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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
