氢能发电及常用方法介绍

　　用氢作能源发电。氢是21 世纪人类最理想的能源之一。制氢的原料是水，其燃烧的产物也是水, 因此氢的原料用之不竭，也无环境污染问题。氢的单位重量热值高.比重小，管道运输最经济。它的转化性也好，可以从火力发电以及核能、太阳能、风能、地热能、水能发电等转化而得。用氢能发电, 更有噪声小、效率高、起动快、成本低等优点。常见的氢能发电方法有: 燃料电池、氢直接产生蒸汽发电、氢直接作为燃料发电。

　　燃料电池(fuel cell) 一种化学电池，它利用物质电化学变化释放出的能量直接变换为电能。这种发电方式，没有饥饿传动部件，没有振动，基本没有污染, 排放物中只有极少量的氧化氮。其中, 以纯氢为燃料的效率最高。燃抖电池的发电效率，在各种发电方法中是最高的( 图1)。它与其他化学电池如一次电池( 干电池) 、 二次电池( 各种可充电电池) 不同，只要连续向其供给活性物质一一燃料或氧化剂，即氢和氧( 空气). 就能连续发电，发电效率可达65%-80% 。通俗地说，燃料电池是一种利用水电解制氢的逆反应原理的" 发电机" 。

　　发展及展望 燃料电池的基本概念和试验是1839 年W.R. 格罗夫(W.R.Grove) 最早提出和发现 的。1939 年.E 鲍尔(E.Baur) 在他的论文中，首次比较系统地总结了在室温条件下以氢为燃料的碱性燃料电池的研究经验。

　　20世纪70 年代, 燃料电池主要用于宇航事业。由于成本高, 发展大容量电站几乎没人敢想。随着科学技术的发展, 燃料电池的制造成本不断降低。据估计, 到2004 年，最先进的质子交换膜(PEM) 式燃料电池的成本，可望降至300-800 美元/KW 。目前，在纽约和东京已分别建成容量为2.O MW 和4.5MW 的磷酸型燃料电池电站，ll MW 的燃料电池电站也在建设中。加拿大Baliard 公司已推出200KW 级PEM 燃料电池, 其能量密度可达0.57KW/kg 。据有关专家估计，到2050 年全世界将有10% 左右的电力由燃料电池生产。这种静态发电设备特别适合于医院、公寓、超级市场、校园等作为电站使用。

　　分类 以工作温度分, 有常温( 室温~100 C ) 、中温(100~300C ) 、高温(300C 以上) 三类; 以使用的燃料品种分，有气态( 氢或气态碳氢化合物) 、液态( 甲醇、联氨等) 和固态( 煤、焦炭等) 三类: 以使用的电解质分，有碱性(A) 、磷酸(PA)、熔融嵌酸盐(MC ) 、固体氧化 物(SO) 和质子交换膜(PEM) 等五类( 见表)

　　各类燃料电池发展情况

　　用途燃料电池可作为流动电站或电动汽车的动力源，以取代污染重、效率低的内燃机。国外甚至可以发展电动火车头, 以代替电力机车，省去长距离的架空输电线路，以节省金属材料。德国和荷兰已将燃料电池用于潜艇，由于燃料电池没有红外热信号排出，故很难被对方发现.有其独 特优越性。由于燃料 电池是可以堆积式组 装的, 故已发展成的300KW 级的PEM 燃 料电池.也可组装成 大型电站.在发展" 大院电站" 及医院、校 园、起级市场、大饭店 的自备电站时, 可比大型电站和电网减少很多输电损失。美国Plug Power 公司拟于近年推出用天然气加工成氢的家庭5~7KW 级电站, 并宣称电费可比现有电费减少20% 。在用作电动车动力源时，只要附加一" 甲醇产氢器" 或" 汽油产氢器" 或" 液氢供氢罐", 即可大大增加一次加燃料( 氢) 后的行驶距离, 而且可以真正做到零排放。例如据报道墨西哥一家公司已研制出用乙醇溶液为燃料的小型PEM 燃料电池，可供流动电话使用3-6 月而不必充电。中国有的农村己将于吉杆等生物质原料经气化后作为炊事用燃气，如进一步将这种燃气加工成氢并经燃料电池发电，则可成为实现农村电气化的又一新途径。城市垃圾电站如进一步改装成氢燃料电池电站，则效率可以提高30%-50%。总之，氢能发电( 燃料电池) 乃动力工业中一大变革。

　　氢直接产生蒸汽发电在德国宇航中心试验室，正在发展一种直接燃烧氢并生成蒸汽的发电方法。这是一种紧凑、高效、无污染的产生蒸汽的新装置，它以按化学比例配合的氢与氧的直接燃烧( 最高温度可达2800C) 再加水稀择，以增加热贵的流量，并可适当降低温度，使之适合汽轮机的要求。这种发电方法，也是很有发展前途的。

　　氢直接作为燃料发电在普通内燃机中以氢为燃料，可使内燃饥直接带动发电机发电。可分为全氢燃料内燃机发电，或在汽( 柴)油中加5%( 重量百分比) 氢作为燃料开动内燃机发电。后一种方式 ，可节省汽( 柴) 油25%-30%, 总功率可提高14% 。在氢资源有保证且条件允许的情况下, 用氢直接作为燃料也是一种很好的发电方法。

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