清洁能源-氢能-课件.ppt

本章完 * 目前氢气的主要用途是在石化、冶金等工业中作为重要原料，此外Ni-MH电池在手机、笔记本电脑、电动车方面也获得了广泛的应用。 对于未来的“氢经济”而言，氢的应用技术主要包括：燃料电池、燃气轮机(－蒸汽轮机)发电、内燃机和火箭发动机。 普遍认为，燃料电池是未来人类社会最主要的发电及动力设备。 * 3.1 氢的应用概述 氢能的利用 氢能的利用 氢能的利用 氢能的利用 航天飞机的高压补燃氢/氧发动机 氢气发动机 宝马氢能源12缸发动机 氢气发动机 宝马氢能源12缸发动机 氢气发动机 氢能的利用 氢气同样可以用来直接驱动改进的内燃机 ； 转子发动机只需要极小的改动就可以燃用氢气 ； RX-8s车每加满一罐压缩氢气可行驶120英里（约合193.12公里）。 氢混合动力研究车（H2RV） 氢能摩托车 福特汽车公司FocusH2RV氢发动机轿车 燃料电池 燃料电池由正极、负极和夹在正负极中 间的电解质板所组成； 3.2 燃气轮机简介及技术现状 燃气轮机是一种外燃机。与内燃机和汽轮机相比，燃气轮机具有以下优点： (1) 重量轻、体积小、投资省。燃气轮机的重量及所占的容积一般只有汽轮机装置或内燃机的几分之一或几十分之一，消耗材料少，投资费用低，建设周期短。 (2) 起动快、操作方便。从冷态起动到满载只需几十秒或几十分钟，而汽轮机装置或大功率内燃机则需几分钟到几小时；同时由于燃气轮机结构简单、辅助设备少，运行时操作方便，能够实现遥控，自动化程度可以超过汽轮机或内燃机。 (3) 水、电、润滑油消耗少，只需少量的冷却水或不用水，因此可以在缺水地区运行。 * 最简单的燃气轮机装置的示意图。它包括三个主要部件：压气机、燃烧室和燃气轮机。 燃气轮机装置示意图 燃气轮机应用范围越来越广，目前在以下几个领域已大量采用燃气轮机： (1)航空领域。由于燃气轮机小而轻，起动快，马力大，因此在航空领域中已占绝对优势。 (2)舰船领域。目前燃气轮机已在高速水面舰艇、水翼艇、气垫船等中占压倒优势，在巡航机、特种舰船中得到了批量采用，海上钻采石油平台也广泛采用燃气轮机。 (3)陆上领域。在发电方面，燃气轮机主要用于尖峰负荷应急发电站和移动式电站。 * 燃气轮机的应用领域 由于空气质量不断下降，各国均认识到必需降低COx、NOx、烟尘等污染物的排放量。在现代社会中，很大一部分能源通过火力发电、被转化成电能，因此发电厂是最大的污染源之一，必须对发电设备加以必要的改进。 出于降低NOx排放量的目的，目前氢主要是以富氢燃气(富氢天然气或合成气)的形式应用于燃气轮机发电系统，关于纯氢作为燃料气的报道很少。 * 氢气在燃气轮机中的应用 3.3 开发氢电池还是氢发动机？ 人们在开发使用氢或其他燃料的电池方面做了大量的工作，取得了一定的成果。但燃料电池仍然有一些缺点，如价格高、体积大、冷启动性能差，以及高负荷运行时效率低等。 氢燃料内燃机的使用成本只相当于燃料电池的一小部分，工作原理和点燃式内燃机相同，所以有可能制造出既可使用氢燃料也可使用汽油的发动机。氢燃料发动机排放的唯一有害物质是氮氧化合物。 * 氢燃料发动机的优点！ 由于氢的特性，使用氢燃料发动机时要记住以下几点：首先，氢在空气中的可燃比非常高(体积的4％?75％)，而汽油(1％?7.6％)和甲烷(5.3％?15％)较低，这一特性在氢的燃烧中起了很大的作用。加上氢的燃烧在气体中传播速度很快，因此氢燃料发动机的燃烧非常清洁。 * 其次，氢发动机可以靠空气－燃料混合比的浓度调节动力输出，不需要节流阀。这样做最大的好处是提高了发动机的整体效率，因为不存在燃料泵中流量的损失，稀薄燃烧的效率较高也起了一定的作用。 氢燃料发动机的优点！ 第三，空气－燃料混合比浓度较高时，在热动力燃烧环境非常好的情况下，层流的燃烧速度非常快。氢的辛烷值高达130，而高级汽油的辛烷值只有大约93，因此它的自燃温度很高，在发动机气缸的压缩过程中抗提前燃烧的能力强，也就是说可以采用较高的压缩比(活塞在行程两端时气缸最大容积和最小容积的比值)。据福特公司报道，一台压缩比为14.5:1的氢发动机最大效率可达到52％。 * 4 氢的安全性 一种新的能源系统要得到推广和应用，其安全性是我们应该首先关心的问题，对氢能系统而言，也是如此。 氢的各种内在特性，决定了氢能系统有不同于常规能源系统的危险特征，比如易燃、易泄漏、氢脆等，而且由于氢的使用范围不广，经验不够丰富，在使用者的可接受心理上也存在着较大问题。 为了氢能系统和燃料电池汽车的进一步发展，制定相关氢能安全标准及对氢安全问题进行研究是很有必要的。 * 4.1 泄漏性 氢是最轻的元素，比液体燃料和其它气体燃料更容易从小孔中泄漏。例如，对于透过薄膜的扩散，氢气