[实用新型]以太阳能及生物质气化为基础的氢能产储输用一体化装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及氢能的高效利用技术领域，尤其是一种以太阳能及生物质气化为基础的氢能产储输用一体化装置。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的关键性要素之一，也是国民经济和社会发展的重要物质基础。但现有的能源供应体系主要依赖于煤炭和石油等化石燃料，过度使用化石燃料已对环境产生了严重污染，并加剧了全球气候变暖。就中国而言，以煤炭为主导的能源结构已严重制约当前经济和社会的高速发展，同时过高的石油对外依存度已严重威胁到国家能源安全。与此同时，化石燃料的不可再生性和日益增长的能源需求之间的矛盾也正急剧凸显，寻求清洁的可再生的替代能源已成为当前亟待解决的难题。

近年来，各国的研究人员将目光投向了氢能，氢是自然界中最普遍的元素，据估计它占宇宙总质量的75％。氢气的燃烧效率和热值都非常高，相同质量下纯氢的热值几乎相当于当前汽车动力燃料(汽油、柴油等)燃烧热值的2.8倍。同时氢气的燃烧产物仅为水，不会对环境造成污染。

目前主要利用水分解制氢、天然气重整制氢、煤气化制氢等方式来生产氢气，虽然氢气作为终端产品属于清洁能源，但氢气的生产过程却需消耗大量的化石燃料或优质的电能。在天然气重整反应中，现有的技术是直接燃烧天然气以提供反应所需要的热量，但天然气的最高理论燃烧温度能达到2300℃，而天然气重整制氢的反应温度仅为800～1000℃，温度之间的不匹配将造成严重的能量品位损失，煤气化制氢技术同样存在此类问题。已有的化石燃料制氢技术均采用直接燃烧原料的方式来提供反应热，虽然可以简化流程结构，但是所造成的环境污染和能量品位损失也是不可忽略的。

另一方面，根据资源的分布特性和城市土地资源的宝贵性，使得氢气的生产设施往往建设在远离用户中心等偏远地区，由此远距离输送氢气成为了必然，而现有的输运方式主要包括气态氢输送和液态氢输送。气态输送方式通常是将氢经加压至一定压力后通过长管拖车等工具进行输送，一般利用由9个直径约为0.5m、长约10m、设计工作压力为20MPa的钢瓶组成的管束，但高压充气钢瓶中的氢重量仅占1.6％左右，即输运过程做了大量无用功，还需消耗大量氢气压缩功，而且储氢压力容器也存在诸多安全隐患。而液体输送方式是将氢深冷至21K液化后，再利用槽罐车或者管道进行输运，虽然其体积能量密度分别为常压下氢和15MPa输运压力下氢的845倍和6.5倍，但是氢气液化过程中消耗大量的冷却能量约占其储存能量的30％，而且液氢易泄漏不能长期保存，还需采用各类技术手段保持液化罐的热绝缘性以降低蒸发损失。

相对化石燃料而言，我国的太阳能资源非常丰富，年平均日太阳辐射量为180W/m²，并表现出西高东低的太阳能地域分布特点，我国的西藏、青海等新疆等西部地区年日照时间更是在3000小时以上，属世界太阳能资源丰富地区之一。与此同时，中国的生物质秸秆年产量为8.42亿吨，可收集利用量达到6.86亿吨，利用前景非常广阔。因此，可以充分利用这些清洁的可再生能源来生产氢，这不仅将有助于降低化石燃料的消耗，同时也能够实现低品质可再生能源向高品质氢能的转变。

现有的氢输运装置虽然是直接将纯净的氢送往氢站等用户，但是输运的效率很低，而且在输运和储存过程中还存在诸多安全性问题。应当寻找一种易由氢气合成、且易分解成氢气的中间载体，以提高氢气的储存稳定性，不仅能借助现有的输运体系实现安全输送，还可降低对用户侧的技术要求。

着眼于未来的能源发展方向，不仅要求具备清洁且高效的氢能转化技术，同时在氢能的生产、储存和输运侧也应追求无污染、低成本。在借助丰富的太阳能和生物质等可再生能源生产氢的同时，通过构建科学合理的氢能产储输用一体化装置有助于氢能的推广与应用，为有效地缓解日益增长的能源需求和有限的化石能源储量之间的矛盾提供途径。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种以太阳能及生物质气化为基础的氢能产储输用一体化装置，以充分利用可再生能源来生成氢气，借助甲醇这个优质载体来实现氢能的高效存储和远距离输运，并缓解当前资源分布与经济发展间不均衡等问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供了一种以太阳能及生物质气化为基础的氢能产储输用一体化装置，包括产氢子装置、储氢子装置、输氢子装置和用氢子装置四部分，其中：