新能源发电 第24讲 （西安交大）.ppt

新能源发电 主讲教师：王栋 * Email地址： 时间： 电解水制氢 电解水制氢是目前成熟的方法,已有80多年的历史，工艺简单,氢的纯度高,无污染,其效率在75%-85%,每m3氢气的电耗为4.5-5.5kwh，成本过高，不具有竞争力，工业上应用并不广泛，产量占总产量的4%，只用于纯度要求高，用量不大的情况。 但对于水利资源、风力资源和太阳能资源丰富的地区，水电解制氢就具有积极的意义，不但可以获得优质的氢，同时也解决了电力输送、存储和调峰问题，更具有积极的环境效益。 水电解制氢装置 水电解槽是制氢的主要设备，由若干个电解池组成，是电化学反应的场所。目前共有3种电解槽，分别是碱性电解槽，聚合物电解槽好固体氧化物电解槽。 分离器的作用是初步分离从氢气和氧气从电解池所携带的电解液，并对电解液进行适当的冷却，然后经处理后返回电解槽。 洗涤器的作用是进一步除去气体中夹带的电解液，并把气体冷却至常温。 过滤器是用来过滤电解液中的固体杂质。 碱性电解槽是最古老，技术最成熟，最易于操作。但缺点是效率低。 主要由电源，电解液，阴极，阳极和横膈膜组成。 电解液通常是KOH溶液，浓度为20%-30%。 横隔膜主要由石棉组成，起隔离氢气和氧气的作用。 电极由金属合金组成，主要是分解水，产生氢气和氧气。 电解槽的工作温度为70-100度，压力100-3000kPa. 电解槽结构 聚合物薄膜电解槽，使用可以传导质子（氢离子）的质子交换膜传导离子，不需要电解质，而使用纯水，减小了欧姆损失，也比碱性电解槽安全可靠，效率高，可达85%以上。水分子在阳极被分解为H+和OH-, H+在电场作用下传导到阴极生成H2. 固体氧化物电解槽 应用固体氧化物ZrO2最为O2-的传导介质，也不需要电解质。高温水蒸汽进入管状电解槽后，在内部负电极处分离成H+和O2-， H+得到电子生成H2, O2-在电场作用下穿过固体氧化物到达阳极生成氧气。反应余热还可进去发电。 高温热解水和热化学制氢 利用水分子在2000-3000度的高温下直接分解制氢，是一个很强的吸热反应。 热源为高反射高聚焦的太阳能和核聚变能。 需要进行氢气、氧气、原子氧和原子氢的分离，技术难度很大。 需要解决容器材料问题，一般金属材料难以胜任。 而热化学制氢所需温度较低（小于1000度），是通过一系列化学反应最终将水分解成氢气和氧气，只消耗一定的水和热量，不消耗添加元素。 氧化物系循环 氢生成： 氧生成： 其中金属（Me)为Mn,Fe,Co.过程效率可达到20%。 卤化物系循环 其中Me可以是Mn,Fe，X可以是Cl,Br和I。 化石燃料制氢 目前世界上96%的氢是从煤、石油和天然气等化石燃料制取。年产量5千万吨，并且以每年6%-7%的速度递增。 我国生成的氢80%用于合成氨工业，主要原料以煤为主，无烟煤、焦炭占62%-65%，轻油和重油占12%-16%，天然气占18%-23%。 化石燃料制氢的主要缺点首先是资源量有限，另外制氢过程会对环境造成污染。因而从长远看只能是一种过渡工艺，但仍在将来几十年内发挥作用。 新能源发电 主讲教师：王栋