氫能發(fā)電前景怎么樣

　　風能、太陽能等可再生能源發(fā)電具有隨機性和間歇性，與大電網用電高峰不同步，在電網高峰或低谷時，不能及時補充調控，在并入電網時會引起電網電壓的大幅度波動。為此，可能需要建造比風電場總容量大2～3倍的“調壓控制電站”，來調控和抑制這種大量電能的波動，以解決風力發(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、長壽命、高安全和低成本的儲能技術，實現電網系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，以及可再生能源的充分利用。必須要建立一個高效的儲能系統(tǒng)，下面將分析幾種儲能方式的可行性。

　　“抽水蓄能”，這是一個成熟的技術方案，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，才能夠實現利用水流的落差能量進行調控發(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臺水輪發(fā)電機組，其總發(fā)電量也就是130萬千瓦，假設要將1千萬千瓦的電能進行這樣的抽水儲能，那就要搞十個劉家峽水電站和儲能水庫，是現有劉家峽水電站的十倍規(guī)模的上、下水庫和10倍的發(fā)電機組才能夠滿足需要，這是很難實現的。并且現在已經規(guī)劃和建設中的三個國內最大的“千萬千瓦級風電場”來說，都是在極度缺水的地區(qū)（2個在內蒙古，1個在甘肅酒泉），平坦的地形（風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，所以不能應用，能夠使用“抽水儲能”方式調控風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量限制（全球的儲量也是不多的）和特別昂貴的價格的限制，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，要達到實用的程度還要相當長的時間，商業(yè)化的應用究竟會不會影響到環(huán)境還是未知數。其他的儲能方式，如壓縮空氣儲能、飛輪儲能等都因為效率太低、容量太小，也是不能使用。

　　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)模的風電、太陽能電等進行大規(guī)模的電解水制氫，會得到大量的最干凈的能源，能夠實現大規(guī)模的能量儲存，解決現在模式的風電并網難題并且不會對環(huán)境有任何影響。

　　氫氣能源可以長時間儲存、可以管道長距離輸送，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、輪船等

　　移動的交通運輸工具使用，氫氣燃燒利用后除產生能量外，只產生水蒸氣，冷凝后就是純水，實在是最清潔、最環(huán)保的能源。地球上有70%的面積是水，作為一種能量的轉換物質，是取之不盡、用之不竭的，風電在這里只是起到了一種能量的轉換，將巨大的風能、太陽能等資源，通過風力能發(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換循環(huán)中再利用。我國應該是世界第一大產氫國，大概年產1000多萬噸的氫氣。全世界最大的一個制氫工廠就在我國的鄂爾多斯，是用煤來制氫的，一年能夠生產18萬噸氫氣。還有，我們跟日本一樣，是世界最大的儲氫材料產品國。中國和日本兩國幾乎包了全世界金屬儲氫材料的生產；而且我們的銷售量比日本還大。

　　氫能發(fā)電的經濟效益分析：

　　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。

　　拿千萬千瓦級風電場來說，假設是滿發(fā)，1小時就是1千萬度電，按2.5度電能產生1m3氫氣計算，就可以得到4×106m3氫氣。1m3氫氣的熱值是2956大卡，標煤的熱值是7000大卡，大約2.4m3氫氣的熱值相當于1千克標煤的熱值，拿4×106除2.4得1666666.6千克標煤（我國是按煤當量“標煤”計算熱值的），相當于1600噸標煤的熱值能量，按市場上的優(yōu)質煤炭熱值一般是5500大卡計算，相當于2100t優(yōu)質煤炭的能量，也就是說“千萬千瓦級的風電場”1小時所發(fā)出的電力進行風電制氫模式，就能夠產生2000t優(yōu)質煤炭（按煤當量計算）的熱值能量，1天24小時就能夠產生相當于48000t優(yōu)質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)質煤炭熱值的氫氣能量，一年就是720萬噸優(yōu)質煤炭能量（2萬噸乘以365天）。

　　這些氫能源是能夠儲存的，既可以直接提供給發(fā)電廠發(fā)電（燃氣輪機方式，省去產生蒸汽的環(huán)節(jié)最好），產生的電力在電網高峰需要時大量地并入電網（這是高質量的特別平穩(wěn)、可調、可控的電流，是電網十分歡迎的高質量電能），得到良好的經濟效益，又可以在電網低谷時脫離電網，將氫氣給大量的使用氫能源的汽車、火車、飛機、輪船等移動交通工具加氫氣能源，立馬就變成實實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。

　　電解制氫的同時除去產生單項的氫氣外，還有8/9的氧氣產生（純氧），每產生1m3氫氣，同時就可以產生0.45m3氧氣，在產生4×106m3氫氣的同時還產生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”工作時也需要大量的氧氣，按2016年市場上一瓶氧氣（容量6～8m3）15～20元），1.6×106m3氧氣，每瓶裝8m3就是20萬瓶氧氣，價值400萬元，這僅僅是這個風電場1小時電解水產生的氧氣效益，1天24小時就是9600萬元的氧氣收入，一年僅憑氧氣就可以收入近300億元，這些收益也是風電制氫效益的一部分。在電解水時還可以回收大量的熱能，這是因為電解的過程中，會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值的能源，也是風電制氫、制氧同時的副產品，有實在的經濟效益。

　　電解水制氫的過程中也是對水的濃縮過程，拿海水來說，其含鹽量是3%，1千克海水中含鹽30g，每小時制氫4×106m3時需要消耗海水約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小時的產量），這又是一種伴隨著制氫過程中產生的副產品，都是利用風電產生的，有實際價值的產品。

　　從上述分析可以認為，氫能發(fā)電不僅產出巨大，而且可以大幅度地降低風力發(fā)電機的制造成本，提供和產出多種有直接經濟效益的產品，達到了大量減少二氧化碳的目的，具有很好的經濟效益和環(huán)保效益。

　　氫能發(fā)電歷史現狀

　　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，由電網輸送給用戶。但是各種用電戶的負荷不同，電網有時是高峰，有時是低谷。為了調節(jié)峰荷、電網中常需要啟動快和比較靈活的發(fā)電站，氫能發(fā)電就最適合搶演這個角色。

　　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）直接經過電化學反應而產生電能的裝置。換言之，也是水電解槽產生氫和氧的逆反應。70年代以來，日美等國加緊研究各種燃料電池，現已進入商業(yè)性開發(fā)，日本已建立萬千瓦級燃料電池發(fā)電站，美國有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注。

　　燃料電池的簡單原最巧是將燃料的化學能直接轉換為電能，不需要進行燃燒，能源轉換效率可達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，造價很高，主要用于宇航作電源?，F在已大幅度降價，逐步轉向地面應用。目前，燃料電池的 種類很多。

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