中国商用汽车总站网
市场 • 应用 • 技术
搜索
当前位置:主页 > 新闻资讯 >

解析:双重清洁能源——核能制氢原理

时间:  2019-09-20 16:53  来源:  绿色矿山与无废城市   作者:  网络转载

氢燃料电池动力汽车、氢/氧火箭发动机等新兴高端产品和科技,引发了大众的关注兴趣,使得氢能这一低温燃料从工业应用的"幕后"逐渐走向社会生活的"前台"。氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的二次能源,以液氢状态进行储存和运输,具有超低温(-252.8℃)和低密度(70.9kg/m³)的特点。全球能源行业正经历以低碳化、无碳化、低污染为方向的第三次能源变革。氢能的开发与利用技术已经成为世界能源技术变革的重要方向。以环保节能的方式制备氢能,如核能制氢,赋予氢能双重清洁能源的显著特征,为实施规模化应用提供了巨大空间。

一、核能制氢的背景

开发利用氢能成为中国能源技术发展的战略方向。发展氢能应用的重要前提之一是兼顾氢能制备的效率、成本和可靠性。氢能可通过一次能源、二次能源及工业领域等多种途径获取。其中,核能制氢是一种有应用前景的高效、大规模、无排放的制氢技术,有望在氢气大规模集中供应的场景中起到重要作用。人类可驾驭的可控核裂变技术已用于工程建设核电站,为世界多个国家提供清洁电力供应。在可用于核能制氢的反应堆堆型中,高温气冷堆因其高出口温度和固有安全性等优势,被视为制氢的最优堆型。高温气冷堆在我国已有数十年的研发基础,正在国家科技重大专项支持下建造示范电站。核能制氢是高温气冷堆除发电外最重要的用途。

二、核能制氢的原理

核能制氢是指利用核反应堆产生的热作为一次能源,从含氢元素的物质水或化石燃料制备氢气,具有多种技术路线。

  图1 核能制氢技术路线

(1)核热辅助的烃类重整,利用高温气冷堆的工艺热代替常规技术中的热源,可部分减少化石燃料的使用。

(2)利用核能发电、再经常规电解制氢,这是已成熟技术的结合,但从一次能源转化为氢能的效率较低。在压水堆发电能力过剩的场景中,可利用电解制氢实现储能或者供给氢气。

(3)要实现核能到氢能的高效转化,必须部分或全部利用以反应堆提供的工艺热,减少热–电转换过程中的效率损失。主流的核能制氢技术包括热化学循环(碘硫循环、混合硫循环)和高温蒸汽电解。


图2 
高温气冷堆碘硫循环制氢原理示意图

三、核能制氢的安全性

核能制氢系统安全管理的目标是确保公众健康,保护环境。核能制氢设施的设计需考虑并有效处以下因素:核反应堆与制氢厂的安全布置,核反应堆与制氢厂的耦合界面,中间热交换器安全设计,核反应堆与制氢厂的运行匹配等。未来,核能制氢设施对反应堆和制氢厂的实体采取充分隔离措施,消除潜在伤害,保证放射性水平足够低,实现核系统与制氢系统的隔离,从而使制氢厂"归于非核系统"。

四、核能制氢的经济性

核能制氢技术能否实现商业利用,不仅依赖于技术本身的发展,而且还取决于所能实现的制氢效率、生产价格能否为市场所接受。美国能源部进行的核能制氢经济性评估表明,氢气成本为2.94~4.40 美元/kg。国际原子能机构对核能制氢成本进行了研究,认为在不同场景下的氢气成本为2.45~4.34 美元/kg。与压水堆发电–常规电解制氢相比,高温气冷堆经热化学循环或高温电解制氢具有相对成本优势。

五、我国核能制氢的技术基础

在国家"863计划"支持下,我国建成10 MWt高温气冷试验堆并实现满功率运行。在"先进压水堆与高温气冷堆核电站"国家科技重大专项支持下,正在建设200 MWe高温气冷堆核电站示范工程。我国核能制氢研究起步于"十一五"前期,对核能制氢的主流工艺——热化学循环分解水制氢和高温蒸汽电解制氢进行了论证研究,建成原理验证设施,验证了工艺可行性。"十二五"期间,开展了氦气透平直接循环发电及高温堆制氢等技术研究,基本掌握碘硫循环和高温蒸汽电解的工艺关键技术。

六、我国核能制氢的发展路线

论证提出我国核能制氢发展路线:原理验证与单元集成–工程材料与设备开发–工程验证–商业化示范。到2020年,完成高温气冷堆制氢关键设备技术研究,正在国家科技重大专项支持下开展研发工作。到2025年,完成高温气冷堆制氢中试工程验证,建立产氢能力1000 m3/h的高温堆制氢中试厂。到2030年,开展超高温堆–核能制氢–氢冶金的工程示范,在高效、大规模制备氢气的同时,实施氢气直接还原炼铁的工业应用。


图3 核能制氢直接还原炼铁原理路线示意图

发展核能制氢技术,有利于保持我国高温气冷堆技术的国际领先优势,为未来氢能的大规模供应提供了解决方案,还为高温堆工艺热应用开辟新的用途,对实现我国未来的能源战略转变具有重大意义。
 

读者留言
看不清?点击更换

中国商用汽车总站

  • www.chinaautoms.com/由北京茂胜文化传媒有限公司版权所有@2019

    京ICP备18056018号-1

    合作QQ: 305140880