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氫能分布式發電系統的發展前景暢想

 發布時間:2022-11-26    點擊量:118
   氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應用廣泛的二次能源,正逐步成為全球能源轉型發展的重要載體,也是戰略性新興產業發展的重要方向。

  近年來,隨著能源技術的發展,供能形式的增多,分布式能源逐漸滲透進我們的生活。不論是在居民家中使用的燃氣地暖,還是許多住宅屋頂安裝的光伏發電板,都是新興形式的分布式能源。

  將分布式的供能規模增大一些,面向多戶家庭或者一整個社區,那么就可以建一個小型的分布式電站。電站在發電的過程中一般還會產生熱量,因此這種供能又可以是熱電聯用的。

  但是目前分布式能源中,主要是利用市政管道中的天然氣作為燃料來源,以火力的形式發電,并且主要目的是供熱。

  分布式能源有著多種優勢

  在談及分布式能源的優勢之前,我們需要思考這樣一個問題:什么決定了電力的根本結構? 決定電力結構的因素有許多,但是其中最為重要的是用電需求在空間與時間的不均勻分布,決定了電力系統的根本結構。

  對于中國來說,在較為發達的地區,會配有發電量較大的集中式電站。隨著該地區的人口數量的增加,發電站的數量與規模會不斷地增加。就意味著將來我們的電力需求會越來越多,電網需要覆蓋的面積和規模也不斷擴大。這些變化將會對能源的供應成本和質量都產生巨大的影響。

  簡單來說,當電網規模增大到某種程度時,集中式能源供應的線路損耗、災難容納和需求波動等電網安全問題則日益凸顯。

  分布式能源的存在,剛好可以彌補集中式能源的諸多不足。

  首先它接近需求端,線路損耗非常小。

  其次,由于其裝機規模一般是滿足從一個家庭到一個社區或者幾個社區的大小。當能源需求產生波動時,這種較小的裝機容量可以快速且較好的響應這種波動。

  最后是出現災難或者意外事故時,一方面分布式能源可以各自為孤島進行供能,互不影響;另一方面單個分布式能源的波及范圍較小,保證了整體電網的安全。

  氫能分布式發電系統是分布式能源的優勢選項之一

  燃料電池就其技術特征而言,本身是一個不經過燃燒而通過電化學反應將氫能轉換為電能的裝置,氫電轉換效率可達約60%。整個轉換過程中沒有運動部件,因此不會產生噪聲。且其工作溫度一般在80~90℃,對熱管理系統要求也不會很高。如果充分利用生成熱,也可滿足居民日常供暖或用熱水的需求。

  在燃料來源方面,類似于電能,氫氣也是一種非天然存在的能量載體,其來源除了電解水制氫,還可以來源于化石燃料重整制氫、工業副產氫等。即使是電解水制氫,用以電解的電能也可以是清潔的風能、光能或水能等。

  因此氫氣來源可以擺脫對煤炭或者汽油、柴油等化石燃料的依賴,并且受地域資源稟賦的限制較小。

  就目前的技術條件而言,燃料電池與電解槽就像一對孿生兄弟。既可以利用燃料電池將氫能轉化為電能,又可以利用電解槽將電能轉化為氫能。如果將燃料電池與電解槽組成一個系統,則可以使得該系統既可以發電,又可以儲能。那么這將是一個完備的、規??筛鶕O計而定的發電與儲能系統。

  該系統既可以建立在廠區、孤島等對電力需求較大的區域,輔以風力或者光伏發電。則可以在白天或者風力較強時,很好的將多余的電能儲存起來,等到出現需求缺口的時候通過燃料電池發電來滿足供電的需求。

  也可以建在居民社區,在夜間用電波谷的低電價時期將電網的電轉化為氫氣儲存。在白天用電高峰時又發電來彌補需求,同時產生的熱還可以為社區供暖。

  另一方面,隨著燃料電池汽車的發展,使得氫能作為廣泛的分布式能源方式變得越來越有可能。燃料電池汽車本身就是一個完整的可以穩定且獨立運行的氫能發電系統。日本也已提出利用燃料電池車為一所住宅提供電力的概念。

  一般而言,一輛全功率的燃料電池車發電功率超過100 kW,這對于滿足中國大多數普通家庭的日常用電需求已經綽綽有余。又由于汽車本身的機動性,能量以氫氣為載體儲存在汽車的高壓儲氣瓶里,可以使能量的利用在時間與空間上有更為自由的空間。既可以快速的響應即時的能量需求,又可以穩定的保證自身發電性能的穩定。

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