风力发电制氢技术的现状与发展趋势
陈玉明 赵荣义 肖剑东 郄礼民 毛利品 张松琪
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陈玉明 赵荣义 肖剑东 郄礼民 毛利品 张松琪,. 风力发电制氢技术的现状与发展趋势[J]. 发电技术与研究,2023.6. DOI:10.12721/ccn.2023.157247.
摘要: 在十七世纪六十年代,欧洲开始了工业革命,自此化石燃料成为人类的主要能源。随着人类对化石燃料消费的逐年增加,能源枯竭问题、环境问题和全球变暖日益严重。随着能源的发展,清洁能源正在逐步取代化石能源。氢能作为一种新的零碳能源,具有环境安全、能量密度高、转化效率高、储量丰富、应用广泛等特点。世界各国都把发展氢能作为国家战略。他们制定计划,描绘路线图,探索工业化道路。风电作为清洁能源发展迅速,但大量的风电削减导致了风能的浪费,如何解决弃风问题已成为研究人员关注的热点,这也是制约风电产业健康发展的瓶颈之一。风电制氢技术为解决弃风问题提供了新思路,对就地解决风电滞纳问题具有重要意义。也有利于分散式风力发电技术的发展和可再生能源的高效利用。氢气通过电解水制得并储存在储氢装置中。
关键词: ​风力发电;制氢技术;现状与发展
DOI:10.12721/ccn.2023.157247
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引言

如何解决电力问题已成为风电场氢技术研究的重点之一,为解决风电场甩风问题提供了新的思路。必须就地解决风力发电厂的问题,发展分散技术以有效利用可再生能源风能利用电解水制造氢能源,一方面将氢作为清洁高性能燃料集成到现有的供气网络中,另一方面在高效清洁技术(如燃料电池)领域直接利用氢能源,例如2017年启动了张家口第一个家用氢发电项目, 这不仅对提高当地的餐饮能力至关重要,而且对于解决风力发电厂的问题,氢能可以从燃料电池转换为可返回电网的电能,从而提高风力发电的电能质量,而且还可以作为进入工业和商业领域(如天然气、冶金、化工等)的能源,同时,风力发电厂还可以为汽车工业的快速发展做出重要贡献,而清洁能源——氢燃料电池。

1风力发电制氢技术的基本原理

风力发电系统制氢技术主要由风力发电机组、水电解制氢设备、储氢设备、氢燃料电池、电网等组成。它通过自动控制系统来调节风力发电量中用于并网和用于电解制氢的比例,避免造成电力的浪费和损失。用多余的电力进行水电解制氢,在提高风电利用率的同时,也为绿氢的发展贡献了力量。

2海上风力发电制氢技术方案

海上风力发电是一种将风从海上输送到岸上并在岸上产生氢的地热技术,海洋电缆具有两种交流电压技术,结构简单,价格低廉,但存在谐振问题,在线损耗大于高压直流,需要静态和动态响应装置灵活地控制在被动反向状态下工作的直流无距离交流, 但是传输设备价格昂贵,而且体积和质量都更高,而且水听器技术使用热水炉就地制氢,然后通过管道或船只将水输送到陆地平台,与海洋热水炉相关的海洋平台研究相比,可以减少对电力网络的依赖,降低海底电缆的能源传输和投资成本, 为了满足海上水力发电应用的各种需求,英国Dolphyn项目计划在北海建立一个4g的浮动风场,并在每个台风级氢子机组上安装一个氢,该子机组将整个制氢系统集成到一个风扇平台上,荷兰基于Q13a的poshydon项目将全电动石油平台Q13a转换为水平台,该平台需要能够放置在大多数海洋平台上的氢容器设备,因为它们是小型的热液平台设计, 我们在此讨论的是以现有平台为基础的水平台,目前氢主要以压缩气体或低温液体储存的形式输送给热液单位,而在压缩气体中输送的氢,则可以使用管网或高压容器来输送,例如汽车、船只和其他管网,通常用于大量的情况下,而船舶的右侧则适合放置, 在使用低温液体运输的热液的用户分散的情况下,运输方法通常用于目前仅在国外少量使用的货船;在国内没有专门用于热液运输的船舶,因此主要是氢的运输方式和船舶和管道的两种运输方式。

3风电制氢的主要技术特点

(1)风力发电机的高适应性我国的风力发电主要分布区域多在新疆、西藏等西部地区,自然条件恶劣,同时风力发电机要将电能通过变流装置输送至电网,也要将弃风能源为氢电解池供电,所以对风力发电机的适应性提出了较高的要求,不仅要适应不同的自然气候,也要适应相应的功率波动问题。(2)电解槽的高效性和高适应性制氢电解槽通过电解水提供高纯度氢气,工艺需要保证能量转换效率。而功率的波动将严重影响电解槽的寿命和产生的氢气纯度。因此,风力发电相较于火力发电及其他发电模式来说,对水电解制氢的核心电解槽要求极高,需要通过优化电解槽内的电极,催化剂和其他材料,来提高电解槽对于风力发电的适应性,增加寿命和使用效率。通过优化电解槽内隔膜布的性能来提高氢气的纯度。通过调整工艺参数来改善电解槽的功率波动,从而保证系统的安全运行。(3)风电制氢控制系统的灵活性、高效率和安全性风电制氢设备的控制系统将制氢设备、储氢设备和燃料电池的控制系统集成于一体,可以灵活地分配制氢功率所占比例,也可以保证整个装置的安全运行。

4风电制氢技术的发展前景

未连接电网的氢系统将风能直接连接到新的未连接电网的电解水,消除了气流对电网的影响,并提供100%高效率的风力发电,降低了未连接电网的风力发电厂的使用成本,需要最简单的压力变化、流量、通过变压器将电压调整到所需电压、在较高的转速下将交流电转换成直流电,同时还可以根据风量调整氢的产生, 为了将所有的电力完全转化为风扇转速,这些类型的氢风力发电机比未连接到电网的氢技术降低30%或更多的成本,它们在消除能源问题上非常有效,并且创造了氢能源,使清除和再生未连接到电网的氢技术能够大量利用氢能源,从而导致未来一段时间的氢能源技术产生了比网络技术更多的氢, 它为工业、交通和住宅提供了所需的氢资源,与连接到网络的系统相比,可降低成本,使用直流电源来防止交流电引起的相位差和频率差问题,并简化了控制,同时还可节省非网络windows氢能源技术的成本,以适应新的风力发电厂。 这大大降低了新的风电场的成本,避免了在风电场发生的大规模电网故障,同时也减少了风电场波动对电网的影响,不仅为解决风能的消耗提供了新的途径,而且还促进了氢能的发展。

结束语

总体而言,风电制氢技术仍处于理论研究阶段。还有很多问题有待解决,如高适应性风力发电机组、大功率波动的功率控制和调节方法、适用于大功率波动的大功率制氢设备、更高效的制氢节能技术、集成控制制氢安全等。此外,更高效、更安全的储氢技术和燃料电池在氢能的长远发展中也发挥着至关重要的作用。以德国为代表的欧洲在制氢方面发展较快,在制氢、储氢、用氢等方面都有示范项目。目前,氢气主要用于氢燃料发电和氢燃料电池。由于需要庞大的基础设施(如加氢站、氢运输网络等),因此新能源汽车中的氢燃料电池汽车发展缓慢,目前仅有公用汽车将氢气作为燃料使用。氢能作为一种清洁能源,是发展可再生能源的重要战略方向,在未来的发展中会越来越受到重视。

参考文献

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