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沿海特色新能源制氢技术

沿海特色新能源制氢技术

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风力发电制氢

氢气由于其能量密度高、使用寿命长、储存和运输方便,适合大规模地综合开发、使用和储存风能。风氢联产已成为一些国家解决风能电网“瓶颈”问题的重要手段。它不仅可以提高性能质量,还可以为进一步广泛使用提供绿色环保的氢气。

风氢发电的初衷是解决风能作为一种储能的可能性的间歇性问题。

2004年,美国启动了Wind2H2项目,该项目致力于研究风力发电的氢能储存技术。利用“废”风电电解水制氢储能,不仅可以解决风力任务问题,还可以利用氢气发电,提高电网的协调性和可靠性,而且整个过程清洁环保,不产生二氧化碳。

然而,风氢耦合的能量转换效率相对较低。以目前的技术水平,“风氢电”的转换效率不足40%,不适合大规模生产和应用。因此,未来风氢耦合的重点应该是更具前景的模式“风电制氢”。

未来,随着氢能应用的多样化和普及,对氢气的需求将显著增加,风电制氢将从基于电网的辅助制氢转变为基于电网的专用制氢模式。在消除并网发电厂的成本后,风力发电大规模制氢的盈利能力将进一步提高。

风力制氢的关键技术是水电解。水电解制氢有三种主要技术:碱性水电解、纯水质子交换膜(PEM)水电解和固体氧化物电解质电池(SOEC)水电解。

碱性水电解制氢技术和PEM水电解制氢工艺现已商业化。前者相对成熟,后者由于成本较高,暂时处于商业化测试的早期阶段。SOEC虽然效率很高,但仍处于研发示范阶段。

常用水电解制氢技术的比较

在辅助电网连接的风-氢耦合模式中,风和电被用于制氢。由于风能的间歇性和随机波动特性,要求水电解装置在不稳定的性能条件下具有安全、可靠和高效的制氢能力。

碱性水电解制氢装置在当前技术水平下的冷启动响应和功率波动条件下的制氢质量较差。然而,PEM可以快速反应并适应风电场的功率波动,但投资成本较高,因此目前不适合大规模生产和应用。

综上所述,如果未来大规模风电制氢采用专属制氢的非电网模式,可以考虑碱性水电解技术和PEM水电解技术的协同使用:碱性水电解厂是主要设备,并且其低成本优势可用于大规模安装;PEM水电解设备用作辅助设备,其快速响应优势用于适应风力波动。

2.2核能制氢

核能可用于实现高效、大规模和无碳的氢气生产。核制氢技术的研发为未来大规模供应氢气提供了有效的解决方案,也可以为高温反应堆工艺的热应用开辟新的用途,这对中国未来能源转型的实施具有重要意义。

核能在非发电领域的未来应用备受关注。在第四代核电站系统的六种反应堆类型(钠冷快速反应堆、气冷快速反应器、铅冷快速反应反应器、盐熔反应器、超临界水反应器、气冷超高温反应器)中,具有固有安全性、高输出温度、,并且充分的性能被认为非常适合氢气生产。

核能制氢主要利用核反应产生的热量。如图2所示,核能制氢的技术途径包括:高温重整烃制氢、热化学分解水制氢、高温蒸汽电解制氢和核电电解水制氢。

 

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