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核能制氢与核能发电相比有哪些发展优势?
作者:官方 来源:氢启未来网 所属栏目:业界专家 发布时间:2021-07-29 09:33
[ 导读 ]氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,是人类的战略能源发展方向,在未来全球能源结构变革中占有重要地位。

氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,是人类的战略能源发展方向,在未来全球能源结构变革中占有重要地位。

作为我国氢冶金先行者的宝武钢铁集团近日因重组山钢的消息受到行业普遍关注,兼并重组后宝武产能将达到1.5亿吨规模,居于世界首位。

值得注意的是,早在2019年,中国宝武、中核集团、清华大学三方签订《核能-制氢-冶金耦合技术战略合作框架协议》,三方将资源共享,共同打造世界领先的核冶金产业联盟。

众所周知,核能是高效、低耗、环保、清洁的能源代表。核电已经被广泛应用,氢能和电能一样,都属于无污染的二次能源,那么为什么不直接利用核能发电,反而是利用核能发电后,再将电能转化为氢能,再用氢能转化为电能,岂不是多了一个中间环节,造成能源转化效率低下?

氢能凭借着燃烧值高、无污染等诸多优点,成为了未来最有希望大规模利用的清洁能源。多年前,氢能和电能就已经实现了相互转化。

电解水制氢是将电能转化为氢能的一种较为便捷的方法,即在充满电解液的电解槽中通入直流电,水分子在电极上发生电化学反应,分解成氢气和氧气。反之亦然,氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置,其基本原理是电解水的逆反应。

核能制氢是将核反应堆与先进制氢工艺耦合,进行氢的大规模生产。核能制氢具有不产生温室气体、以水为原料、高效率、大规模等优点,被认为是未来氢气大规模供应的重要解决方案,为可持续发展以及氢能经济开辟了新的道路。

也因此,目前美、日、韩、法等国都在开展核能制氢的研究,我国200MW高温气冷堆商业示范电站建设项目已被列入国家科技重大专项,被视为最有可能突破核能制氢反应堆型。

那么氢能相比电能有哪些优势?首先从储存性能来看,与电能相比,氢能更易储存。所有化学元素中氢的重量最轻,在标准状态下,它的密度为水密度的万分之一。在负252.7℃时,为液体,密度为仅为水的十五分之一。

氢能的储存方式有:气体储氢法,氢气可以像天然气一样使用巨大的水密封储罐用低压储存,该方法适合大规模储存气体时使用;液体储氢法和固体氢储存等。此外,科学家正在探索玻璃微球储氢、无机物储氢等。氢能的储存是目前氢能应用的主要技术难点。

以氢能汽车为例,它分为两种,一种是氢内燃机汽车,以内燃机燃烧氢气(通常透过分解甲烷或电解水取得)产生动力推动汽车。氢燃料电池车是由产生的电力推动电动机,由电动机推动车辆。

相比电动汽车充点时间长、续航力差等缺点,氢能汽车添加能源更加快捷,基本和燃油车加油的速度差不多。

其次,我国在核电、风电、水电都存在一定的弃电现象。以中核集团为例,仅2018年其弃电量约有100亿度,若用于电解水制氢,可生产氢气20亿Nm³,约17.8万吨,利用弃电制氢已经具备了产业化规模条件,从而解决中国核电能源消纳问题。

目前世界每年生产氢的数量约7000万吨,中国占全球的三分之一。其中常规电解水(碱性电解)仅占4%,化石燃料生产占比为96%。主要是电解水产氢效率(55%~60%)较低,即便采用最先进的电解水技术,将电解效率提升为90%。但由于目前大多数核电站的热电转换效率仅为35%左右,因此核能电解水制氢最终的总效率仅为30%。

综合来看,核氢与核电都是以核能为基础产生的二次能源,是人类能源体系的两大方向,氢能相比电能有更轻、易存储等优点,两者能够相互转化形成互补。未来,随着制氢成本的降低和产、储等技术的破,氢能将更好地造福人类社会。

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