1、湖南大學電氣與信息工程學院制氫水電站準備報告，2012年3月5日，主要內容，氫能工業應用簡介，工業制氫方法比較，氫能利用障礙，小水電建設中水電解制氫設備與技術，2012年3月5日，總結報告，氫能簡介，目前使用的能源，如石油、天然氣、煤炭等，均為不可再生資源。 地球上的存量是有限的。氫是一種新的二次能源，當傳統能源危機出現，新的二次能源開發出來時，人們會期待它。 2012年3月5日，總結報告，我簡要介紹一下氫能，在最輕元素的標準狀態下，最佳密度為0.8999g/l的氣體的導熱系數比大多數氣體高10倍。據估計，自然界中最常見的元素占宇宙質量的75%。除了空氣中含有的氫，它主要以化合物的形式儲存在水

2、中，水是地球上最廣泛的物質。總結報告，一、氫能簡介在所有化石燃料、化學燃料和生物燃料中，除核燃料外，氫的理想熱值最高，為142，351千焦/千克，是汽油熱值的三倍。當與空氣混合時，它具有較寬的可燃范圍、較高的燃點和較快的燃燒速度。總結報告，一氫能源簡介，無毒與其他燃料相比，氫是燃燒時最清潔的，它不會產生對環境有害的污染物，如一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、鉛化合物和灰塵顆粒等。除了生成的水和少量的氮化氫。少量的氮化氫經適當處理后不會污染環境，燃燒產生的水也不會污染環境。產品水無腐蝕性，對設備無損害。2012.03.05，總結報告，我簡要介紹一下氫能，氫能不僅可以在熱機中通過燃燒和機械功產生熱能

3、，還可以用作燃料電池的能源材料，或者轉化為固體氫用于結構材料。它可以以氣態、液態或固態金屬氫化物的形式存在，可以滿足不同的儲存、運輸和各種應用環境的要求。2012.03.05，總結報告一氫能的引入，損耗較小，可以取消長距離高壓輸送，改用長距離管道輸送，安全性相對提高，能量無效損耗降低，利用率高。氫氣消除了內燃機的噪聲源和能源污染的隱患，利用率高。2012.03.05，總結報告，我引入氫能，方便氫的運輸可以減少燃料的自重，增加車輛的有效載荷。這樣，可以降低運輸成本。從整體效益來看，社會總效益優于其他能源。用氫替代化石燃料來減少溫室效應可以最大限度地減少溫室效應。2012.03.05，總結報告，二

4、氫能源的工業應用，1。石化合成氨、甲醇：石油煉制：采用加氫工藝可以提高石化產品質量。增加最有價值的石化產品的產量，合成多種有機化合物，如合成乙二醇、合成聚亞甲基、醇的同源反應、與不飽和烴反應生成醛等。二、氫能的工業應用，二、電子工業中多晶硅的制備，氫氧合成和氧化電真空材料及器件的生產，如鎢和鉬，非晶硅太陽能電池光纖的制造，二、氫能的工業應用，三。浮法玻璃生產浮法玻璃成型設備充滿熔融錫液，錫液容易氧化形成氧化錫，氧化錫會使玻璃沾錫，增加錫的消耗量。因此，有必要密封錫槽并連續輸送純氫氮混合氣體，以保持槽內的正壓和還原氣氛，并保護錫液不被氧化。，二氫能源的工業應用，4。冶金工業在冶金工業中，氫氣主要

5、用作還原氣體，將金屬氧化物還原成金屬。當在高溫下鍛造一些金屬設備時，氫通常被用作保護氣體以防止金屬被氧化，2012.03.05，總結報告，2012.03.05，總結報告，二氫能的工業應用，5。食品加工業中的天然食用油是高度不飽和的。氫化后，產品能穩定儲存，抗細菌生長，并能提高油的粘度。食用油脂的氫化產物可加工成非食用油脂，如人造黃油和食用蛋白質，生產肥皂和畜牧飼料的原料可通過氫化得到。2012.03.05，總結報告，二氫能源的工業應用。6.空間技術和氣體應用氫可以用作燃料電池的燃料。由于氫具有高導熱性，氫和氧可用于大型發電機組的焊接，氫在氣相色譜分析中常被用作載氣。2012.03.05，總結報

6、告，二氫能源的工業應用，寶馬氫能源7系列配備了一個6.0升V12發動機，能夠使用液態氫燃料和汽油。最大輸出功率為191千瓦/260馬力，最大扭矩可達390牛米，轉速為4300轉/分。據報道，2012年3月5日，車速可在9.5秒內從零加速至100公里/小時，最高電子限速為230公里/小時。氫能的工業應用。中國上海安亭氫加氣站由同濟大學、上海順華新能源系統有限公司和上海航天能源有限公司共同開發建設，是上海首個燃料電池汽車氫加氣站，于2009年7月15日正式開通。目前，最大儲氫量可達800公斤，可一次連續向6輛公交車和20輛汽車充氫，是世界上最大的儲氫量之一。二氫能的工業應用，2012年3月5日，總

7、結報告，三工業制氫方法比較，工業制氫方法：天然氣蒸汽重整制氫，甲醇蒸汽重整制氫，電解水制氫，烴類氧化重整制氫，其他含氫物質分解制氫。其中，前三種方法被廣泛使用。2012.03.05，總結報告，第三部分工業制氫方法比較，天然氣蒸汽重整制氫：以天然氣為原料，通過蒸汽重整生產富氫混合氣，是合成氨生產領域中成熟的一段爐造氣工藝。該工藝包括兩個步驟：天然氣脫硫和烴蒸汽轉化。出口氣體混合物的氫含量約為70%。2012.03.05，總結報告，第三部分工業制氫方法比較，主要消耗定額(以純度為99.99%的1 Nm3氫氣產品為基礎，下同):原料天然氣0.48 Nm3燃料天然氣0.12 Nm3鍋爐給水1.7千克電

8、0.2千瓦小時，天然氣中甲烷含量按96.9%(體積分數)計算。2012.03.05，總結報告，第三部分工業制氫方法比較，甲醇裂解制氫：甲醇和水的混合溶液在250和1.5兆帕下預熱氣化，然后進入轉化反應器。在催化劑(雙功能催化劑)的作用下，甲醇的催化裂化反應和一氧化碳的變換反應同時發生，生成約75的氫氣、約25的二氧化碳和少量雜質。2012.03.05，總結報告，三工業制氫方法比較，主要消耗定額為：原料甲醇0.65公斤原料脫鹽水0.38公斤燃料天然氣0.17 Nm3電0.4千瓦小時。導熱油爐視為煤氣爐，天然氣中甲烷含量計算為96.9%。2012.03.05，總結報告，第三部分工業制氫方法比較，水

9、電解制氫：在直流電的作用下，水分子分解成氫離子和氫氧離子，氫氧離子在陽極失去電子產生氧，而在陰極的氫離子得到電子產生氫。水電解制氫效率高、工藝成熟、設備簡單、無污染，但消耗大量電能。一般來說，t目前國內電解槽的槽電壓為2 V，單位最大產氫量可達300 nm3h-1；電解槽工作壓力可達4.0兆帕(產氫量為40 Nm3h-1的電解槽工作壓力可達5.0兆帕)，出口氣體溫度為90，堿液和水分分離后氫氧純度可達99.9%和99.5%。氫氣經提純裝置進一步處理，最高純度可達99.9999%。2012.03.05，總結報告，第三類工業制氫方法比較，第三類工業制氫方法比較，2012.03.05，總結報告，第四

10、類氫能利用障礙，2012.03.05，總結報告，發展氫能仍有一個難題，即儲氫，直接影響氫能的應用。如何以一種經濟可行的方式限制氫來為人類服務，下面簡要介紹幾種儲存氫的方法。儲存氫氣有三種方式：高壓氣體儲存；低溫液態氫儲存；金屬氫化物的儲存。為了在未來將氫用作廣泛的能源，目前使用高壓氣體存儲可能更現實。第四章。氫能利用的障礙。1.高壓氣體儲存氣態氫可以儲存在地下倉庫或鋼瓶里。氫氣必須先被壓縮，這會消耗更多的壓縮功。一般來說，充氣壓力為20MP的高壓鋼瓶的儲氫重量只占1.6；太空用鈦瓶的儲氫重量只有5。為了增加儲氫容量，目前正在研究一種具有微孔結構的儲氫裝置，這項研究仍在進行中。第四章。氫能利用的

11、障礙；2.儲存在低溫液態氫中的氫在1個大氣壓下冷凍至-252.720以下后，可以變成液態氫，此時其密度增加，體積減小。然而，液態氫需要儲存在一個特殊的低溫杜瓦瓶中。雖然它的制造技術已經有了很大的發展，最大體積可以達到5000m3以上，但是成本很高，而且在從氣態變成液態的過程中，每千克氫氣實際消耗11千瓦時的電能。因此，如果沒有特殊要求，這種低溫液化儲氫方法在經濟上是不可接受的。目前，大多數火箭燃料仍然使用液態氫，只有這種方法可以用于儲存和運輸。第四章。氫能利用的障礙。金屬氫化物貯氫為了解決貯氫問題，已經發現金屬如鈦、鈮、鎂和鋯及其合金可以象海綿一樣貯氫，形成貯氫金屬，氫可以根據需要隨時釋放，即

12、金屬氫化物貯氫。這樣，人們儲存、運輸和使用氫氣就非常方便了。(四)利用氫能的障礙。盡管氫具有良好的可輸送性，但在氣態氫和液態氫的使用中存在著不可忽視的特殊問題。首先，因為氫特別輕，與其他燃料相比，單位能量在運輸和使用過程中所占的體積特別大，即使它是液態氫。其次，氫氣特別容易泄漏，因此儲氫容器和氫氣輸送管道、接頭和閥門應采取特殊的密封措施。第三，如果液態氫的溫度極低，如果它落到皮膚上，就會發生嚴重的凍傷。因此，在運輸和使用過程中應特別注意采取各種安全措施。第四章。氫能利用的障礙，氫能否通過管道從倉庫輸送到最消耗的部門，如輸送氣體。國外已經建成了這種輸氫管道：目前，美國得克薩斯州有一條20公里的輸

13、氫管道，直徑203毫米，采用40 #新鋼種，輸送1.38千帕純氫，已安全運行24年；德國有一條200多公里長的氫氣輸送管道，采用直徑為130150毫米的無縫鋼管，輸送1.8千帕的不純氫氣。主要用于化工廠，使用壽命已超過40年，運行狀況良好；南非還在2006年修建了一條80多公里的氫輸送管道美國宇航局還專門建造了一艘運輸液態氫的大型駁船。船上杜瓦罐中儲存的氫氣體積可達1000立方米左右，可以從海上將液態氫從路易斯安那州輸送到佛羅里達州的肯尼迪航天發射中心，這無疑比陸上運輸氫氣更經濟、更安全。五、小水電建設，小水電建設中存在的問題小水電項目建設效益顯著，但也存在一些不容忽視的問題，嚴重影響了小水電

14、項目的經濟效益。設備利用率低。電力負荷與自然資源不協調。管理制度不完善，規章制度不健全。上網電價很低。2012.03.05，總結報道了我國部分偏遠山區利用小水電的低成本電能開發電解制氫，水資源豐富。然而，這些地區人口稀少，人煙稀少，交通不便，經濟落后。當地電力負荷很小，不可能消耗附近小水電產生的大量電力；此外，這些地區遠離電網，因此很難通過長距離輸電線路與電力系統連接。因此，一些偏遠山區豐富的水資源無法開發利用。開發利用偏遠山區的水資源，建設小徑流水電站，獲取低成本的電能，發展電解水制氫產業，消耗當地小水電站產生的電能，不僅在技術上可行，而且具有可觀的經濟、社會和環境效益。徑流式水電站的單位投

15、資預計將降至4000元/千瓦以下，而發電成本可能降至0.2元/千瓦時以下，甚至低于0.1元/千瓦時。2012.03.05，總結報告，結合“小水電代燃料項目”發展電解水制氫產業。自2003年以來，水利部在中國5個省的26個縣開展了小水電代燃料試點，新建和擴建了數十座小水電站。這些水電站大多與電網相連，以較低的電價向農民供電。在雨季，剩余電力在互聯網上出售，在旱季，從電網購買電力，以確保電力供應，而不是燃料。小水電代燃料的家庭電價約為0.2元/千瓦時，上網電價約為0.24千瓦時，枯水期從電網購買的電價約為0.35千瓦時。目前，中國正在積極推進小水電代燃料的生態建設工程。如果在一些小水電站中增加電解

16、水制氫，不僅可以解決農村用電問題，還可以利用剩余電能制氫。這樣，小水電站不僅出售電能，還出售氫氣和氧氣，提高了水電站的綜合經濟效益。2012.03.05，總結報告，電解水制氫效益分析，電解水制氫純度可達99.599.8，達到一級工業氫氣純度指標99.5。目前，每立方米工業氫氣的價格是5-6元/立方米。國內外普遍認為，水電解制氫每千瓦時可產生0.2立方米的氫氣和1.6立方米的氧氣。舉個例子。2012.03.05，總結報告，電解水制氫效益分析，浙江省某化肥廠電費按工業電價0.4元/kWh計算，電費占制氫成本的84.41%，其他工資及附加費、設備折舊及維護費用、原輔材料成本分別為4.68、8.05和1.86。據初步計算，如果在裝機容量為300千瓦的小水電站中設置一個電解水制氫車間，