歡迎來到江蘇氫港新能源科技有限公司網(wǎng)站!
0512-58588966有一些方法允許利用基于清潔能源的水的熱分解生產(chǎn)氫,如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能、水能、海洋熱能、潮汐和波浪能以及核能。在本文中,我們重點(diǎn)介紹了基于太陽能和風(fēng)能的制氫工藝。下圖1總結(jié)了上述制氫方法。下圖2展示了通過清潔能源生產(chǎn)清潔氫氣的過程。
圖1:不同的制氫方法
圖2:利用太陽能和風(fēng)能生產(chǎn)清潔氫的過程。
下面具體介紹基于風(fēng)能和太陽能的不同制氫工藝!
一、太陽能電解系統(tǒng)
該系統(tǒng)由光伏電池組成,光伏電池產(chǎn)生電能為電解裝置供電,如下圖3所示。
圖3:光伏電解裝置原理圖
二、光伏/熱(PV/T)-混合電解系統(tǒng)
太陽能光伏熱(PV/T)電解系統(tǒng)由光伏板和PEM電解組成。PV/T電解系統(tǒng)由以下部分組成:PV-熱陣列、變換器DC/DC和電解單元。下圖5為PV/ T-混合電解系統(tǒng)。
圖5:所提出系統(tǒng)的原理圖
使用PEM電解電池(PEMEC)對PV/T系統(tǒng)的性能進(jìn)行了測試。PV/T為PEMEC提供必要的電流并預(yù)熱給水。利用PEMEC制氫的年度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下圖6所示。
圖6:PV和PV/T月制氫量的比較。
建立了PV/T-PEMEC系統(tǒng)的模型。該模型有助于研究太陽輻照、水溫、水質(zhì)量流量等不同因素對產(chǎn)氫的影響。
一項實(shí)驗(yàn)研究調(diào)查了通過混合PV/T利用太陽能生產(chǎn)氫,這允許獲得電能和熱能。電能用于為堿性電解水供電,熱能用于加熱固定在光伏板背面的循環(huán)水,如下圖7所示。對不同電解水溫度下的制氫裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明,在配置下,系統(tǒng)的產(chǎn)氫速率約為154 mL/min,系統(tǒng)效率約為21%,日產(chǎn)氫量約為221 L/天。
圖7:實(shí)驗(yàn)裝置與熱電偶位置。
三、風(fēng)能電解系統(tǒng)
一種風(fēng)電解裝置,包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、變流器(交/直流)和水電解槽。許多應(yīng)用可以使用風(fēng)能系統(tǒng)執(zhí)行以下配置:
●直接配置:風(fēng)能發(fā)電電解。該應(yīng)用適用于有風(fēng)電場的偏遠(yuǎn)地區(qū)。
●使用這種配置生產(chǎn)氫氣:混合風(fēng)電/電網(wǎng)電解。這種應(yīng)用允許電網(wǎng)在無風(fēng)時作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輔助能源。
●第三種配置包括使用風(fēng)能生產(chǎn)氫氣,多余的風(fēng)能提供給電網(wǎng)。
●第四種情況與第三種配置相對應(yīng),該配置具有氫氣存儲系統(tǒng),可以通過燃料電池產(chǎn)生電力。
下圖8顯示了風(fēng)電解系統(tǒng)的不同組成部分。
圖8:風(fēng)電解系統(tǒng)原理。
一項研究闡述了利用水平軸風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)(HAWT)為一種堿性電解(AWE)的電解提供動力,并利用多余的氫氣通過燃料電池發(fā)電。研究發(fā)現(xiàn),它的總效率為60%。一項關(guān)于風(fēng)能/氫氣系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究為10戶家庭提供了3天的電力。與其他能源相比,風(fēng)能的電力成本更高。因此,將采取許多措施來降低風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的成本。實(shí)際上,由于風(fēng)速波動,已經(jīng)引入斬波電路來調(diào)節(jié)每個電解系統(tǒng)的輸入電量。
這可以提高這種系統(tǒng)的使用壽命和效率。此外,使用垂直軸風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)(VAWT)為電解系統(tǒng)供電的實(shí)驗(yàn)工作也給出了可接受的結(jié)果。
四、PEM電解/光催化
用異相光催化劑也可以生產(chǎn)氫氣。該過程基于光電催化或直接光催化。這個過程的原理是在附帶光的作用下在電極之間產(chǎn)生和轉(zhuǎn)移電子。當(dāng)電極由諸如半導(dǎo)體(SC)之類的光活性材料制造時,這可以執(zhí)行。光陽極由N型SC制成,而光電陰極由P型SC制成。光電化學(xué)電池(PEC)的原理如下圖9所示。
光催化系統(tǒng)的原理是基于太陽能的水分解,驅(qū)動光材料,產(chǎn)生光激發(fā)的載流子,以簡單的步驟產(chǎn)生氫氣,如下:
●化學(xué)反應(yīng)允許從水分子中提取H2和O2。
●光伏-光電化學(xué))系統(tǒng)
PC系統(tǒng)是一種基于太陽輻照的簡單的水分解方法(見下圖10)。
在光催化過程中,水的分解出現(xiàn)在均相中,不需要透明電極。PC系統(tǒng)在水分解過程中有一個局限性:
V-PEC由單個光電極PEC結(jié)構(gòu)組成,由PV電池供電,如下圖11a所示。在PEC系統(tǒng)中,光陽極和光電陰極由光活性半導(dǎo)體材料制成。用低電壓裂解水。入射太陽輻射使幾代載流子和空穴(N型光陽極)、電子(P型光電陰極)移動到半導(dǎo)體電極-液體界面進(jìn)行反應(yīng),如圖11b、c所示。PEC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是不需要?dú)怏w進(jìn)行分離,因?yàn)镠2和O2的生成是在不同的電極兩側(cè)分離的。
圖11。光電化學(xué)(PEC)系統(tǒng)方案:(a)由光伏電池供電的光電極PEC系統(tǒng),(b)并聯(lián)的雙光電極PEC系統(tǒng),(c)串聯(lián)的雙光電極PEC系統(tǒng)。
●光生物學(xué)。
在生物光解系統(tǒng)中,從水中提取H2和O2是由于太陽能。該過程可分為正向或反向生物光解:
●在間接生物光解過程中,內(nèi)源性底物分解代謝并產(chǎn)生用于間接過程的電子。
在將剩余的電子轉(zhuǎn)移到光系統(tǒng)后,氫化酶允許在幾乎零二氧化碳排放的情況下生產(chǎn)氫氣。生物光解過程根據(jù)這一反應(yīng)向大氣中釋放氧氣:
六、熱解系統(tǒng)
基于太陽能的熱分解系統(tǒng)或水的熱分解已被應(yīng)用于提高效率和最小化制氫成本。與太陽能電解制氫的成本相比,利用高溫電解水和氣的太陽熱解離制氫的成本更低。聚光器產(chǎn)生的熱能可用于加熱熱解系統(tǒng)中的水或化石燃料。事實(shí)上,天然氣在高溫下的熱分解是更合適的制氫方法。
七、熱化學(xué)系統(tǒng)
熱化學(xué)過程是通過熱源(熱水瓶)與化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合,將水分解成氫和氧。所使用的化學(xué)物質(zhì)在稱為熱化學(xué)循環(huán)的過程中被回收。
八、蒸汽電解
在蒸汽電解過程中,蒸汽(H2O (G))的解離所需的能量比液態(tài)水(H2O (L)要少。此外,對于高溫,加熱可以取代水分解所需的部分電能。這種熱量的貢獻(xiàn)使氫氣生產(chǎn)成本降低,效率高。
圖12:電化學(xué)電池的展示。
文章來源:氫眼所見
注:以獲得轉(zhuǎn)載權(quán)