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2010-07-15 來(lái)源:蘭州利國(guó)電子有限責(zé)任公司 技術(shù)開發(fā)部 瀏覽數(shù):3184
拿現(xiàn)在已經(jīng)規(guī)劃和建設(shè)中的三個(gè)國(guó)內(nèi)最大的“千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電場(chǎng)”來(lái)說(shuō),都是在極度缺水的地區(qū)(一個(gè)在甘肅酒泉兩個(gè)在內(nèi)蒙),平坦的地形(風(fēng)能資源好的地方都是平坦的地形、地貌),也沒(méi)有落差高的地形環(huán)境,所以不能應(yīng)用“抽水儲(chǔ)能”方式調(diào)控風(fēng)電,我們認(rèn)為“抽水儲(chǔ)能”方式調(diào)控風(fēng)電只能夠小規(guī)模的、在特殊的有條件的地區(qū)才行。
使用蓄電池怎樣呢?鉛酸電池肯定不行,沒(méi)有這么大的功率容量,并且價(jià)格特別貴,大量的使用還有鉛污染問(wèn)題:鎳氫電池與鋰離子電池受限于這兩種元素的數(shù)量限制(全球的儲(chǔ)量也是不多的)和特別昂貴的價(jià)格的限制,也不能夠采用;最近還有全釩氧化還原液流電池在研發(fā)中,但是多次還原過(guò)程中的離子膜污染問(wèn)題也一直沒(méi)有很好解決,要達(dá)到實(shí)用的程度還要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間,商業(yè)化的應(yīng)用究竟會(huì)不會(huì)影響到環(huán)境還是未知數(shù)。
其它的儲(chǔ)能方式,如壓縮空氣儲(chǔ)能;飛輪儲(chǔ)能等等都因?yàn)樾侍汀⑷萘刻?,也是不能使用的?br />
2.3:其實(shí)轉(zhuǎn)變思路,利用風(fēng)電進(jìn)行大規(guī)模制氫,走“氫能源”方式,不一定非走“風(fēng)電上網(wǎng)”這一條路,問(wèn)題即可迎刃而解,通過(guò)我們的分析和計(jì)算,可以發(fā)現(xiàn)在“并網(wǎng)方式疑無(wú)路時(shí),更有柳暗花明又一村”的美好前景。
人類使用能源方式除了碳能源的方式即現(xiàn)在大量使用的化石能源方式外還有氫能源方式,這是一種最干凈的,可以循環(huán)的可大規(guī)模利用的能源方式。將水進(jìn)行電解就可以得到氫和氧兩種氣體,一公斤水完全電解后可以得到1立方米氫氣和0.45立方米氧氣還有0.03公斤的固體物(拿海水來(lái)說(shuō)固體物就是海鹽)。
這種技術(shù)是很成熟的技術(shù),以前總認(rèn)為需要消耗大量的電力,以前的技術(shù)水平是要消耗5度電才能夠電解出1立方米氫氣,最近的報(bào)道有電解產(chǎn)氫氣一立方米只需要2.51度電能的新技術(shù)問(wèn)世,繼續(xù)進(jìn)行電解技術(shù)研發(fā),還可以降低耗電量。
如果我們改變思維,利用大規(guī)模的風(fēng)電進(jìn)行大規(guī)模的電解水制氫,會(huì)得到大量的最干凈的能源——氫氣和氧氣。
有了風(fēng)電制氫產(chǎn)生的這些氫氣能源(數(shù)量巨大),我們就能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的能量?jī)?chǔ)存(指儲(chǔ)存氫氣和氧氣),既可以解決現(xiàn)在模式的風(fēng)電并網(wǎng)難題(利用氫氣能源替代傳統(tǒng)的煤炭能源發(fā)電并網(wǎng)或者是使用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電并網(wǎng)),又能夠直接利用將氫能源利用在其它許多方面,如工業(yè)上的煉鎢和煉鉬都需要大量的氫氣,移動(dòng)的交通工具(汽車、火車、輪船甚至飛機(jī)都可以使用氫氣能源,生活中的炊事、取暖等都能夠使用。
地球上有70%的面積是水,作為一種能量的轉(zhuǎn)換物質(zhì)(載體),可以說(shuō)是取之不盡、用之不竭也是目前所知最廉價(jià)的物質(zhì),風(fēng)電在這里只是起到了一種能量的轉(zhuǎn)換作用,還是可以循環(huán)往復(fù)利用的綠色能源。
將巨大的風(fēng)能資源,通過(guò)風(fēng)力發(fā)電→電解水→制氫制氧→氫氣能源→發(fā)電、制熱、炊事、取暖、交通工具使用等過(guò)程后又變成了水,這些水返回到大自然的水系統(tǒng)循環(huán)中為下一次的能量轉(zhuǎn)換循環(huán)中再利用
電解水制氫的同時(shí)還可以得到大量的氧氣,這也是生產(chǎn)和生活中必不可少的一種寶貴資源,煉鋼時(shí)就需要大量的氧氣、金屬加工中的切割、焊接等方面都需要大量的氧氣,氧氣在醫(yī)療方面已經(jīng)越來(lái)越使用的廣泛,而電解水產(chǎn)生的氧氣(含氫氣)是質(zhì)量最高的。
2.4:經(jīng)濟(jì)效益分析
氫氣燃燒熱值很高,除核燃料外,氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,為142351kJ/kg(32352大卡/kg),是汽油發(fā)熱值的3倍。
氫氣的比重小,純氫的密度僅為空氣的1/14,為0.0899g/L。
1立方米(合1000升)氫氣重89.9g,熱值為12797.355kJ(2956大卡)。
1公斤水電解后不但可以得到1立方米的氫氣并且還可以得到0.45立方米的氧氣和0.03公斤的固體物。
拿千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō),1小時(shí)就是1千萬(wàn)度電(按設(shè)計(jì)指標(biāo)計(jì)算),用2.5度電能產(chǎn)生1立方米氫氣,就可以得到4百萬(wàn)立方米氫氣。
1000萬(wàn)度電/2.5度=400萬(wàn)立方米氫氣。
1立方米氫氣的熱值是2956大卡,標(biāo)煤的熱值是7000大卡,大約2.36立方米氫氣的熱值相當(dāng)于1公斤標(biāo)煤的熱值。
7000大卡/2956大卡=2.36(倍)
拿400萬(wàn)立方米氫氣除2.36得1694915.2公斤標(biāo)煤(我國(guó)是按煤當(dāng)量“標(biāo)煤”計(jì)算熱值的),大約相當(dāng)于1700噸標(biāo)煤的熱值能量。
市場(chǎng)上的優(yōu)質(zhì)煤炭熱值一般是5500大卡計(jì)算。
5500大卡/2956大卡=1.86(倍)。
400萬(wàn)立方米氫氣/1.86=2750537.6公斤。大約相當(dāng)于2750噸普通優(yōu)質(zhì)煤炭。
即相當(dāng)于2750噸優(yōu)質(zhì)煤炭的能量,也就是說(shuō)“千萬(wàn)千瓦級(jí)的風(fēng)電場(chǎng)”1小時(shí)所發(fā)出的電力進(jìn)行風(fēng)電制氫模式,就能夠產(chǎn)生近3000噸優(yōu)質(zhì)煤炭的熱值能量,1天24小時(shí)就能夠產(chǎn)生:
3000噸X24小時(shí)=72000噸優(yōu)質(zhì)煤炭的能量。
相當(dāng)于72000噸優(yōu)質(zhì)煤炭熱值能量的氫氣能量,不可否認(rèn),風(fēng)電因?yàn)闀r(shí)大時(shí)小,時(shí)有時(shí)無(wú),不能按每天的全部時(shí)間計(jì)算,這里只按每天1/3的實(shí)際使用時(shí)間計(jì)算,每天也有24000噸優(yōu)質(zhì)煤炭熱值的氫氣能量,一年就是8760000噸優(yōu)質(zhì)煤炭能量(2萬(wàn)4千噸乘以365天),即相當(dāng)于876萬(wàn)噸優(yōu)質(zhì)煤炭能量。
這些氫能源是能夠儲(chǔ)存的,可以在需要的時(shí)候用來(lái)替代傳統(tǒng)的煤炭進(jìn)行發(fā)電(最成熟的技術(shù)),產(chǎn)生的電力在電網(wǎng)高峰需要時(shí)大量的并入電網(wǎng)(這是高質(zhì)量的特別平穩(wěn)、可調(diào)、可控的電流,是電網(wǎng)十分歡迎和笑納的高質(zhì)量電能),得到良好的經(jīng)濟(jì)效益,又可以在電網(wǎng)低谷時(shí)脫離電網(wǎng),將氫氣給大量的使用氫能源的汽車、火車、飛機(jī)、輪船等移動(dòng)交通工具加氫氣能源,立馬就變成實(shí)實(shí)在在的真金白銀收入,或者是通過(guò)管道方式輸送到城市、居民點(diǎn),提供給千千萬(wàn)萬(wàn)的家庭生活使用,更可以源源不斷的供應(yīng)煉鋼、煉鎢、煉鉬、醫(yī)療或者是軍工企業(yè)使用。
電解制氫的同時(shí)除產(chǎn)生單項(xiàng)的純氫氣外,還有純氧氣產(chǎn)生(電解水方式產(chǎn)生的是純氫氣和純氧氣,是質(zhì)量最高的),每產(chǎn)生1立方米氫氣,同時(shí)就可以產(chǎn)生0.45立方米氧氣,在產(chǎn)生400萬(wàn)立方米氫氣的同時(shí)還產(chǎn)生160萬(wàn)立方米的氧氣。
400萬(wàn)立方米X0.45=160萬(wàn)立方米。
這些氧氣是也是可以直接賣的商品,大量的機(jī)械加工企業(yè)的鋼鐵切割和有色金屬的焊接就需要大量的氧氣,其它在醫(yī)療衛(wèi)生、化工還原、污水處理方面都需要大量的氧氣,即便是在“高效燃料電池”(指非傳統(tǒng)的利用純氫、純氧工作的燃料電池)工作時(shí)也需要大量的氧氣。
此外,在電解水時(shí)還可以回收大量的熱能,這是因?yàn)殡娊獾倪^(guò)程中,會(huì)有一部分能量變成熱能,這些熱量可以通過(guò)熱交換器置換出來(lái),既提高了電解的效率,又得到數(shù)量很大的熱能,冬季可以取暖、供魚池加溫等,夏季可以為洗浴提供熱能等,用途是十分廣泛的,總之是一種很有價(jià)值的能源,也是風(fēng)電制氫、制氧同時(shí)的副產(chǎn)品,有實(shí)在而直接的經(jīng)濟(jì)效益。
電解水制氫的過(guò)程中也是對(duì)水的濃縮過(guò)程,拿海水來(lái)說(shuō),其含鹽量是3%,1公斤海水中含鹽30克,每小時(shí)制氫4百萬(wàn)方米時(shí)需要消耗海水約4百萬(wàn)公斤合4000噸海水,每噸海水中含鹽300公斤,就算是只提煉出來(lái)一半,也是150公斤,4000噸乘以150公斤等于60萬(wàn)公斤=600噸(1小時(shí)的產(chǎn)量)按1/3計(jì)算也有200噸的純鹽,這又是一種伴隨著制氫過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品,都是利用風(fēng)電產(chǎn)生的,有實(shí)際價(jià)值的產(chǎn)品。
所以說(shuō)風(fēng)電制氫并不是僅僅提供一種能源,而是不但提供了大量的氫能源,還提供和產(chǎn)出多種有直接經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)品和大幅度的降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的制造成本,這樣計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益才比較客觀,所以從這種模式的經(jīng)濟(jì)效益方面分析并不是大賠錢的生意,而是有很好的經(jīng)濟(jì)效益和很好的環(huán)保效益的好模式。
2.5:?jiǎn)闻_(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的效益分析(1000千瓦機(jī)組標(biāo)準(zhǔn))
我們?cè)賮?lái)看看單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的情況,實(shí)際上風(fēng)電機(jī)組的投入就是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制作成本,只要豎起塔架,安裝好風(fēng)機(jī)就可以收集風(fēng)中的能量,將其轉(zhuǎn)化為源源不斷的電力,在平均20年的設(shè)備折舊的成本分?jǐn)傊?,每度電的價(jià)格是極低的,下面試分析1000千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的度電成本:
假設(shè):1000千瓦機(jī)組成本是300萬(wàn)元(制氫專用機(jī)組,并非并網(wǎng)機(jī)組,見《風(fēng)電制氫—率先創(chuàng)新氫能源時(shí)代》一文中的介紹)。
20年分?jǐn)?00萬(wàn)元,為每年15萬(wàn)元,每月為1.25萬(wàn)元(15/12個(gè)月)。
而其發(fā)電量每小時(shí)1000度(按滿發(fā)計(jì)算)每天就是:
24小時(shí)×1000千瓦=24000度電。
30天(1個(gè)月)×24000度電=720000度電。
用720000度電除以1.25萬(wàn)元;
720000度電/12500元=57.6度電/元。
即1元錢可以生產(chǎn)出57.6度電!
實(shí)際上風(fēng)力發(fā)電機(jī)不可能天天在轉(zhuǎn)而且風(fēng)能又是時(shí)大時(shí)小的,保守的計(jì)算只能是每月只有1/3的時(shí)間在正常工作,那也是1元錢可以生產(chǎn)出19.2度電(57.6/3=19.2)。
一元線的投入可以產(chǎn)生出19.2度電,那么每度電價(jià)格僅:
100分錢/19.2度電=5.2分錢/度電。
每度電僅為:5.2分錢!
通過(guò)計(jì)算我們可以知道,風(fēng)電確實(shí)是最便宜的電能!
當(dāng)然還得加上氫氣的電解設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、灌裝設(shè)備等,每立方米的氫氣制造成本怎么也不會(huì)超過(guò)3角錢(按3度電生產(chǎn)出一立方米氫氣,只有15.6分錢)。
那么利用這樣便宜的電能進(jìn)行氫氣的生產(chǎn),不用多說(shuō)任何人都知道是“一本萬(wàn)利”的事,況且風(fēng)能又是“取之不盡用之不竭”的,更不必?fù)?dān)心枯竭問(wèn)題,良好的環(huán)保效益更是“節(jié)能減排”的最好方式。
2.6:1000千瓦單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組制氫的實(shí)際收益:
1000千瓦的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組按標(biāo)準(zhǔn)發(fā)電量是每小時(shí)1000度電(千瓦/時(shí)),每天是24000度電,1個(gè)月(按30天計(jì)算)是720000度電,我們有了720000度電(一個(gè)月的風(fēng)電量),就可以生產(chǎn)出288000立方米的氫氣(按每立方米氫氣耗電2.5度計(jì)算),按每瓶裝入6立方米計(jì)算(現(xiàn)在市場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)氫氣瓶,壓力是150公斤/平方厘米,容積是40L氫氣鋼瓶):
288000立方米氫氣/6立方米容量=48000瓶氫氣(每瓶裝入6立方米氫氣);
電解氫氣每瓶?jī)r(jià)格為120元:(2010年4月份價(jià)格)
120元×48000瓶=5760000元(576萬(wàn)元);
【延伸閱讀】
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