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氢能分布式发电系统的发展前景畅想

 发布时间:2022-11-26    点击量:207
   氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源,正逐步成为全球能源转型发展的重要载体,也是战略性新兴产业发展的重要方向。

  近年来,随着能源技术的发展,供能形式的增多,分布式能源逐渐渗透进我们的生活。不论是在居民家中使用的燃气地暖,还是许多住宅屋顶安装的光伏发电板,都是新兴形式的分布式能源。

  将分布式的供能规模增大一些,面向多户家庭或者一整个社区,那么就可以建一个小型的分布式电站。电站在发电的过程中一般还会产生热量,因此这种供能又可以是热电联用的。

  但是目前分布式能源中,主要是利用市政管道中的天然气作为燃料来源,以火力的形式发电,并且主要目的是供热。

  分布式能源有着多种优势

  在谈及分布式能源的优势之前,我们需要思考这样一个问题:什么决定了电力的根本结构? 决定电力结构的因素有许多,但是其中最为重要的是用电需求在空间与时间的不均匀分布,决定了电力系统的根本结构。

  对于中国来说,在较为发达的地区,会配有发电量较大的集中式电站。随着该地区的人口数量的增加,发电站的数量与规模会不断地增加。就意味着将来我们的电力需求会越来越多,电网需要覆盖的面积和规模也不断扩大。这些变化将会对能源的供应成本和质量都产生巨大的影响。

  简单来说,当电网规模增大到某种程度时,集中式能源供应的线路损耗、灾难容纳和需求波动等电网安全问题则日益凸显。

  分布式能源的存在,刚好可以弥补集中式能源的诸多不足。

  首先它接近需求端,线路损耗非常小。

  其次,由于其装机规模一般是满足从一个家庭到一个社区或者几个社区的大小。当能源需求产生波动时,这种较小的装机容量可以快速且较好的响应这种波动。

  最后是出现灾难或者意外事故时,一方面分布式能源可以各自为孤岛进行供能,互不影响;另一方面单个分布式能源的波及范围较小,保证了整体电网的安全。

  氢能分布式发电系统是分布式能源的优势选项之一

  燃料电池就其技术特征而言,本身是一个不经过燃烧而通过电化学反应将氢能转换为电能的装置,氢电转换效率可达约60%。整个转换过程中没有运动部件,因此不会产生噪声。且其工作温度一般在80~90℃,对热管理系统要求也不会很高。如果充分利用生成热,也可满足居民日常供暖或用热水的需求。

  在燃料来源方面,类似于电能,氢气也是一种非天然存在的能量载体,其来源除了电解水制氢,还可以来源于化石燃料重整制氢、工业副产氢等。即使是电解水制氢,用以电解的电能也可以是清洁的风能、光能或水能等。

  因此氢气来源可以摆脱对煤炭或者汽油、柴油等化石燃料的依赖,并且受地域资源禀赋的限制较小。

  就目前的技术条件而言,燃料电池与电解槽就像一对孪生兄弟。既可以利用燃料电池将氢能转化为电能,又可以利用电解槽将电能转化为氢能。如果将燃料电池与电解槽组成一个系统,则可以使得该系统既可以发电,又可以储能。那么这将是一个完备的、规模可根据设计而定的发电与储能系统。

  该系统既可以建立在厂区、孤岛等对电力需求较大的区域,辅以风力或者光伏发电。则可以在白天或者风力较强时,很好的将多余的电能储存起来,等到出现需求缺口的时候通过燃料电池发电来满足供电的需求。

  也可以建在居民社区,在夜间用电波谷的低电价时期将电网的电转化为氢气储存。在白天用电高峰时又发电来弥补需求,同时产生的热还可以为社区供暖。

  另一方面,随着燃料电池汽车的发展,使得氢能作为广泛的分布式能源方式变得越来越有可能。燃料电池汽车本身就是一个完整的可以稳定且独立运行的氢能发电系统。日本也已提出利用燃料电池车为一所住宅提供电力的概念。

  一般而言,一辆全功率的燃料电池车发电功率超过100 kW,这对于满足中国大多数普通家庭的日常用电需求已经绰绰有余。又由于汽车本身的机动性,能量以氢气为载体储存在汽车的高压储气瓶里,可以使能量的利用在时间与空间上有更为自由的空间。既可以快速的响应即时的能量需求,又可以稳定的保证自身发电性能的稳定。

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