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氢能发电系统具有很好的经济效益和环保效益

 发布时间:2022-09-27    点击量:191
  风能、太阳能等可再生能源发电具有随机性和间歇性,与大电网用电高峰不同步,在电网高峰或低谷时,不能及时补充调控,在并入电网时会引起电网电压的大幅度波动。
 
  为此,可能需要建造比风电场总容量大2~3倍的“调压控制电站”,来调控和抑制这种大量电能的波动,以解决风力发电输出电能不稳定问题。
 
  因此,迫切需要发展大容量、高功率、长寿命、高安全和低成本的储能技术,实现电网系统的安全稳定,以及可再生能源的充分利用。必须要建立一个高效的储能系统,下面将分析氢能发电系统的可行性。
 
  氢能源是一种干净的、可以循环的、可大规模利用的能源方式。可以利用大规模的风电、太阳能电等进行大规模的电解水制氢,会得到大量的干净的能源,能够实现大规模的能量储存,解决现在模式的风电并网难题并且不会对环境有任何影响。
 
  氢气能源可以长时间储存、可以管道长距离输送,可以直接用来大规模发电,更可以提供给汽车、火车、飞机、轮船等
 
  移动的交通运输工具使用,氢气燃烧利用后除产生能量外,只产生水蒸气,冷凝后就是纯水,实在是清洁、环保的能源。地球上有70%的面积是水,作为一种能量的转换物质,是取之不尽、用之不竭的,风电在这里只是起到了一种能量的转换,将巨大的风能、太阳能等资源,通过风力能发电→电解海水→制氢制氧→氢气能源→发电、制热、炊事、取暖、交通工具使用等过程后又变成了水,这些水返回到大自然的水系统循环中为下一次的能量转换循环中再利用。
 
  氢能发电的经济效益分析:
 
  氢气燃烧热值很高,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高的,为142351kJ/kg(32352大卡/千克),是汽油发热值的3倍。
 
  氢气的密度小,纯氢的密度仅为空气的1/14,为0.0899g/L。
 
  1m3氢气重89.9g,热值为12797.355kJ(2956大卡)。
 
  1kg水电解后不但可以得到1/9kg的氢气,并且还可以得到8/9kg的氧气和0.3/10kg的固体物。
 
  拿千万千瓦级风电场来说,假设是满发,1小时就是1千万度电,按2.5度电能产生1m3氢气计算,就可以得到4×106m3氢气。1m3氢气的热值是2956大卡,标煤的热值是7000大卡,大约2.4m3氢气的热值相当于1千克标煤的热值,拿4×106除2.4得1666666.6千克标煤(我国是按煤当量“标煤”计算热值的),相当于1600吨标煤的热值能量,按市场上的优质煤炭热值一般是5500大卡计算,相当于2100t优质煤炭的能量,也就是说“千万千瓦级的风电场”1小时所发出的电力进行风电制氢模式,就能够产生2000t优质煤炭(按煤当量计算)的热值能量,1天24小时就能够产生相当于48000t优质煤炭热值能量的氢气能量,就算是只有50%的效率,每天也有2万吨优质煤炭热值的氢气能量,一年就是720万吨优质煤炭能量(2万吨乘以365天)。
 
  这些氢能源是能够储存的,既可以直接提供给发电厂发电(燃气轮机方式,省去产生蒸汽的环节好),产生的电力在电网高峰需要时大量地并入电网(这是高质量的特别平稳、可调、可控的电流,是电网十分欢迎的高质量电能),得到良好的经济效益,又可以在电网低谷时脱离电网,将氢气给大量的使用氢能源的汽车、火车、飞机、轮船等移动交通工具加氢气能源,立马就变成实实在在的真金白银收入,或者是通过管道方式输送到大城市,提供给千千万万的家庭炊事使用,这种模式就是氢能源模式。
 
  电解制氢的同时除去产生单项的氢气外,还有8/9的氧气产生(纯氧),每产生1m3氢气,同时就可以产生0.45m3氧气,在产生4×106m3氢气的同时还产生1.6×106m3的氧气,这些氧气也是可以直接卖的商品,大量的机械加工企业的钢铁切割和有色金属的焊接就需要大量的氧气,其他在医疗卫生、化工还原、污水处理方面都需要大量的氧气,在高效“燃料电池”工作时也需要大量的氧气。
 
  按2016年市场上一瓶氧气(容量6~8m3)15~20元),1.6×106m3氧气,每瓶装8m3就是20万瓶氧气,价值400万元,这仅仅是这个风电场1小时电解水产生的氧气效益,1天24小时就是9600万元的氧气收入,一年仅凭氧气就可以收入近300亿元,这些收益也是风电制氢效益的一部分。
 
  在电解水时还可以回收大量的热能,这是因为电解的过程中,会有一部分能量变成热能,这些热量可以通过热交换器置换出来,既提高了电解的效率,又得到数量很大的热能,冬季可以取暖、供鱼池加温等,夏季可以为洗浴提供热能等,用途是十分广泛的,总之也是一种很有价值的能源,也是风电制氢、制氧同时的副产品,有实在的经济效益。
 
  电解水制氢的过程中也是对水的浓缩过程,拿海水来说,其含盐量是3%,1千克海水中含盐30g,每小时制氢4×106m3时需要消耗海水约4×106千克,合4000t海水,每吨海水中含盐300千克,就算是只提炼出来一半,也是150千克,4000t乘以150千克等于60万公斤=600t(1小时的产量),这又是一种伴随着制氢过程中产生的副产品,都是利用风电产生的,有实际价值的产品。
 
  从上述分析可以认为,氢能发电系统不仅产出巨大,而且可以大幅度地降低风力发电机的制造成本,提供和产出多种有直接经济效益的产品,达到了大量减少二氧化碳的目的,具有很好的经济效益和环保效益。
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