氫能發(fā)電前景怎么樣

　　風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電具有隨機(jī)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(shí)，不能及時(shí)補(bǔ)充調(diào)控，在并入電網(wǎng)時(shí)會(huì)引起電網(wǎng)電壓的大幅度波動(dòng)。為此，可能需要建造比風(fēng)電場(chǎng)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(dòng)，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(zhǎng)壽命、高安全和低成本的儲(chǔ)能技術(shù)，實(shí)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(gè)高效的儲(chǔ)能系統(tǒng)，下面將分析幾種儲(chǔ)能方式的可行性。

　　“抽水蓄能”，這是一個(gè)成熟的技術(shù)方案，但是受特定的條件限制，首先要有大量的水源，還要有合適的地形高差，才能夠?qū)崿F(xiàn)利用水流的落差能量進(jìn)行調(diào)控發(fā)電，從而得到穩(wěn)定的可控制的電能。另外，從規(guī)模上看也是差距太大，“劉家峽水電站”，十分巨大的水壩和5臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，其總發(fā)電量也就是130萬千瓦，假設(shè)要將1千萬千瓦的電能進(jìn)行這樣的抽水儲(chǔ)能，那就要搞十個(gè)劉家峽水電站和儲(chǔ)能水庫，是現(xiàn)有劉家峽水電站的十倍規(guī)模的上、下水庫和10倍的發(fā)電機(jī)組才能夠滿足需要，這是很難實(shí)現(xiàn)的。并且現(xiàn)在已經(jīng)規(guī)劃和建設(shè)中的三個(gè)國(guó)內(nèi)最大的“千萬千瓦級(jí)風(fēng)電場(chǎng)”來說，都是在極度缺水的地區(qū)（2個(gè)在內(nèi)蒙古，1個(gè)在甘肅酒泉），平坦的地形（風(fēng)能資源好的地方都是平坦的地形、地貌），也沒有落差高的地形環(huán)境，所以不能應(yīng)用，能夠使用“抽水儲(chǔ)能”方式調(diào)控風(fēng)電的方式不可能大規(guī)模地采用，只能夠小規(guī)模地在特殊的有條件的地區(qū)才行。

　　使用鉛酸電池肯定不行，沒有這么大的功率容量，并且價(jià)格特別貴，大量地使用還有鉛污染問題；鎳氫電池與鋰離子電池受限于這兩種元素的數(shù)量限制（全球的儲(chǔ)量也是不多的）和特別昂貴的價(jià)格的限制，也不能夠采用；最近還有全釩氧化還原液流電池在研發(fā)中，但是多次還原過程中的離子膜污染問題也一直沒有很好解決，要達(dá)到實(shí)用的程度還要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，商業(yè)化的應(yīng)用究竟會(huì)不會(huì)影響到環(huán)境還是未知數(shù)。其他的儲(chǔ)能方式，如壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等都因?yàn)樾侍?、容量太小，也是不能使用?/p>

　　氫能源是一種最干凈的、可以循環(huán)的、可大規(guī)模利用的能源方式?？梢岳么笠?guī)模的風(fēng)電、太陽能電等進(jìn)行大規(guī)模的電解水制氫，會(huì)得到大量的最干凈的能源，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的能量?jī)?chǔ)存，解決現(xiàn)在模式的風(fēng)電并網(wǎng)難題并且不會(huì)對(duì)環(huán)境有任何影響。

　　氫氣能源可以長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存、可以管道長(zhǎng)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(jī)、輪船等

　　移動(dòng)的交通運(yùn)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(shí)在是最清潔、最環(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。我國(guó)應(yīng)該是世界第一大產(chǎn)氫國(guó)，大概年產(chǎn)1000多萬噸的氫氣。全世界最大的一個(gè)制氫工廠就在我國(guó)的鄂爾多斯，是用煤來制氫的，一年能夠生產(chǎn)18萬噸氫氣。還有，我們跟日本一樣，是世界最大的儲(chǔ)氫材料產(chǎn)品國(guó)。中國(guó)和日本兩國(guó)幾乎包了全世界金屬儲(chǔ)氫材料的生產(chǎn)；而且我們的銷售量比日本還大。

　　氫能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)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最高的，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(jí)風(fēng)電場(chǎng)來說，假設(shè)是滿發(fā)，1小時(shí)就是1千萬度電，按2.5度電能產(chǎn)生1m3氫氣計(jì)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(guó)是按煤當(dāng)量“標(biāo)煤”計(jì)算熱值的），相當(dāng)于1600噸標(biāo)煤的熱值能量，按市場(chǎng)上的優(yōu)質(zhì)煤炭熱值一般是5500大卡計(jì)算，相當(dāng)于2100t優(yōu)質(zhì)煤炭的能量，也就是說“千萬千瓦級(jí)的風(fēng)電場(chǎng)”1小時(shí)所發(fā)出的電力進(jìn)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(jì)算）的熱值能量，1天24小時(shí)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(chǔ)存的，既可以直接提供給發(fā)電廠發(fā)電（燃?xì)廨啓C(jī)方式，省去產(chǎn)生蒸汽的環(huán)節(jié)最好），產(chǎn)生的電力在電網(wǎng)高峰需要時(shí)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(jì)效益，又可以在電網(wǎng)低谷時(shí)脫離電網(wǎng)，將氫氣給大量的使用氫能源的汽車、火車、飛機(jī)、輪船等移動(dòng)交通工具加氫氣能源，立馬就變成實(shí)實(shí)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(shí)除去產(chǎn)生單項(xiàng)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(shí)就可以產(chǎn)生0.45m3氧氣，在產(chǎn)生4×106m3氫氣的同時(shí)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(jī)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(shí)也需要大量的氧氣，按2016年市場(chǎng)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(jià)值400萬元，這僅僅是這個(gè)風(fēng)電場(chǎng)1小時(shí)電解水產(chǎn)生的氧氣效益，1天24小時(shí)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(shí)還可以回收大量的熱能，這是因?yàn)殡娊獾倪^程中，會(huì)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(jià)值的能源，也是風(fēng)電制氫、制氧同時(shí)的副產(chǎn)品，有實(shí)在的經(jīng)濟(jì)效益。

　　電解水制氫的過程中也是對(duì)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(shí)制氫4×106m3時(shí)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(shí)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(shí)際價(jià)值的產(chǎn)品。

　　從上述分析可以認(rèn)為，氫能發(fā)電不僅產(chǎn)出巨大，而且可以大幅度地降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制造成本，提供和產(chǎn)出多種有直接經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)品，達(dá)到了大量減少二氧化碳的目的，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

　　氫能發(fā)電歷史現(xiàn)狀

　　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。

　　更新的氫能發(fā)電方式是氫燃料電池。這是利用氫和氧（成空氣）直接經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的裝置。換言之，也是水電解槽產(chǎn)生氫和氧的逆反應(yīng)。70年代以來，日美等國(guó)加緊研究各種燃料電池，現(xiàn)已進(jìn)入商業(yè)性開發(fā)，日本已建立萬千瓦級(jí)燃料電池發(fā)電站，美國(guó)有30多家廠商在開發(fā)燃料電池。德、英、法、荷、丹、意和奧地利等國(guó)也有20多家公司投入了燃料電池的研究，這種新型的發(fā)電方式已引起世界的關(guān)注。

　　燃料電池的簡(jiǎn)單原最巧是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，不需要進(jìn)行燃燒，能源轉(zhuǎn)換效率可達(dá)60%—80%，而且污染少，噪聲小，裝置可大可小，非常靈活。最早，這種發(fā)電裝置很小，造價(jià)很高，主要用于宇航作電源。現(xiàn)在已大幅度降價(jià)，逐步轉(zhuǎn)向地面應(yīng)用。目前，燃料電池的 種類很多。

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