氫能發(fā)電的發(fā)展前景

氫能發(fā)電的發(fā)展以及應(yīng)用前景——經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院市場(chǎng)營(yíng)銷0901班劉希學(xué)號(hào)：200945070108因?yàn)闇厥倚?yīng)的加重，現(xiàn)在全社會(huì)都開始提倡低碳生活，而傳統(tǒng)的用煤，石油，天然氣發(fā)電的方法顯然已經(jīng)開始被人們?cè)O(shè)法用更清潔的能源替代。氫是21世紀(jì)人類最理想的能源之一。制氫的原料是水，其燃燒的產(chǎn)物也是水,因此氫的原料用之不竭，也無環(huán)境污染問題。21世紀(jì)是氫能的世紀(jì)。隨著氫氣制備與安全儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)以及電能變換與控制技術(shù)的不斷發(fā)展和日趨成熟,氫能發(fā)電技術(shù)即將獲得廣泛應(yīng)用,并將導(dǎo)致能源領(lǐng)域的一場(chǎng)革命。大型電站，無論是水電、火電或核電，都是把發(fā)出的電送往電網(wǎng)，由電網(wǎng)輸送給用戶。但是各種用電戶的負(fù)荷不同，電網(wǎng)有時(shí)是高峰，有時(shí)是低谷。為了調(diào)節(jié)峰荷、電網(wǎng)中常需要啟動(dòng)快和比較靈活的發(fā)電站，氫能發(fā)電就最適合搶演這個(gè)角色。利用氫氣和氧氣燃燒，組成氫氧發(fā)電機(jī)組。這種機(jī)組是火箭型內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)配以發(fā)電機(jī)，它不需要復(fù)雜的蒸汽鍋爐系統(tǒng)，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，啟動(dòng)迅速，要開即開，欲停即停。在電網(wǎng)低負(fù)荷時(shí)，還可吸收多余的電來進(jìn)行電解水，生產(chǎn)氫和氧，以備高峰時(shí)發(fā)電用。這種調(diào)節(jié)作用對(duì)于用網(wǎng)運(yùn)行是有利的。另外，氫和氧還可直接改變常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀況，提高電站的發(fā)電能力。例如氫氧燃燒組成磁流體發(fā)電，利用液氫冷卻發(fā)電裝置，進(jìn)而提高機(jī)組功率等。氫能發(fā)電系統(tǒng)由氫源、燃料電池和電力變換器及其控制系統(tǒng)組成。隨著氫氣制備與安全儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)以及電能變換與控制技術(shù)的不斷發(fā)展和日趨成熟,特別是PEMFC發(fā)電系統(tǒng)還具有工作溫度低,無煙氣排放,偽裝性能優(yōu)良,在國(guó)防、人防和民用領(lǐng)域都有極高的應(yīng)用價(jià)值。目前，在紐約和東京已分別建成容量為2.OMW和4.5MW的磷酸型燃料電池電站，llMW的燃料電池電站也在建設(shè)中。加拿大Baliard公司已推出200KW級(jí)PEM燃料電池,其能量密度可達(dá)0.57KW/kg。據(jù)有關(guān)專家估計(jì)，到2050年全世界將有10%左右的電力由燃料電池生產(chǎn)。這種靜態(tài)發(fā)電設(shè)備特別適合于醫(yī)院、公寓、超級(jí)市場(chǎng)、校園等作為電站使用。氫的單位重量熱值高.比重小，管道運(yùn)輸最經(jīng)濟(jì)。它的轉(zhuǎn)化性也好，可以從火力發(fā)電以及核能、太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⑺馨l(fā)電等轉(zhuǎn)化而得。用氫能發(fā)電,更有噪聲小、效率高、起動(dòng)快、成本低等優(yōu)點(diǎn)。常見的氫能發(fā)電方法有:燃料電池、氫直接產(chǎn)生蒸汽發(fā)電、氫直接作為燃料發(fā)電。燃料電池是一種化學(xué)電池，它利用物質(zhì)電化學(xué)變化釋放出的能量直接變換為電能。20世紀(jì)70年代,燃料電池主要用于宇航事業(yè)。由于成本高,發(fā)展大容量電站幾乎沒人敢想。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,燃料電池的制造成本不斷降低。它的分類：以工作溫度分,有常溫(室溫~100C)、中溫(100~300C)、高溫(300C以上)三類;以使用的燃料品種分，有氣態(tài)(氫或氣態(tài)碳?xì)浠衔?、液態(tài)(甲醇、聯(lián)氨等)和固態(tài)(煤、焦炭等)三類:以使用的電解質(zhì)分，有堿性(A)、磷酸(PA)、熔融嵌酸鹽(MC)、固體氧化物(SO)和質(zhì)子交換膜(PEM)等五類。但其共同的作用原理是將燃料氧化所釋放的能量直接、高效地轉(zhuǎn)化為電能。它是以電化學(xué)低溫燃燒為特征,不受卡諾循環(huán)理論限制,故熱效率可達(dá)80%以上;而且由于是"冷燃燒"(特別是PEMFC),故沒有NOz產(chǎn)生,對(duì)環(huán)境保護(hù)特別有利。主要原理是:氫在催化劑作用下變成氫離子(或稱質(zhì)子)并釋放出電子.氫離子經(jīng)離子導(dǎo)體流向氧極,它與輸進(jìn)氧極的氧(或空氣中的氧)及電子流相化合生成水并產(chǎn)生電流,其反應(yīng)可表示如下式：氫極反應(yīng)：H2←一2H+十2e-氧極反應(yīng):2e-2H++1/2O2→H20總反應(yīng):H2＋1/2O2→2eE＋Q－3/2RT對(duì)于到底應(yīng)該使用哪種催化劑，研究者們也經(jīng)過了多種嘗試。他們?cè)囘^鈰的氧化物以及鎳催化劑，將甲烷和氧氣的混合氣體加熱至400℃至500℃來模擬發(fā)電廠內(nèi)的情形。最開始，甲烷燃燒消耗掉所有的氧氣并產(chǎn)生熱量。接著，在催化劑及熱量的作用下，剩余的沼氣分解成固態(tài)的碳和氫氣。兩個(gè)甲烷分子包8個(gè)氫原子可以產(chǎn)生大約2個(gè)氫氣分子——使用這一方法氫氣的實(shí)際產(chǎn)生率約為25％至30％。在發(fā)電廠內(nèi)，在這一過程中產(chǎn)生的部分熱量會(huì)像平常一樣用于發(fā)電，這樣可以利用浪費(fèi)的能量從而提高整個(gè)效能。實(shí)驗(yàn)顯示，催化劑在被固態(tài)碳堵塞前，可以連續(xù)有效工作7小時(shí)。據(jù)研究小組的久瑞安·貝克爾斯介紹，即使催化劑被堵住，也很好清理，因?yàn)檫@些焦炭沉淀物很容易燃燒。他還說：“改變?cè)谌紵覂?nèi)的混合氣體也是一種減少焦炭沉淀物的方法?！庇猛救剂想姵乜勺鳛榱鲃?dòng)電站或電動(dòng)汽車的動(dòng)力源，以取代污染重、效率低的內(nèi)燃機(jī)。中國(guó)有的農(nóng)村己將于吉桿等生物質(zhì)原料經(jīng)氣化后作為炊事用燃?xì)?，如進(jìn)一步將這種燃?xì)饧庸こ蓺洳⒔?jīng)燃料電池發(fā)電，則可成為實(shí)現(xiàn)農(nóng)村電氣化的又一新途徑。城市垃圾電站如進(jìn)一步改裝成氫燃料電池電站，則效率可以提高30%-50%。氫直接作為燃料發(fā)電在普通內(nèi)燃機(jī)中以氫為燃料，可使內(nèi)燃饑直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。可分為全氫燃料內(nèi)燃機(jī)發(fā)電，或在汽(柴)油中加5%(重量百分比)氫作為燃料開動(dòng)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。后一種方式可節(jié)省汽(柴)油25%-30%,總功率可提高14%。在氫資源有保證且條件允許的情況下,用氫直接作為燃料也是一種很好的發(fā)電方法。不久的將來，"氫經(jīng)濟(jì)社會(huì)"節(jié)省下石油、煤炭等化石燃料資源，基本廢除內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無污染排放，緩解溫室效應(yīng)，讓環(huán)境更潔凈、空氣更清新。同時(shí)，氫能的使用也會(huì)帶動(dòng)可再生能源設(shè)備：電解水設(shè)備、燃料電池、儲(chǔ)氫器等一系列新興制造產(chǎn)業(yè)，全面推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而核聚變電站、太陽能電站、風(fēng)力電站及潮汐電站的發(fā)展又可以與氫能技術(shù)進(jìn)一