的天然气网项目。

4)氢燃料电池

氢燃料电池是利用氢和氧,直接经过电化学反应而产生电能的装置,换言之,也就是电解水槽产生氢和氧的逆反应。

70年代以来,日美等国加紧研究各种燃料电池技术,部分技术已进入商业性开发。日本已建立万千瓦级燃料电池发电站,美国、德、英、法、荷、丹、意等国也有20多家公司投入了燃料电池的研究。

5)氢动力汽车

目前氢动力汽车主要有两个发展方向,一是纯氢汽车,即氢内燃机车,另一种是氢燃料电池车。

丰田、本田、日产、通用、福特、戴姆勒、宝马、大众、现代等汽车工业巨头均在发展氢燃料电池汽车,预计美国加利福尼亚州2015至2017年达到5万台,德国在2023年达到50万辆规模,英国在2030年160万台规模。印度至2020年全国推广10万辆氢能汽车。

6)氢能发电

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机配以发电机,它不需要复杂的蒸汽锅炉系统,结构简单,维修方便,启动迅速,即开即停。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,以备高峰时发电用。

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