新能源发电 第26讲 （西安交大）.ppt

新能源发电 主讲教师：王栋 * Email地址： 时间： 燃料电池系统 燃料电池发电系统包括燃料供应系统，氧化剂系统，发电系统，水管理系统，热管理系统和控制系统。 燃料供应系统 向发电系统提供燃料如：氢气、天然气 、甲醇等，除直接提供氢气和甲醇外，其它的燃料系统还应包括重整制氢装置。 氧化剂系统 向发电系统提供纯氧或空气。 发电系统 电池本体，是一个电化学装置，将燃料和氧化剂中的化学能直接转化成电能。 水管理系统 一方面及时带走反应生成的水，另一方面对质子交换膜进行湿润。 热管理系统 在电池运转过程中，由于电池内阻的存在，不可避免地会产生大量的热，通常产热数量与发电量相当，必须有可靠的冷却系统将热量及时带走，并保持稳定的反应温度。 电力系统 将直流电变成适合用户的电 控制系统 及时监测和调节燃料电池的工况，进行远距离数据传输。 安全系统 由气探测器、数据处理系统及灭火设备组成。 家庭燃料电池 燃料电池应用在家庭中的优势在于其清洁、可靠，避免了输电损失。使用燃料电池的成本比购买电源便宜20%--30%。推广的困难在于造价，目前还没有制造商能够把5kw的燃料电池压到3万美元以下。 预计若价格在1000美元/kw时，就会对消费者产生吸引力，2050年传统电力公司将消失。 功率为几瓦的称为微型燃料电池。可以是直接甲醇燃料电池，也可以是改型的质子交换膜电池。 应用微型燃料电池的目的在于解决目前的电池技术跟不上计算机移动计算中的能耗。 储氢合金 具有非常强的捕捉氢的能力,在一定的温度压力下,能够大量吸收氢气并与之反应,生成一种相对安全、稳定的金属氢化物，同时放热。吸氢能力是合金体积的1000倍，比液态氢的密度还要高。 氢的储存和输送 碳质储氢 一种基于吸附原理的物理储氢方法，主要包括活性碳和碳钠米吸附储氢。 活性碳（AC）是一种具有多孔结构和大的内部比表面积的材料。比表面积越大吸附能力越强。在一定的温度下（低温，液氮温度）加压时吸氢，减压时放氢，没有滞后现象。试验证明在储氢罐内加入一定量的活性碳，能显著提高储氢系统的密度。 碳钠米储氢 碳的一种同素异构体，具有中空的管状结构，是日本学者发现的。现在的理论认为，流体在与其分子大小相近的微孔内，密度将增大，微孔内可能存在大量的气体。现在的试验数据表明，储氢质量分数能到1%-67%。 氢可以以气态（GH2）、液氢（LH2）和固氢（SH2）进行输送。 液氢储罐 一般将液氢装在专用低温绝热槽罐内，放在卡车、机车或船舶上运输。储罐 的容量可以达到100m3，大容量铁路槽车可以达到120-200m3。美国的NASA建造有专用的驳船，容量达到1000m3 以气态的形式在高压下装储于压力容器中，然后用汽车或船舶运输。一般氢气的质量仅占总质量的1%-2%。 管道输送 输送液氢的管道需要有高度的绝热性能，一般主要用在火箭发射场内。相对于液氢，氢气可以用钢管进行安全输送。输氢和输电相比，成本低。 加氢站 为了环境的清洁一定要发展燃料电池汽车，这是汽车界的共识，但何时实现，意见不一。日本丰田分析人士认为还需要20年，美国通用认为，再过10年，燃料电池车将与汽油车具有同样的价格，20年后将有100万辆的生产能力并盈利。因此氢气加注设施的开发和研制已是刻不容缓的战略性课题。 加氢站 国内还是空白，美国、欧盟和日本已有几十座加氢站。第一座加氢站1999年建于德国的慕尼黑国际机场。目前加氢站的燃料种类以压缩氢气为主，德国一些加氢站采用液氢。 氢的来源包括气体输送和站内制氢。 站内制氢包括天然气重整制氢和电解水制氢，以电解水制氢为主。 天然气制氢的成本为4400美元/吨，电解水制氢的成本为12120美元/吨。 由于电解水制氢的氢气质量高，所以得到了广泛的采用。 氢的安全 氢是一种高能燃料,任何燃料都具有能量,都隐藏着着火和爆炸的危险.但与其他燃料相比,氢气是一种安全性比较高的气体.主要原因是氢气的密度很小,在大气中很容易快速扩散逃逸,不像其他燃料挥发后滞留在空气中不易疏散.另外氢气的火焰几乎是无色的,因而辐射率很低,不易导致火焰扩散. 新能源发电 主讲教师：王栋