《问题1为何夜间电力较白天电力便宜》由会员分享,可在线阅读,更多相关《问题1为何夜间电力较白天电力便宜(8页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、高压电解水,重组大能源第 1 页 共 9 页问题 1:为何夜间电力较白天电力便宜? 答:因为夜间电力消耗少,如果不将此电力消耗掉,则必须将其浪费,而且这样的浪费是巨 大的。 (具体可以搜索“电力调峰” ) ,有些技术是将发电锅炉关小,或将水回抽发电。问题 2:我们该如何使用这些问题能源(需要浪费的夜间电力)? 如果我们将发电锅炉效率开到最高,则必须存储或消耗这些能量,电池显然不是一个好主意, 因为能力密度太低了,我们可以将电力分解碱水,得到纯净的氢能和氧气(纯净意味着“安全” 不易爆炸) 。 直接使用氢能也不是一个好主意,因为每立方米液氢只有 70kg,大约相当于 210L 汽油的能 量。 最
2、好的办法是将氢能裂解石油,获得高品质的汽柴油(加氢意味着“环保” 和降低密度,由 于汽柴油是按体积销售,所以石油公司可以获得更高的利润)问题 3:为什么使用水煤气制氢不是好主意? 答:C+H20=(高温)=CO+H2 但实际上效率是很低的,因为炭的密度很大,氢的密度太低, 用炭(12)换氢(1) ,实在得不偿失。而且一氧化碳很难处理,另外由于气体不纯,既不安全, 也不能卖到好价钱。问题 4:加氢能提高汽柴油产量么? 是的。加氢不仅可以提高汽柴油收率(占原油的比例) ,降低汽油密度(想想美国汽车为什么 费油?) ,还可以加工高硫、高烯烃的劣质汽油,它不但可以真正实现降烯不降辛烷值,而且还会 实现
3、未来对汽油硫含量更苛刻的要求。问题 5:为什么水电解技术很重要? 因为只有水电解技术,可以将“电力” “石油”有机结合起来,相互弥补不足,赚取最大利润。问题 6:为什么传统水电解不能解决能源问题? 答:传统水电解问题很多,比如制造缓慢,成本高,只能承受中低压(需要压缩后加工石油) 等等问题 7,该专利的特点是什么? 答 1、可以生产高压氢气,也可以做中低压(当然还有氧气) 2、门槛低,样机大部分已经完成,已经成功生产氢气,但由于结构改造,后续投资 10 万左 右,即可完成样机制作。 3、制造速度快,无需模具。 4、既可以做传统市场(电力冷却,一套设备价值约 300 万, 玻璃,钢铁等等) ,还
4、有机会做 能源行业。高压电解水,重组大能源高压电解水,重组大能源 高洪山,2009 年 2 月 关键词: 高压电解水 水变油 找(弃)电 规模化制氢及输送 抑制油价 新型能源网络自序自序高压电解水,重组大能源第 2 页 共 9 页数亿千瓦功率、集中或分散布置的规模“高压”电解水站点,通过“高压”氢气的千里管道 无损耗传输,将氢气注入到天然气(石油)管道(或战略油库)里,西南丰富的水资源就变成了 中国紧缺的油资源。只要按我国成熟的加氢炼制技术,将加氢炼制的比例从现有的 29.71%提高到 日本目前的 90.43%,就可以增收轻质油 2428 万吨,等于我国目前半年燃油消费量。既然如此, 我们还需
5、要不计成本的大量进口石油吗?我们将提前进入“气体能源经济时代” 。 取出电网电压变化信号,进行“高压”电解水产量自动调节,这只是个简单的自动控制技术; 然而,其形成巨幅的调峰能力将是国家电网安全运行的可靠保证。无数个不稳定能源的小水电、 小风电、小热电并网或直供,当气温骤升骤降引起无数空调巨幅负荷波动;凡此种种原本对电网 安全不利的因素,都自动转化成“高压”电解水氢气产量的变化;此时,我们把这些食之无味, 丢之可惜的分散能源全部变成了廉价的氢能源,变成了“油” 。 假设,由于夜间的负荷下降,国家电网多了 8 亿度电,按现实,如果不想弃水弃电,就只能 高能耗企业上马,职工天天上夜班,而现在,自动
6、转成“高压”电解水,生产 1600 万公斤的氢气 (=1600 万加仑的汽油,另外还有 0.8 亿标准立方米的副产氧气) 。 这种新型能源网络系统,其最大的节能效果在于逐步建立在全国气体能源管网。我们知道, 氢气只是空气比重 0.0696 倍,25MPa 的氢气是 0.6MPa 压缩空气的管线输送效率的 600 倍,而 “高压”电解水获得的“高压”是无须额外耗能的。当 8 亿度电就近“高压”电解水,仅仅节约 的网损至少在 0.8 亿度电以上,相当于 4 个三峡装机容量。 “高压”管线还允许我们将西南的“高 压”氢气直接通向浙江镇海石油储备基地 52 台储油罐中,实现“高压”裂解,把一般的石油储
7、备 变成质量极高的轻质油储备,也提高了战略储备的含金量。 当氢能经济来临时,公路旁边的“高压”管线拉下一根细管子,接上充氢排,就成了一个加 氢站,当值班员阀门一开,高压氢气就迅速充入氢燃料电池汽车携带的高压钢瓶中。而燃烧过的 这些氢气(氧气)又将变回成没有任何污染的水,如果在南方制氢北方使用,多少有点南水北调 的味道。 本人想在此引用中国科协主席、中国科学院院士周光召的话:“最后我想谈谈中华民族要提 高自信心的问题。现在科技界自信心不足,这将妨碍我们自主创新。现在科技界自信心不足,这将妨碍我们自主创新。比如当提出一个新的想法时 就问外国有没有,如果外国没有干吗要提。这明显说明没有自信心。中国人
8、很聪明,但从小就受 到应试教育和传统观念的束缚。传统观念有好的一面,如尊重师长等,但在创新这个问题上,应 该没有权威意识才行,敢于向权威挑战。要开展严肃的学术争论,发展学科交叉融合,促使新思 想不断涌现,新人才迅速成长。所以从观念上要有一个变化,创造一种新的氛围” 。一、氢燃料的分析一、氢燃料的分析 1、电解水制氢获取氢源比较贵?、电解水制氢获取氢源比较贵? 曾有一位院士对我说过, “1Nm3 氢气,电解水制氢耗 5 度电,燃料电池发 2 度电,何况现在 的电又是那么紧张,你要搞可以,但肯定不是发展方向” 。1kg 氢气(1.6MPa 中压电解)的直流 电耗为 55kwh,再加 10%辅助能耗
9、,总电耗要达到 60kwh/kgH2 左右,而常压装置更费电一些。 实践中,为了省电,有些单位使用氨分解工艺代替水电解工艺获取氢气,还有就是利用矿物质制 氢(如水煤气、天然气甚至汽油重整) 。北京永丰基地新建的加氢站就是先上马了电解水装置,并 预留位置待以后采用天然气重整制氢来降低运行成本,上海的加氢站也是如此。由此,众所周知 的是“尽管电解水装置不经济,但是方便” 。手头有氢燃料电池汽车项目,与其花大力气将焦炉气 炼成氢气,还不如先买一、二套 1.6MPa 中压电解水装置、纯化装置和几套氢压机来的快。 2、氢源要经过提纯、加压和储运等工序才能用于氢汽车燃料。、氢源要经过提纯、加压和储运等工序
10、才能用于氢汽车燃料。 尽管电解水制氢的氢源是最纯净的,仍然需要纯化干燥处理。大约再生气损耗的折算下来大 致消耗 9kw/kgH2,而其他氢源的处理涉及如变压吸附工艺等,其氢气回收率是比较低的;除此之 外,而矿物原料都是含碳的,要制氢就必须去碳,除了浪费碳资源外(煤化工还需要消耗大量的 水资源) ,还会造成环境污染。 提高气体输送效率就必须加压或液化。1kg 氢气的高压压缩大约需要 6 度电,就算应用储氢高压电解水,重组大能源第 3 页 共 9 页材料,也需要输入带压氢气(还需要温度) ,还有储氢材料中毒效率逐渐下降的问题。绝大多数氢 源的规模制取都不是“分布式”难以管道连接,都需要搬运和装卸大
11、量的(如钢瓶、储氢材料等) 辅助重量。此外,工艺路线越长,氢气的泄漏损耗肯定越多,氢气泄露损耗也是值得一提的。曾 有一位研究员告诉我,有一次派车去装免费氢气,搬回来后才发现,几乎还是一车空钢瓶,由于 没严格把关,氢气全在路上漏掉了。 3、氢气作燃料议题:、氢气作燃料议题: 作为燃料,就要计算发热值。氢的发热值为 142,351kJ/kg,换算成标准立方,1kg 氢气 =11.159Nm3,所以氢气热值:12.76MJ/Nm3。由于含甲烷的成分不同,其热值为 31-35MJ/Nm3; 按中值 33MJ/Nm3 计算,33/12.76=2.58,所以天然气是同体积氢气的 2.58 倍。由此计算应用
12、成本: 按广东民用天然气 3.85 元/Nm3(四川的天然气价格应更低一些) ,则氢气应控制在 1.49 元 /Nm3H2。按天然气批发价 2.15 元/Nm3 计,则氢气需控制在 0.84 元/Nm3H2。按高压水电解的电 耗期望指标为 4.4kwh/Nm3H2 左右,按电费 0.5 元计,则需 2.2 元,成本较高。 可见,如果采用水电解代替天然气作燃料,需要综合考虑能否降低应用成本问题: (1)能否利用峰谷电价和季节性水电:如果在电解槽夜间低电价时满负荷运行,白天停车或 低电流运行,若电价在 0.3 元,则 1.32 元/Nm3H2,如果有可能采用四川季节性水电,其电价假定 为 0.2
13、元时,则 0.88 元/Nm3H2,尽可多产氢气来减少天然气的用量。 (2)如果能做副产品氧气和销售的话(按一瓶纯氧(6Nm3)销售 16 元计) ,生产 1Nm3 氢 气可回收氧气 0.5Nm3 价值 1.3 元;由此,2.2 元-1.3 元=0.9 元,则略高于上述 0.84 元的控制成本; 如果用 0.3 元的谷电,1.32 元-1.3 元=-0.02 元,保本;如果用 0.2 元的季节水电,则 0.88 元-1.3 元 =-0.42 元,有利可图。 (3)如果利用高压氢气直接充瓶优势做高纯氢气的销售,按 60 元/kgH2=5 元/Nm3H2 的话, 由此可见,有市场就有厚利可图。 所
14、以,按传统概念技术,获取氢燃料的总能耗(或总成本)应该是:氢源原料成本(所以,按传统概念技术,获取氢燃料的总能耗(或总成本)应该是:氢源原料成本() 制氢成本(制氢成本()纯化成本()纯化成本()高压压缩(或液化)成本()高压压缩(或液化)成本()物流成本()物流成本()泄漏成)泄漏成 本(本()设备折旧()设备折旧()人力资源成本()人力资源成本() 。二、二、 “高压高压”电解水具有最经济的工艺路线电解水具有最经济的工艺路线 氢气生产与纯化 (水电解制氢)一书中提供了国外 CJB 小型水电解制氧机(小型水电解制氧机(21MPa) ,直,直 流电耗数据是流电耗数据是 4.4kw/Nm3H2,
15、而我国目前中压(,而我国目前中压(1.6MPa)数据为)数据为 4.93kw/Nm3H2,相差,相差 12%能能 耗。耗。由此我们得知,电解水制氢获取高压氢源并未增加电耗,其实,法拉第电解基本定律公式也 是与压力无关的。实现“高压”的关键在于槽体内部氢氧压力差控制基本平衡和槽体外部承压。 我们可能暂时做不到 CJB 电极的催化水平,但完全可以增加催化极网面积达到同样目的。可 以通过低电流密度运行来实现低电耗,然后将高压工艺管道里的氢气和氧气全都冷冻干燥。主要 工艺过程集成在水电解槽上,然后放在电解间的地面上,并联上缓冲钢瓶组(或管束组)蓄气。 阀门一开,高纯氢气和氧气就分别自动充灌到高压钢瓶中
16、了。所以,本流程具有最短的工艺路线, 水水(低电流密度运行和高压操作)(低电流密度运行和高压操作)钯触酶脱氧(氢)钯触酶脱氧(氢)冷冻干燥冷冻干燥缓冲罐(管束)缓冲罐(管束)分配阀分配阀 门门汽车氢气钢瓶(氧气钢瓶)汽车氢气钢瓶(氧气钢瓶) ;从另外一个角度讲,如果燃料电池直接使用氧气而不是空气,除 燃烧发电效能外,还容易避免催化剂污染中毒。 所以,本项目技术给出的氢燃料总能耗(或总成本)应该是:氢源成本(所以,本项目技术给出的氢燃料总能耗(或总成本)应该是:氢源成本()设备折旧)设备折旧 ()人力资源成本()人力资源成本()氧气回收收益()氧气回收收益() 。三、水三、水(“高压高压”电解水)电解水)油(气)油(气) 水变油技术也许是一个梦想,据说浙江有个富豪投资乳化油研发已经吃了亏;道理很简单, 既然氢和氧具有能量,那么分解水也必然要消耗能量;如果水没有分解,只能灭火而不能变油。 所有的专家都赞同“水水氢(氧)氢(氧)能源