氢能发电的发展前景

氢能发电的发展以及应用前景——经济与管理学院市场营销0901班刘希学号：200945070108因为温室效应的加重，现在全社会都开始提倡低碳生活，而传统的用煤，石油，天然气发电的方法显然已经开始被人们设法用更清洁的能源替代。氢是21世纪人类最理想的能源之一。制氢的原料是水，其燃烧的产物也是水,因此氢的原料用之不竭，也无环境污染问题。21世纪是氢能的世纪。随着氢气制备与安全储运技术以及电能变换与控制技术的不断发展和日趋成熟,氢能发电技术即将获得广泛应用,并将导致能源领域的一场革命。大型电站，无论是水电、火电或核电，都是把发出的电送往电网，由电网输送给用户。但是各种用电户的负荷不同，电网有时是高峰，有时是低谷。为了调节峰荷、电网中常需要启动快和比较灵活的发电站，氢能发电就最适合抢演这个角色。利用氢气和氧气燃烧，组成氢氧发电机组。这种机组是火箭型内燃发动机配以发电机，它不需要复杂的蒸汽锅炉系统，因此结构简单，维修方便，启动迅速，要开即开，欲停即停。在电网低负荷时，还可吸收多余的电来进行电解水，生产氢和氧，以备高峰时发电用。这种调节作用对于用网运行是有利的。另外，氢和氧还可直接改变常规火力发电机组的运行状况，提高电站的发电能力。例如氢氧燃烧组成磁流体发电，利用液氢冷却发电装置，进而提高机组功率等。氢能发电系统由氢源、燃料电池和电力变换器及其控制系统组成。随着氢气制备与安全储运技术以及电能变换与控制技术的不断发展和日趋成熟,特别是PEMFC发电系统还具有工作温度低,无烟气排放,伪装性能优良,在国防、人防和民用领域都有极高的应用价值。目前，在纽约和东京已分别建成容量为2.OMW和4.5MW的磷酸型燃料电池电站，llMW的燃料电池电站也在建设中。加拿大Baliard公司已推出200KW级PEM燃料电池,其能量密度可达0.57KW/kg。据有关专家估计，到2050年全世界将有10%左右的电力由燃料电池生产。这种静态发电设备特别适合于医院、公寓、超级市场、校园等作为电站使用。氢的单位重量热值高.比重小，管道运输最经济。它的转化性也好，可以从火力发电以及核能、太阳能、风能、地热能、水能发电等转化而得。用氢能发电,更有噪声小、效率高、起动快、成本低等优点。常见的氢能发电方法有:燃料电池、氢直接产生蒸汽发电、氢直接作为燃料发电。燃料电池是一种化学电池，它利用物质电化学变化释放出的能量直接变换为电能。20世纪70年代,燃料电池主要用于宇航事业。由于成本高,发展大容量电站几乎没人敢想。随着科学技术的发展,燃料电池的制造成本不断降低。它的分类：以工作温度分,有常温(室温~100C)、中温(100~300C)、高温(300C以上)三类;以使用的燃料品种分，有气态(氢或气态碳氢化合物)、液态(甲醇、联氨等)和固态(煤、焦炭等)三类:以使用的电解质分，有碱性(A)、磷酸(PA)、熔融嵌酸盐(MC)、固体氧化物(SO)和质子交换膜(PEM)等五类。但其共同的作用原理是将燃料氧化所释放的能量直接、高效地转化为电能。它是以电化学低温燃烧为特征,不受卡诺循环理论限制,故热效率可达80%以上;而且由于是"冷燃烧"(特别是PEMFC),故没有NOz产生,对环境保护特别有利。主要原理是:氢在催化剂作用下变成氢离子(或称质子)并释放出电子.氢离子经离子导体流向氧极,它与输进氧极的氧(或空气中的氧)及电子流相化合生成水并产生电流,其反应可表示如下式：氢极反应：H2←一2H+十2e-氧极反应:2e-2H++1/2O2→H20总反应:H2＋1/2O2→2eE＋Q－3/2RT对于到底应该使用哪种催化剂，研究者们也经过了多种尝试。他们试过铈的氧化物以及镍催化剂，将甲烷和氧气的混合气体加热至400℃至500℃来模拟发电厂内的情形。最开始，甲烷燃烧消耗掉所有的氧气并产生热量。接着，在催化剂及热量的作用下，剩余的沼气分解成固态的碳和氢气。两个甲烷分子包8个氢原子可以产生大约2个氢气分子——使用这一方法氢气的实际产生率约为25％至30％。在发电厂内，在这一过程中产生的部分热量会像平常一样用于发电，这样可以利用浪费的能量从而提高整个效能。实验显示，催化剂在被固态碳堵塞前，可以连续有效工作7小时。据研究小组的久瑞安·贝克尔斯介绍，即使催化剂被堵住，也很好清理，因为这些焦炭沉淀物很容易燃烧。他还说：“改变在燃烧室内的混合气体也是一种减少焦炭沉淀物的方法。”用途燃料电池可作为流动电站或电动汽车的动力源，以取代污染重、效率低的内燃机。中国有的农村己将于吉杆等生物质原料经气化后作为炊事用燃气，如进一步将这种燃气加工成氢并经燃料电池发电，则可成为实现农村电气化的又一新途径。城市垃圾电站如进一步改装成氢燃料电池电站，则效率可以提高30%-50%。氢直接作为燃料发电在普通内燃机中以氢为燃料，可使内燃饥直接带动发电机发电。可分为全氢燃料内燃机发电，或在汽(柴)油中加5%(重量百分比)氢作为燃料开动内燃机发电。后一种方式可节省汽(柴)油25%-30%,总功率可提高14%。在氢资源有保证且条件允许的情况下,用氢直接作为燃料也是一种很好的发电方法。不久的将来，"氢经济社会"节省下石油、煤炭等化石燃料资源，基本废除内燃机动力系统，实现无污染排放，缓解温室效应，让环境更洁净、空气更清新。同时，氢能的使用也会带动可再生能源设备：电解水设备、燃料电池、储氢器等一系列新兴制造产业，全面推动经济发展。而核聚变电站、太阳能电站、风力电站及潮汐电站的发展又可以与氢能技术进一