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              • 業界都說可再生能源制氫好,它的技術到底香在哪里?
                2021-07-04 作者:李爭 張蕊 等  |  來源:《電工技術學報》  |  點擊率:
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                導語氫能作為連接可再生能源的紐帶,使制氫技術備受關注。借力氫能源,實現多能互補,不僅為氫能制取開辟了更加清潔環保的途徑,還提高了能源資源的利用效率。在未來的發展過程中,不斷完善制氫技術將會是解決能源問題的終極方案。

                有效利用氫能是目前解決能源短缺及污染嚴重問題的有效手段。氫氣作為清潔低碳的新能源,能夠幫助難以脫碳行業實現碳減排的目標。目前,制氫原料以化石燃料為主,因此帶來了制氫成本高、碳排放污染環境等問題。

                而制氫過程的必要條件是清潔高效、無污染,制氫原料正在從化石燃料向可再生能源(風能、太陽能、水能等)方向逐漸發展。例如:2019年底在甘肅酒泉開工建設的風、光、水、儲多能互補示范基地,該項目的建成不僅能夠提高當地的風光消納問題,還增加了制氫來源的多樣性。

                都說可再生能源制氫好,它的技術到底香在哪里?

                 

                可再生能源制氫技術是氫能得到應用和發展的基石;氫能以較低的成本豐富了可再生能源的存儲方式,可以幫助可再生能源調節能量波動,促進能源結構多元化并保障能源供應安全。利用可再生能源替代化石燃料的制氫,將是清潔、高效制氫的未來發展趨勢。

                1 多能互補的高適應性

                隨著國家在可再生能源制氫產業的政策調整,多能互補協調運營追求利益最大化、效益共贏成為必然。在目前發展較為迅速的清潔可再生能源中,風能、太陽能、水能應用最為廣泛。

                風能和太陽能分布廣、發展潛力大,但是存在能量密度低、穩定性差等問題;水力發電穩定性高,但存在流量小、枯水期等問題。而我國的風-光-水等可再生能源恰好季節互補,夏季太陽能、水能充足,冬季風能充足,正好處于枯水期,因此多能互補協調發電系統是未來的研究重點。

                2 電解水制氫的安全性、清潔性及高效性

                電解水制氫是電化學制氫技術,主要包括堿性電解制氫、酸性電解制氫、氯堿電解制氫、高溫電解制氫及光柱電解水制氫。

                離子焦耳膜酸性電解水制氫是氫能燃料電池的逆過程,能量效率可以達到80%~90%,操作過程是酸性和高電壓過程,存在器件腐蝕及損害的問題。

                目前產業化的制氫是堿性的電解水制氫,其系統損害小、安全性高,效率是30%~40%;其過程是電化學反應,是一個零污染、零排放的過程,產物只有氫氣和氧氣。

                氯堿電解制氫技術中附加一個氯氣和氫氧化鈉,都是工業中常用的化學物質,離子焦耳膜隔膜的發展,使該技術從各個方面都比較成熟,不會對環境造成污染,符合國家發展純綠色能源的理念。電解水制氫技術產生氫氣效率高、純度高。此外,整體的反應速度可以通過槽電壓進行調節,實現對制氫速率的控制。

                3 多能互補電解水制氫技術優勢

                在制氫產業方面,截至2020年初,全球的氫氣產量將近上億噸,有96%來自于化石燃料,其中48%來自于化石燃料的裂解,30%來自于醇類裂解,18%來自于焦爐氣;電解水占比4%左右,占比小的主要原因在于電解水制氫成本很高,是化石燃料的2倍多一些。

                電解水制氫技術能夠適應風-光-水等可再生能源發電系統不連續、不穩定的供電缺陷,降低電解水制氫成本,延長使用壽命,促進分布式能源經濟發展;風-光-水等可再生能源通過制氫、用氫的過程,將能量進行存儲、轉換,使能量對用戶的供應過程變得更加便捷靈活。因此,可再生能源多能互補電解水制氫技術的興起是必然的,同時也是未來的必由之路。

                氫能作為連接可再生能源的紐帶,使制氫技術備受關注。借力氫能源,實現多能互補,不僅為氫能制取開辟了更加清潔環保的途徑,還提高了能源資源的利用效率。在未來的發展過程中,不斷完善制氫技術將會是解決能源問題的終極方案。

                本文摘編自2021年第3期《電工技術學報》,論文標題為“可再生能源多能互補制-儲-運氫關鍵技術綜述”,作者為李爭、張蕊 等。

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