氢能是指以氢及其同位素为主导的反应中或在状态变化过程中所释放的能量,其燃烧性能好、热值高、用途广泛、来源丰富、清洁无污染等优良特性决定了氢能在未来能源体系中的主导地位。随着科学技术的不断进步,氢能将与各类新型清洁能源(如太阳能、风能、地热能、生物质能等)形成复合能源系统,成为与电能共生的二次能源体系而造福于人类社会,形成可持续发展的能源生态经济。
一、氢能--太阳能复合能源系统
太阳能发电技术是利用太阳能来生产电力的技术。目前主要存在两种途径:一种是把太阳能转换为热能,利用热能发电;另一种是利用特殊半导体材料的光电效应将太阳能直接转换成电能。该两种方式目前都存在发电负荷不能调节的弊端,一定程度上限制了太阳能的利用和发展。氢能一太阳能复合能源系统的建立,在通过太阳能与化学能转换,电解水制氢;太阳能转变为热能,热化学循环分解水制氢;或是直接利用太阳能紫外光能量光解制氢河有效地实现氢能一电能共生体系,以保证太阳能的优化利用。 电解水制氢是最基本的、成熟的、传统的制氢方法,具有产品纯度高和操作简便的特点。
利用太阳能电解水制氢并用氢气作为中间载体来调节、贮存转化能量,可显著降低成本,并实现供电系统用电峰谷调节,达到储能目的。热化学循环分解水制氢虽然在工艺、设备方面存在很多不足,但其能源效率高、能耗小、制氢成本低,在热化学循环反应设计中,通过高温(625-725℃)下反应妨增加(ΔS>0)、低温(225℃)下反应墒的减少(Δs<o),有效提高热利用率,降低组合反应的整体自由能变化,减少功耗二光分解法制氢是基于光量子可以使水和其他含氢化合物分子中氢键断裂的原理,利用太阳能中紫外光的能量来光解制氢,主要光分解制氢方法包括:光催化法、光电解法、生物光解法等,研究热点主要是利用金属有机化合物来光解制氢,但由于效率低、工艺材料的研究不足,距离高效、大规模制氢尚有差距 基于我国国情和能源的优化组合,在新疆、西藏等太阳能资源非常丰富的地区,可根据地域特点开发多点分散的氢能一太阳能复合系统。在大面积的沙漠地区,建立大规模的太阳能系统,并利用沙漠丰富地下水库资源水解制氢,形成我国西部绿色能源基地。
半个世纪以来,核能的开发都是应用核裂变原理,这种裂变方式除”快堆”以外,最终是要耗尽地球上有限的铀资源,同时其产生的废气、废水和固体废物等三废的处理是其开发利用的重要一环,而被称为”能源之王”的氢能的核聚变反应因其具有质能高、原料充足、不污染环境、安全性高等优点而具有广阔的应用前景,也被称作”人造太阳”。但由于热核聚变反应要求的温度太高(108K),现有耐高温材料难以胜任,这就要求必须将热等离子体约束在一定区域的范围内。目前科研人员主要在磁力目
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