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氫能發(fā)電系統(tǒng)具有很好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益

 更新時間:2022-09-27    點擊量:2318
  風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電具有隨機性和間歇性,與大電網(wǎng)用電高峰不同步,在電網(wǎng)高峰或低谷時,不能及時補充調(diào)控,在并入電網(wǎng)時會引起電網(wǎng)電壓的大幅度波動。
 
  為此,可能需要建造比風(fēng)電場總?cè)萘看?~3倍的“調(diào)壓控制電站”,來調(diào)控和抑制這種大量電能的波動,以解決風(fēng)力發(fā)電輸出電能不穩(wěn)定問題。
 
  因此,迫切需要發(fā)展大容量、高功率、長壽命、高安全和低成本的儲能技術(shù),實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定,以及可再生能源的充分利用。必須要建立一個高效的儲能系統(tǒng),下面將分析氫能發(fā)電系統(tǒng)的可行性。
 
  氫能源是一種干凈的、可以循環(huán)的、可大規(guī)模利用的能源方式。可以利用大規(guī)模的風(fēng)電、太陽能電等進行大規(guī)模的電解水制氫,會得到大量的干凈的能源,能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的能量儲存,解決現(xiàn)在模式的風(fēng)電并網(wǎng)難題并且不會對環(huán)境有任何影響。
 
  氫氣能源可以長時間儲存、可以管道長距離輸送,可以直接用來大規(guī)模發(fā)電,更可以提供給汽車、火車、飛機、輪船等
 
  移動的交通運輸工具使用,氫氣燃燒利用后除產(chǎn)生能量外,只產(chǎn)生水蒸氣,冷凝后就是純水,實在是清潔、環(huán)保的能源。地球上有70%的面積是水,作為一種能量的轉(zhuǎn)換物質(zhì),是取之不盡、用之不竭的,風(fēng)電在這里只是起到了一種能量的轉(zhuǎn)換,將巨大的風(fēng)能、太陽能等資源,通過風(fēng)力能發(fā)電→電解海水→制氫制氧→氫氣能源→發(fā)電、制熱、炊事、取暖、交通工具使用等過程后又變成了水,這些水返回到大自然的水系統(tǒng)循環(huán)中為下一次的能量轉(zhuǎn)換循環(huán)中再利用。
 
  氫能發(fā)電的經(jīng)濟效益分析:
 
  氫氣燃燒熱值很高,除核燃料外,氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中高的,為142351kJ/kg(32352大卡/千克),是汽油發(fā)熱值的3倍。
 
  氫氣的密度小,純氫的密度僅為空氣的1/14,為0.0899g/L。
 
  1m3氫氣重89.9g,熱值為12797.355kJ(2956大卡)。
 
  1kg水電解后不但可以得到1/9kg的氫氣,并且還可以得到8/9kg的氧氣和0.3/10kg的固體物。
 
  拿千萬千瓦級風(fēng)電場來說,假設(shè)是滿發(fā),1小時就是1千萬度電,按2.5度電能產(chǎn)生1m3氫氣計算,就可以得到4×106m3氫氣。1m3氫氣的熱值是2956大卡,標(biāo)煤的熱值是7000大卡,大約2.4m3氫氣的熱值相當(dāng)于1千克標(biāo)煤的熱值,拿4×106除2.4得1666666.6千克標(biāo)煤(我國是按煤當(dāng)量“標(biāo)煤”計算熱值的),相當(dāng)于1600噸標(biāo)煤的熱值能量,按市場上的優(yōu)質(zhì)煤炭熱值一般是5500大卡計算,相當(dāng)于2100t優(yōu)質(zhì)煤炭的能量,也就是說“千萬千瓦級的風(fēng)電場”1小時所發(fā)出的電力進行風(fēng)電制氫模式,就能夠產(chǎn)生2000t優(yōu)質(zhì)煤炭(按煤當(dāng)量計算)的熱值能量,1天24小時就能夠產(chǎn)生相當(dāng)于48000t優(yōu)質(zhì)煤炭熱值能量的氫氣能量,就算是只有50%的效率,每天也有2萬噸優(yōu)質(zhì)煤炭熱值的氫氣能量,一年就是720萬噸優(yōu)質(zhì)煤炭能量(2萬噸乘以365天)。
 
  這些氫能源是能夠儲存的,既可以直接提供給發(fā)電廠發(fā)電(燃?xì)廨啓C方式,省去產(chǎn)生蒸汽的環(huán)節(jié)好),產(chǎn)生的電力在電網(wǎng)高峰需要時大量地并入電網(wǎng)(這是高質(zhì)量的特別平穩(wěn)、可調(diào)、可控的電流,是電網(wǎng)十分歡迎的高質(zhì)量電能),得到良好的經(jīng)濟效益,又可以在電網(wǎng)低谷時脫離電網(wǎng),將氫氣給大量的使用氫能源的汽車、火車、飛機、輪船等移動交通工具加氫氣能源,立馬就變成實實在在的真金白銀收入,或者是通過管道方式輸送到大城市,提供給千千萬萬的家庭炊事使用,這種模式就是氫能源模式。
 
  電解制氫的同時除去產(chǎn)生單項的氫氣外,還有8/9的氧氣產(chǎn)生(純氧),每產(chǎn)生1m3氫氣,同時就可以產(chǎn)生0.45m3氧氣,在產(chǎn)生4×106m3氫氣的同時還產(chǎn)生1.6×106m3的氧氣,這些氧氣也是可以直接賣的商品,大量的機械加工企業(yè)的鋼鐵切割和有色金屬的焊接就需要大量的氧氣,其他在醫(yī)療衛(wèi)生、化工還原、污水處理方面都需要大量的氧氣,在高效“燃料電池”工作時也需要大量的氧氣。
 
  按2016年市場上一瓶氧氣(容量6~8m3)15~20元),1.6×106m3氧氣,每瓶裝8m3就是20萬瓶氧氣,價值400萬元,這僅僅是這個風(fēng)電場1小時電解水產(chǎn)生的氧氣效益,1天24小時就是9600萬元的氧氣收入,一年僅憑氧氣就可以收入近300億元,這些收益也是風(fēng)電制氫效益的一部分。
 
  在電解水時還可以回收大量的熱能,這是因為電解的過程中,會有一部分能量變成熱能,這些熱量可以通過熱交換器置換出來,既提高了電解的效率,又得到數(shù)量很大的熱能,冬季可以取暖、供魚池加溫等,夏季可以為洗浴提供熱能等,用途是十分廣泛的,總之也是一種很有價值的能源,也是風(fēng)電制氫、制氧同時的副產(chǎn)品,有實在的經(jīng)濟效益。
 
  電解水制氫的過程中也是對水的濃縮過程,拿海水來說,其含鹽量是3%,1千克海水中含鹽30g,每小時制氫4×106m3時需要消耗海水約4×106千克,合4000t海水,每噸海水中含鹽300千克,就算是只提煉出來一半,也是150千克,4000t乘以150千克等于60萬公斤=600t(1小時的產(chǎn)量),這又是一種伴隨著制氫過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品,都是利用風(fēng)電產(chǎn)生的,有實際價值的產(chǎn)品。
 
  從上述分析可以認(rèn)為,氫能發(fā)電系統(tǒng)不僅產(chǎn)出巨大,而且可以大幅度地降低風(fēng)力發(fā)電機的制造成本,提供和產(chǎn)出多種有直接經(jīng)濟效益的產(chǎn)品,達到了大量減少二氧化碳的目的,具有很好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。
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