小型離網(wǎng)潮汐能制氫裝置

關(guān)春子　吳昊

摘 要：潮汐能是潔凈的可再生能源之一，但是，如果所發(fā)電能要通過蓄電池保存起來，則會造成一定的環(huán)境污染。而氫氣是一種非常好的綠色無污染能源。提供了一種小型離網(wǎng)潮汐能制氫裝置，將潮汐能所發(fā)的電量直接轉(zhuǎn)換成氫氣儲存起來是一種非常綠色環(huán)保的做法。

關(guān)鍵詞：潮汐能；氫氣；清潔能源；小型離網(wǎng)潮汐能制氫裝置

中圖分類號：TQ116.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.079

潮汐能是潔凈的可再生能源。開發(fā)和利用潮汐能，對于緩解我國能源危機(jī)有重大的意義。世界潮汐能發(fā)電廠歷史悠久，潮汐發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟。然而，目前，潮汐能發(fā)電依然用蓄電池儲存，很容易造成環(huán)境污染。鑒于氫能是一種新型的清潔能源，所以，本文提供了一種小型離網(wǎng)潮汐能制氫裝置，將潮汐能發(fā)電制氫儲存起來。這樣做，具有非常實際的應(yīng)用價值和環(huán)保意義。

1 潮汐發(fā)電和電解水制氫儲能優(yōu)點

潮汐能是月球和太陽等天體的引力使海洋水位發(fā)生潮汐變化而產(chǎn)生的能量。潮汐發(fā)電是利用潮水的漲、落產(chǎn)生的水位差所具有的勢能來發(fā)電。

潮汐能作為一種清潔能源，不受氣候條件的影響，是一種穩(wěn)定的能源。潮汐具有準(zhǔn)確的周期性規(guī)律，可進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測。潮汐能是可再生能源，對環(huán)境污染小。與火電相比，潮汐發(fā)電不會排放各種有害廢物和氣體；與核電相比，潮汐電站不存在核電站建設(shè)拆除和安全防護(hù)的高昂費(fèi)用，沒有無放射性和化學(xué)物質(zhì)污染；與水電相比，潮汐電站無需移民，不會淹沒農(nóng)田，對生態(tài)環(huán)境的破壞比較小；與風(fēng)電相比，潮汐電站的發(fā)電效率更高。

氫儲能技術(shù)具有儲存時間長、反應(yīng)時間快、沒有污染等優(yōu)勢。這種新型的儲能方式尤其適用于偏遠(yuǎn)山區(qū)和島嶼上的新能源供電儲能系統(tǒng)中，潮汐能也主要運(yùn)用于海邊或島嶼上。本文提供一種小型離網(wǎng)潮汐能制氫裝置，將潮汐能發(fā)電產(chǎn)生的電能通過電解水制氫，以氫能的形式儲存起來，具有非常實際的應(yīng)用價值和環(huán)保意義。

2 現(xiàn)在的儲能技術(shù)

目前，在發(fā)電儲能領(lǐng)域中，大多使用鋰離子電池儲能。在使用鋰離子電池儲能的過程中，會給環(huán)境造成一定的污染。科學(xué)家考慮了其他的儲能手段，比如化學(xué)儲能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等，都會在不同程度上出現(xiàn)容量小、效率低、成本高和污染嚴(yán)重等問題。而制氫儲能是一種清潔無污染的儲能技術(shù)。儲氫方式分為物理儲氫和化學(xué)儲氫兩大類，物理儲氫主要有液氫儲存、高壓氫氣儲存、活性碳吸附儲存、碳纖維和碳納米管儲存等；化學(xué)儲氫法主要有金屬氫化物儲氫、有機(jī)液氫化物儲氫、無機(jī)物儲氫等。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該裝置的設(shè)計目的是以低成本提供一種小型離網(wǎng)潮汐能制氫裝置。它主要包括控制模塊、渦輪組、發(fā)電機(jī)、水電解槽、儲氫模塊、安全閥門、壓力傳感器和WIFI模塊。其中，發(fā)電機(jī)采用直流發(fā)電機(jī)，可選用24 V或48 V直流發(fā)電機(jī)；控制模塊可選用單片機(jī)控制。

該裝置的工作原理如圖1所示。其中，渦輪組與發(fā)電機(jī)相連，利用潮汐能帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)與渦輪組和水電解槽相連，將所發(fā)出的直流電直接送往水電解槽進(jìn)行電解制氫。水電解槽與發(fā)電機(jī)和儲氫模塊相連，將水電解槽中陰極所產(chǎn)生的氫氣送至儲氫模塊，儲氫模塊與水電解槽、安全閥門相連，儲氫模塊中有壓力傳感器連至控制模塊，儲氫模塊用于存儲氫氣。壓力傳感器實時采集儲氫模塊中的壓力送至控制模塊，控制模塊與壓力傳感器、安全閥門、WIFI模塊相連，實時監(jiān)測儲氫模塊中的壓力數(shù)值。當(dāng)壓力達(dá)到初始設(shè)定的報警閾值時，通過WIFI模塊發(fā)出報警信息，當(dāng)壓力達(dá)到初始設(shè)定的安全閾值時，打開安全閥門，將多余氫氣排出。安全閥門與儲氫模塊和控制模塊相連，受控制模塊驅(qū)動，用于排除多余氫氣，保護(hù)儲氫模塊。WIFI模塊與控制模塊相連，用于遠(yuǎn)程通信。

3.2 工作流程

如圖1所示，渦輪組受潮汐驅(qū)動，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，將發(fā)出的直流電直接送至水電解槽進(jìn)行電解制氫。將陰極的氫氣送至儲氫模塊存儲，控制模塊通過壓力傳感器監(jiān)測儲氫模塊的壓力。當(dāng)壓力達(dá)到初始設(shè)定的報警閾值時，通過WIFI模塊發(fā)出報警信息；當(dāng)壓力達(dá)到初始設(shè)定的安全閾值時，打開安全閥門，將多余氫氣排出。將產(chǎn)生的氫氣收集起來即可實現(xiàn)能源的儲存。

4 結(jié)束語

潮汐能發(fā)電制氫儲能技術(shù)是利用潮汐能和氫能2種清潔的可再生能源，減少二氧化碳的排放量，對環(huán)境污染少。制氫儲能技術(shù)不僅可以節(jié)省大量的蓄電池更新費(fèi)，還可以減少蓄電池造成的污染。毋庸置疑，本文提供的小型離網(wǎng)潮汐能制氫裝置是通過潮汐能發(fā)電制氫儲能的，在國內(nèi)外有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]韓超.潮汐能發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r與前景[J].電子制作，2013（06）.

[2]沈東芳，楊會，程澤梅，等.潮汐能開發(fā)對環(huán)境影響分析探討[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2014（04）.

[3]李慶勛，劉曉彤，劉克峰，等.大規(guī)模工業(yè)制氫工藝技術(shù)及其經(jīng)濟(jì)性比較[J].天然氣化工（C1化學(xué)與化工），2015（01）.

〔編輯：白潔〕