摘要：我國(guó)各種能源分布極不平衡，作為新能源發(fā)電來(lái)說(shuō)，尤為如此。需要大規(guī)模輸電線路輸電，但是新能源發(fā)電屬于不可控電源，間歇性、反調(diào)節(jié)是其主要特點(diǎn)，需建造常規(guī)能源的電站或儲(chǔ)能裝置。

關(guān)鍵詞：新能源 發(fā)電 制氫 儲(chǔ)能

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）09（c）-0038-02

我國(guó)各種能源分布極不平衡，對(duì)新能源發(fā)電來(lái)說(shuō)，更為如此，風(fēng)能主要集中在內(nèi)蒙、甘肅、新疆等地區(qū)，光伏發(fā)電主要集中在內(nèi)蒙、甘肅、新疆、青海等地，上述地區(qū)距離負(fù)荷中心距離遠(yuǎn)，需要大規(guī)模輸電線路輸電，但是新能源發(fā)電屬于不可控電源，間歇性、反調(diào)節(jié)是其主要特點(diǎn)，遠(yuǎn)距離輸送電時(shí)為了調(diào)控和抑制這種大量電能的波動(dòng)，還得建造常規(guī)能源的電站了以解決風(fēng)力發(fā)電輸出電能不穩(wěn)定問(wèn)題，而這些電站需要更多的常規(guī)能源來(lái)支持，原先想通過(guò)利用風(fēng)能節(jié)省大量的常規(guī)能源，結(jié)果反而加大了常規(guī)能源的使用，沒有增加新能源在能源使用中的比例，沒起到節(jié)能減排目的。

鑒于此，需要發(fā)展大規(guī)模的儲(chǔ)能裝置來(lái)配套大規(guī)模的新能源發(fā)電，發(fā)展抽水蓄能是條技術(shù)成熟，投資較低，可以大規(guī)模建設(shè)的一種儲(chǔ)能方式，但我國(guó)新能源集中地區(qū)，如酒泉、內(nèi)蒙、新疆千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地都處于極度缺水地區(qū)，且地勢(shì)較為平坦，無(wú)法規(guī)劃建設(shè)大規(guī)模抽水蓄能電站。

其他儲(chǔ)能方式如何？如使用蓄電池怎樣呢？鉛酸電池肯定不行，沒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)。其他的儲(chǔ)能方式，如壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能等等都因?yàn)樾侍?、容量太小，費(fèi)用太高不能大規(guī)模使用。

風(fēng)電由于自身特性及遠(yuǎn)距離輸送容量限制，現(xiàn)有風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際發(fā)電情況不容樂(lè)觀，從2012年2月至今，諸如：“東北350億元投資的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在曬太陽(yáng)”；“內(nèi)蒙古近一半風(fēng)力發(fā)電機(jī)“棄風(fēng)停機(jī)”“甘肅酒泉風(fēng)電場(chǎng)限負(fù)荷嚴(yán)重”等現(xiàn)象不停見諸報(bào)道，隨著風(fēng)電進(jìn)一步建設(shè)，規(guī)模不斷擴(kuò)大，限電問(wèn)題將更加突出，風(fēng)電不能一直“曬太陽(yáng)和閑置”下去，利用風(fēng)電進(jìn)行大規(guī)模制氫，走制氫儲(chǔ)能方式，是解決問(wèn)題根本途徑。有了風(fēng)電制氫產(chǎn)生的這些氫氣能源，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，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。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，電解水裝置對(duì)風(fēng)機(jī)的不穩(wěn)定性功率輸出具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，可以隨著輸入功率的波動(dòng)氫氣氣體流量做相應(yīng)的基本相同趨勢(shì)的波動(dòng)，證明了風(fēng)電用于工業(yè)電解水的可行性。

按酒泉風(fēng)電基地目前投產(chǎn)的單個(gè)20萬(wàn)kW風(fēng)電場(chǎng)計(jì)算制氫的實(shí)際收益。目前可研年利用小時(shí)數(shù)大約2200h左右，若不考慮限負(fù)荷因素，年理論發(fā)電量可以達(dá)到4.8億度，目前2012年上半年實(shí)際發(fā)電量平均為16000萬(wàn)度，全年預(yù)計(jì)32000萬(wàn)度，若使用風(fēng)電制氫，把剩余無(wú)法送出1.6萬(wàn)度風(fēng)電用來(lái)制氫，按電解水產(chǎn)生1立方米氫氣耗電5度，輔助能耗10%，氫源經(jīng)過(guò)提純、加壓和儲(chǔ)運(yùn)等工序大致消耗1度，總體按6.5度計(jì)算，就可以生產(chǎn)出2460萬(wàn)m3的氫，按每瓶裝入6m3計(jì)算（現(xiàn)在市場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)氫氣瓶，壓力是150kg/m2，容積是40L氫氣鋼瓶）：可生產(chǎn)410萬(wàn)瓶氫氣（每瓶裝入6m3氫氣）；電解氫氣每瓶?jī)r(jià)格為48元：（2010年4月份價(jià)格），48元×410萬(wàn)瓶=19680萬(wàn)元。制氫時(shí)生產(chǎn)的氧氣收入，另外還有氧氣（每產(chǎn)生1立方米氫氣同時(shí)產(chǎn)生0.45m3氧氣），即：2460×0.45=1107萬(wàn)m3氧氣，那么1107萬(wàn)m3氧氣/6=185萬(wàn)瓶氧氣，每瓶氧氣賣16元（2010年4月價(jià)格），185萬(wàn)瓶×16元=2960萬(wàn)元，上述風(fēng)電制氫、制氧，一年兩項(xiàng)相加總數(shù)是19680+2960=22640萬(wàn)元。經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

投資回報(bào)分析：現(xiàn)有風(fēng)電場(chǎng)只需投入制氫設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、灌裝設(shè)備即可，1kW容量大約投入3000元，按5萬(wàn)容量設(shè)備計(jì)算，需要設(shè)備投入15000萬(wàn)元，加上人員工資等生產(chǎn)費(fèi)用5000萬(wàn)元，一年可收回成本。每年節(jié)約1.6億度電，20年的使用時(shí)間內(nèi)減少的二氧化碳相當(dāng)于14.8萬(wàn)t×20年=296萬(wàn)t二氧化碳，這無(wú)疑是十分巨大的二氧化碳減排數(shù)量。

但是也存在制約因素，現(xiàn)有的氫儲(chǔ)存技術(shù)成本昂貴、安全穩(wěn)定性差，耗能大且不適于大規(guī)模生產(chǎn)利用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，倫敦大學(xué)學(xué)院魯特福德·艾普頓實(shí)驗(yàn)室和牛津大學(xué)的科學(xué)家們研究出一種把高密度的氫擠壓進(jìn)極小水珠的方法，這樣儲(chǔ)存的氫能以液態(tài)形狀倒出或泵進(jìn)油箱，就像普通汽油一樣。解決了氫的儲(chǔ)存問(wèn)題，氫燃料的全方位普及便邁入了一個(gè)新階段。如此形成的小水珠核心為納米結(jié)構(gòu)的氫化物，而外殼則是高分子聚合物構(gòu)成的氫化物載體，十分易于燃料。

據(jù)英國(guó)《每日郵報(bào)》2011年1月30日?qǐng)?bào)道，這種氫燃料科學(xué)家們將其稱為“人造汽油”，并將于2012年對(duì)其進(jìn)行道路測(cè)試。如果測(cè)試結(jié)果令人滿意，未來(lái)3～5年內(nèi)就能看到燒“人造汽油”的汽車了。此項(xiàng)技術(shù)一旦成熟推廣使用，對(duì)制氫尤其是儲(chǔ)存使用必將帶來(lái)非常深刻的影響。由于主要成分為氫氣，燃料燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生有害氣體，對(duì)環(huán)境毫無(wú)影響。研究人員目前正在對(duì)“人造汽油”的配方進(jìn)行改良，使其能直接應(yīng)用于未經(jīng)改裝的汽車引擎內(nèi)，這一點(diǎn)也使得其較電動(dòng)汽車更為方便。項(xiàng)目牽頭人史蒂芬·本寧頓教授表示：“從某種意義上說(shuō)，氫氣是完美的燃料。它單位重量的能含量是一般汽油的3倍，但排放卻是零?！?/p>

目前正在把這項(xiàng)技術(shù)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的塞拉（Cellar）能源公司負(fù)責(zé)人史蒂芬·沃爾克表示：“我們已經(jīng)在制造這種取代傳統(tǒng)燃油的微型水珠，這種高容量的儲(chǔ)氫材料適用于燃燒汽油的現(xiàn)有汽車，因此無(wú)需對(duì)車進(jìn)行改造。”

這種模式并不需要特別先進(jìn)的技術(shù)，絕大部分是利用了成熟的電解技術(shù)和氫能源應(yīng)用技術(shù)的等多項(xiàng)技術(shù)的組合，不斷的擴(kuò)大其規(guī)模，逐步的替換傳統(tǒng)的能源（碳能源），通過(guò)大規(guī)模的使用進(jìn)一步提高其轉(zhuǎn)換效率，滿足全社會(huì)的能源需求，應(yīng)該是必由之路。

應(yīng)用技術(shù)層面的分析：

儲(chǔ)氫技術(shù)：從2005年起就有很多儲(chǔ)氫技術(shù)開發(fā)成功，當(dāng)然也還在不斷的開發(fā)中，大致上有物理和化學(xué)兩個(gè)方面，如：“液化儲(chǔ)氫”；“金屬氫化物儲(chǔ)氫”；“吸附儲(chǔ)氫”；“有機(jī)液體儲(chǔ)氫”；“玻璃微球儲(chǔ)氫”“地下巖洞儲(chǔ)氫”；“無(wú)機(jī)物儲(chǔ)氫”；“鐵磁性材料儲(chǔ)氫”等多種儲(chǔ)氫方式，這些技術(shù)都已經(jīng)研發(fā)成功或者是正在推廣的技術(shù)，氫能源汽車就解決了儲(chǔ)氫氣問(wèn)題，可以參考，這些技術(shù)保證了氫能源的儲(chǔ)存問(wèn)題，為“風(fēng)電制氫”打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，為風(fēng)電制氫鋪平了道路。

氫內(nèi)燃機(jī)技術(shù)，請(qǐng)看下面的報(bào)道：氫能源利用突破中國(guó)第一臺(tái)氫內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火成功。

近日，我國(guó)自主研制的第一臺(tái)高效低排放氫內(nèi)燃機(jī)在重慶長(zhǎng)安汽車集團(tuán)成功點(diǎn)火。高效低排放氫內(nèi)燃機(jī)是國(guó)家“863”計(jì)劃惟一立項(xiàng)的氫燃料重點(diǎn)項(xiàng)目，它的成功點(diǎn)火標(biāo)志著我國(guó)氫內(nèi)燃機(jī)研究技術(shù)獲得了突破性的進(jìn)展，為氫內(nèi)燃機(jī)的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。

據(jù)悉，氫燃料與汽油特性差異巨大，真正的氫內(nèi)燃機(jī)必須根據(jù)氫燃料的特性研究開發(fā)，而不是汽油機(jī)的簡(jiǎn)單改造，因此氫內(nèi)燃機(jī)是一種新型的內(nèi)燃機(jī)。氫燃料內(nèi)燃機(jī)的工作原理是用氫代替汽油，直接在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)燃燒，驅(qū)動(dòng)汽車行駛。我國(guó)自主研制的高效低排放氫內(nèi)燃機(jī)是一種新型的內(nèi)燃機(jī)，它與傳統(tǒng)的汽油機(jī)和柴油機(jī)相比，具有高效率、低排放、低成本、適應(yīng)性好等突出優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于減少環(huán)境污染，應(yīng)對(duì)能源危機(jī)具有十分重要的意義。此前，我國(guó)已經(jīng)在氫燃料電池的研發(fā)方面取得巨大突破，由同濟(jì)大學(xué)研發(fā)成功的氫燃料電池汽車主要測(cè)試數(shù)據(jù)均達(dá)到世界先進(jìn)水平。氫燃料電池是我國(guó)氫能源利用的另一種方向，與氫燃料內(nèi)燃機(jī)不同，氫燃料電池的工作原理是由氫燃料產(chǎn)生電能，向電池充電，以電力驅(qū)動(dòng)汽車行駛。

氫能源發(fā)電技術(shù)：這應(yīng)該是最容易的了，可以采取傳統(tǒng)的燒鍋爐的方式，以氫能源代替煤炭產(chǎn)生蒸汽，再推動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電；或者是采用燃?xì)鉁u輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，因?yàn)槭强煽?、可調(diào)的所以并網(wǎng)是沒問(wèn)題的。

小型的移動(dòng)電站等盡可以采用“氫內(nèi)燃機(jī)方式”進(jìn)行發(fā)電。氫氣也很容易長(zhǎng)途輸送，就像輸送天然氣一樣，可以長(zhǎng)距離的輸送到需要的地方進(jìn)行利用，它與天然氣相比最大的特點(diǎn)就是“取之不盡用之不竭的，可以持續(xù)、循環(huán)利用的能源。

總之，利用大規(guī)模、數(shù)量巨大的新能源發(fā)電，進(jìn)行大規(guī)模的風(fēng)電制氫，經(jīng)濟(jì)上是可行的，同時(shí)進(jìn)行氫能源廣泛使用的行動(dòng)，使氫能源時(shí)代早日來(lái)臨，是大量減排二氧化碳的根本方法，是從根本上解決制約新能源發(fā)電的途徑，也是從根本上走出能源困局的光明大道。

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