核能制氢
核能制氢技术 就是将核反应堆与采用先进制氢工艺的制氢厂耦合,进行氢的大规模生产。在今后的几十年,人类将走向氢经济时代.氢经济的实现是能源体系的重大改变,只有把氢的大规模生产、储存、输送、分配和终端利用问题都解决好,氢经济时代才会真正到来.氢是二次能源,要利用一次能源来生产.清洁的核能是可以用于大规模制氢的一次能源.半个多世纪以来,核裂变能的利用已经有了长足的发展,世界的核电装机已经达到356MWe,占世界电力生产的17%.正在发展中的第四代核能系统不仅可在未来为世界提供更安全、更清洁的核电生产,而且将为实现大规模制氢创造条件。基本介绍
氢是清洁能源, 有非常好的应用前景。但氢是二次能源, 需要利用一次能源来生产。以可持续的方式(原料来源丰富、无温室气体排放)实现氢的大规模生产是实现氢广泛利用的前提。核能是清洁的一次能源,核电已经成为世界电力生产的主要方式之一。正在研发的第四代核能系统除了要使核电生产更经济和更安全之外, 还要为实现核能在发电之外的领域的应用开辟途径。核能制氢就是以来源丰富的水为原料, 利用核能实现氢的大规模生产。热化学循环工艺和高温蒸汽电解都是有望与核能耦合的先进制氢工艺, 世界上许多国家, 如美国、日本、法国、加拿大和中国, 都在大力开展核能制氢技术的研发工作。中国正在积极发展核电,在大力开展核电站建设的同时, 也非常重视核氢技术的发展。可以提供高温工艺热、最适合用于制氢的高温气冷堆示范电站的建设已经列入国家重大专项;在进行示范电站建设的同时, 正在开展制氢工艺的研发工作。在2009 年, 清华大学核能与新能源技术研究院成功进行了对硫碘热化学循环和高温蒸汽电解的实验室规模工艺验证 。
核能氢能系统在工业革命以来的200 余年中, 化石燃料(煤、石油、天然气)是人类利用的主要的一次能源。按照IEA(Internat ional Energy Agency)的预测[ 1] , 到2030 年, 这种局面还不会有根本的改变。但是, 这一持续了200 余年的世界能源体系是不可持续的, 无论从资源、环境还是从社会角度看都是如此, 要为向后化石能源(po st-fossil energy)时代过渡做好准备 。
近年来, 可再生能源正在以高于预期的速度增长, 欧洲、美国和中国正在大力发展风力发电,光伏发电也呈现指数增长, 但是大部分可再生能源都会受到地理、环境和气候条件的影响, 因此存在难以稳定供应的问题, 随着可再生能源的日益广泛利用, 这个问题会越来越突出, 因此需要利用能源载体, 即二次能源。氢是自然界中蕴藏量最丰富的元素, 在作为能源利用时只形成水, 是最清洁的能源。但由于氢的化学性质非常活泼, 在自然界没有纯氢存在, 必须利用其他能源来生产, 是一种二次能源。与电力相比, 氢更容易储存和输送, 因此是可以用于所有一次能源和电力生产的能源载体, 氢的利用可以为可再生能源的大规模利用创造条件。
由于氢可以像汽油和天然气一样通过分配系统来供应, 并且可以在车辆中储存, 因此未来氢最有可能的直接利用就是用于分散式发电和电动汽车。随着燃料电池技术的发展, 氢作为能源的直接利用也指日可待。
氢的广泛利用是能源体系的重大改变, 需要解决好氢的大规模生产、储存、输送分配和终端利用等所有环节的问题, 因此氢经济(hydrogeneconomy)的实现不会是一蹴而就, 可能需要几十年的时间, 这是处于后化石能源时代的世界要应对的巨大挑战。
目前世界每年生产氢的数量为大约6 500 万吨, 主要采用化石燃料(96 %)生产, 常规水电解(碱性电解)占4 %。利用化石燃料制氢是成熟的工业技术, 但是在制氢过程中会造成CO2的大量排放。目前生产的氢主要用于石油、化学、电子、冶金等工业部门, 如果将氢用作燃料使用, 生产量就要大大增加, 无论从化石燃料的资源来看, 还是考虑温室气体的排放, 利用化石燃料制氢都不是可持续的。常规水电解(碱性电解)制氢的主要问题是效率低, 电解效率只有70 %～ 80 %, 总的制氢效率大约只有30 %左右。为了能够实现以可持续方式高效制氢, 就必须利用清洁的一次能源,并采用先进的制氢工艺。可用于制氢的清洁能源包括可再生能源(太阳能、风能、生物能等)和核能。
利用可再生能源制氢是新能源领域的一个研究热点, 已经提出了“ 可再生氢” (renew ablehy dro gen)的概念, 正在开展的研究包括:利用可再生电力电解水制氢、生物质气化和蒸汽重整制氢、生物质热解制氢、光电化学法制氢和太阳能与热化学循环耦合制氢等。
核能是清洁的一次能源, 经过半个多世纪的发展, 核电已经成为清洁、安全、成熟的发电技术。核能制氢(nuclear productio n o f hydrog en)就是将核反应堆与采用先进制氢工艺的制氢厂耦合,进行氢的大规模生产。
为了实现核能的可持续发展, 核能界提出了第四代核能系统的概念, 即利用已经大规模商用的核电系统的经验开发出更安全、经济性更好的核能系统。由世界主要核电国家(美国、法国、英国、日本、韩国、加拿大、中国等)组成的第四代国际论坛于2002 年提出了6 种第四代反应堆堆型。未来的核能系统分成两大类型:(1)采用闭合循环的快中子堆, 以便在实现持久的电力生产的同时, 使铀的需求和长寿命高放废物的负荷最小;(2)高温气冷堆, 使核能生产延伸到为工业提供高温工艺热, 用于制氢和生产合成燃料。第四代核能系统的发展不仅可以为更多利用核电创造条件, 而且也可以为核能在电力生产之外的领域的应用开辟道路。能够与制氢工艺耦合的反应堆可有多种选择, 但从制氢的角度来看, 制氢效率与工作温度密切相关[ 5] 。为了获得高制氢效率, 应该选择出口温度高的反应堆堆型。高温气冷堆(出口温度700 ～ 950 ℃)和非常高温气冷堆(出口温度950 ℃以上)是最适宜的选择。
大侠在玩氢吗 大侠，还有的内容在哪里？
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