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(guò)蓄電池保存起來(lái)，則會(huì)造成一定的環(huán)境污染。而氫氣是一種非常好的綠色無(wú)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(chǔ)存起來(lái)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(hào)：TQ116.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.19.079

潮汐能是潔凈的可再生能源。開(kāi)發(fā)和利用潮汐能，對(duì)于緩解我國(guó)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(chǔ)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(chǔ)存起來(lái)。這樣做，具有非常實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值和環(huán)保意義。

1 潮汐發(fā)電和電解水制氫儲(chǔ)能優(yōu)點(diǎn)

潮汐能是月球和太陽(yáng)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(shì)能來(lái)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(cè)。潮汐能是可再生能源，對(duì)環(huán)境污染小。與火電相比，潮汐發(fā)電不會(huì)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(méi)有無(wú)放射性和化學(xué)物質(zhì)污染；與水電相比，潮汐電站無(wú)需移民，不會(huì)淹沒(méi)農(nóng)田，對(duì)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(chǔ)能技術(shù)具有儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)、反應(yīng)時(shí)間快、沒(méi)有污染等優(yōu)勢(shì)。這種新型的儲(chǔ)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(chǔ)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(guò)電解水制氫，以氫能的形式儲(chǔ)存起來(lái)，具有非常實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值和環(huán)保意義。

2 現(xiàn)在的儲(chǔ)能技術(shù)

目前，在發(fā)電儲(chǔ)能領(lǐng)域中，大多使用鋰離子電池儲(chǔ)能。在使用鋰離子電池儲(chǔ)能的過(guò)程中，會(huì)給環(huán)境造成一定的污染。科學(xué)家考慮了其他的儲(chǔ)能手段，比如化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能等，都會(huì)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(wèn)題。而制氫儲(chǔ)能是一種清潔無(wú)污染的儲(chǔ)能技術(shù)。儲(chǔ)氫方式分為物理儲(chǔ)氫和化學(xué)儲(chǔ)氫兩大類，物理儲(chǔ)氫主要有液氫儲(chǔ)存、高壓氫氣儲(chǔ)存、活性碳吸附儲(chǔ)存、碳纖維和碳納米管儲(chǔ)存等；化學(xué)儲(chǔ)氫法主要有金屬氫化物儲(chǔ)氫、有機(jī)液氫化物儲(chǔ)氫、無(wú)機(jī)物儲(chǔ)氫等。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該裝置的設(shè)計(jì)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(chǔ)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(dòng)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(chǔ)氫模塊相連，將水電解槽中陰極所產(chǎn)生的氫氣送至儲(chǔ)氫模塊，儲(chǔ)氫模塊與水電解槽、安全閥門相連，儲(chǔ)氫模塊中有壓力傳感器連至控制模塊，儲(chǔ)氫模塊用于存儲(chǔ)氫氣。壓力傳感器實(shí)時(shí)采集儲(chǔ)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)氫模塊中的壓力數(shù)值。當(dāng)壓力達(dá)到初始設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)，通過(guò)WIFI模塊發(fā)出報(bào)警信息，當(dāng)壓力達(dá)到初始設(shè)定的安全閾值時(shí)，打開(kāi)安全閥門，將多余氫氣排出。安全閥門與儲(chǔ)氫模塊和控制模塊相連，受控制模塊驅(qū)動(dòng)，用于排除多余氫氣，保護(hù)儲(chǔ)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(dòng)，帶動(dòng)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(chǔ)氫模塊存儲(chǔ)，控制模塊通過(guò)壓力傳感器監(jiān)測(cè)儲(chǔ)氫模塊的壓力。當(dāng)壓力達(dá)到初始設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)，通過(guò)WIFI模塊發(fā)出報(bào)警信息；當(dāng)壓力達(dá)到初始設(shè)定的安全閾值時(shí)，打開(kāi)安全閥門，將多余氫氣排出。將產(chǎn)生的氫氣收集起來(lái)即可實(shí)現(xiàn)能源的儲(chǔ)存。

4 結(jié)束語(yǔ)

潮汐能發(fā)電制氫儲(chǔ)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(duì)環(huán)境污染少。制氫儲(chǔ)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(guò)潮汐能發(fā)電制氫儲(chǔ)能的，在國(guó)內(nèi)外有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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〔編輯：白潔〕