预磁极化条件下PEM水电解制氢特性与效率研究

为提高质子交换膜（proton exchange membrane,PEM）水电解制氢速率、降低电解所需能耗,针对磁场预极化条件下蒸馏水的分子极性和应力特性进行研究,通过构建磁场环境下氢质子的能级跃迁微观物理模型与磁化矢量——极化氢质子浓度对应的宏观数学模型,对不同磁场强度下电解液的离子电导率、电流密度和制氢速率进行定性和定量分析,并利用自主搭建的可调节预磁极化PEM水电解制氢试验平台对所提出方法的有效性进行重复试验。试验结果表明,经过预磁极化处理的蒸馏水电导率提高了2~3倍,且随着磁场强度的增加,PEM电解电流密度不断增大,极间电圧不断减小,制氢速率明显提升。     

水电解制氢工艺的节能分析

水电解制氢过程的电能消耗很大,一般占我厂电能消耗的三分之一。因此,想方设法降低水电解制氢的能耗,具有十分重要的意义,本文从降低极间电压,在电解液中加入添加剂以及电解槽的低电流密度经济运行等三个方面对水电解制氢过程进行了节能分析。     

太阳能光伏-PEM水电解制氢直接耦合系统优化

利用水电解制氢进行氢储能是我国可再生能源弃电问题的解决方案之一。本文建立了太阳能光伏阵列与质子交换膜（proton exchange membrane, PEM）水电解直接耦合系统的分析模型,研究耦合系统优化运行工况。结果表明,天气变化易导致直接耦合系统工作点偏离光伏最大功率点,引起耦合失配并降低太阳能利用率。通过匹配太阳能光伏阵列串并联结构和水电解器工作槽数进行“粗调”,改变PEM水电解器工作温度进行“精调”,可使直接耦合系统工作在最大功率点附近,使系统能量损失最小。本研究为太阳能光伏-PEM水电解氢储能直接耦合技术的运行策略和优化奠定了理论基础。     

碳氢辅助水电解制氢研究进展

氢是理想的能源载体,制氢方法中较环保的方式为电解水制氢,但电解水制氢能耗高,用碳氢物质辅助水电解可降低能耗。本文围绕该制氢方法的研究进展进行综述,主要包括碳氢辅助水电解的原理、电解池结构设计及优化、电解过程的实验研究和计算模拟等。目前该制氢方法的瓶颈主要在电极材料上,Pt、Pd、Ru和Ir等贵金属的使用提高了制氢成本,未来研发方向应该在Ni等廉价金属或非金属复合材料上;在电解过程中气泡的产生会增大电解电压,导致能耗提高,如何更好地排出气体也将是今后研究的重点;在建模方面,三维模型相比于二维模型能更好地体现物质运动规律。     

离子污染对质子交换膜电解制氢的影响研究进展

质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)电解制氢运行灵活,具有优异的可再生能源波动适应性,是极具发展前景的绿色制氢技术。然而,在实际PEM电解制氢运行过程中,可能存在离子污染,对PEM电解堆的性能以及运行寿命产生很大影响。为此,首先分析了离子污染的来源,一方面来自水中的残余金属阳离子,如Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等,另一方面来自电解堆内部关键材料和系统水循环管路因化学或电化学腐蚀产生的痕量金属离子,如Fe³⁺、Cu²⁺、Ni²⁺等;然后综述了不同离子污染对电解性能的影响,包括欧姆过电位、阴极反应过电位与阳极反应过电位;最后,综述了离子污染缓解策略,即如何避免规模化电解制氢过程中杂质离子污染带来的能效和成本问题。     

质子交换膜电解水制氢技术在电厂的应用

质子交换膜(PEM)电解水制氢技术具有工作电流密度高,电解效率高,反应无污染、质量轻、结构紧凑等优点,该技术的小型电解水制氢设备在发电厂氢冷发电机组领域具有广泛的应用前景。首先介绍了PEM电解水制氢技术的工作原理及技术优势,通过与碱性电解水制氢技术方案的定量结果进行对比,分析了PEM电解技术在电厂氢冷发电机组方面应用的技术方案、设备组成及经济可行性,进一步展望了PEM电解水技术在电厂及其他民用领域的发展前景。     

太阳能驱动的固体氧化物电解池制氢系统性能研究

采用太阳能驱动电解水制氢是实现将太阳能转换为氢能来存储的最佳方式。该文提出一种采用光伏、光热协同驱动固体氧化物电解池（SOEC）进行高温蒸汽电解的制氢系统。建立各子系统数学模型,选取北京地区夏至日气象参数,分析太阳辐照度对制氢系统的性能影响,最后对整个系统进行能量及火用分析。结果表明,电流密度和温度是影响SOEC工作的重要因素。在电流密度较大的情况下升高温度,将有利于提高电解效率。耦合太阳能后系统最大能量及火用效率分别达到19.1%和20.3%。火用分析结果表明系统最大有用功损失发生在光电转换过程,火用损比例为87%。提升光电效率,将成为提高太阳能-氢能转换效率的关键。     

基于热力学平衡的高温固体氧化物电解水制氢模拟

通过热力学、动力学及通量平衡分析,采用Aspen Plus软件建立固体氧化物电解(SOEC)制氢的热力学平衡模型,并与实验结果进行对比验证。分析运行温度、压力、阴极水蒸气摩尔分数和阳极空气流量对系统运行特性的影响,并建立考虑余热利用的SOEC制氢系统模型,研究余热利用对制氢效率的影响。当电流密度为1.0 A/cm~2时,不同操作条件下的系统可利用热量占总输入能量的比例在26.53%～46.63%之间;在采用余热利用时,余热利用率可达52.27%以上,系统制氢效率可提高14.43%～26.54%。在1223.15 K、0.1 MPa下,阴极通入50 mol/h含水量为50%的氢气、阳极通入10 mol/h空气,电流密度约为0.78 A/cm~2时,制氢效率达到最大值90.56%,与不采用余热利用条件下相比提高约25.89%。     

基于PV/T的质子交换膜电解制氢系统动态性能研究

将太阳能光伏光热综合利用技术（PV/T）与质子交换膜电解水制氢技术（PEMWE）结合，提出基于PV/T的质子交换膜电解制氢系统（PV/T-PEMWE）。系统由PV/T模块与PEM电解槽通过耦合而集成，建立数学模型分析其在白天的动态光电光热性能及制氢性能，并在相同条件下将其性能与光伏电解制氢系统（PV-PEMWE）进行对比。结果表明：PV/T系统全天总发电量为0.5 kWh，电效率维持在13%～15%之间，总发热量为9.4 MJ，热效率维持在30%～40%之间；PV/T-PEMWE系统制氢效率高于PV-PEMWE系统，PV/T-PEMWE系统全天的制氢量为153 L，平均制氢速率约为19 L/h。     

用添加剂法降低水电解制氢电耗

用添加剂法降低水电解制氢电耗山东龙海集团段吉江１前言水电解制氢作为一种重要的制氢方法，被电子、冶金、医药、人造刚玉、玻璃及化学工业广泛采用。水电解制氢投资少，见效快，操作简单。仅我国目前就有４００余家工厂采用水电解法制氢。水电解制氢需消耗大量的电能，...     

基于等电量置换的光伏制氢一体化应用理论分析

提出等电量置换概念,即在稳定制氢的基础上,光伏出力较高时将富余电力上网,光伏出力不足时,将上网的富余电力用于制氢,从而降低水电解制氢设备装机量,并提高水电解制氢设备的有效利用时间和光伏发电制氢的有效比例,降低水电解制氢设备的固定投资。最后,给出光伏实际出力曲线,阐述等电量置换在光伏制氢一体化工程项目设计中的重要意义。     

浮法玻璃生产中氨分解制高纯氢气源的开发应用

浮法玻璃生产中需用大量高纯氢(氮)混合气作还厚性保护气。以往所用高氢气国内外均采用水电解制氢工艺,存在能耗高、制氢成本高、一次投资高、装置占地大等缺点。 以工业液氨为原料,在催化剂存在下,经高温加热分解、净化,获得按一定比例的氢氮混合气。这一混合是可达到比水电解氢气更高的纯度,并且工艺过程具有能耗低、制氢成本低、一次投资低,装置占地小等优点。杭州浮法玻璃厂将原水电解制氢工艺(60Nm~3/h)改     

地表水水源热泵输配系统优化模型的研究

以输配能耗最小为目标,室内舒适和建筑节能相关要求为约束条件,利用MATLAB的优化工具箱,对地表水水源热泵输配系统的优化模型进行研究,确定影响地表水水源热泵输配系统能耗的主要因素。应用此方法对水源热泵实验系统进行了应用分析,得到了系统随负荷率变化的冷却水和冷冻水变流量优化运行方案。对于大部分时间处于部分负荷运行的系统,优化运行比定流量运行可减少能耗10%以上。该优化模型能方便地应用于实际工程,为输配系统的设计和运行提供最佳参数,实现随负荷变化的流量调控,从而有效降低水源水输配能耗,提高系统能效。     

一次泵变速变流量系统的最优化运行

以冷却泵、冷冻泵和冷水机组总能耗最小为最优化目标,取冷却水流量率、冷水出口温度和冷水流量率为优化参数,建立一次泵变速变流量系统总能耗优化模型,利用MATLAB编制了负荷率为80%的某实际制冷系统的优化程序。结果表明,负荷减少时合理控制运行参数可降低空调系统运行费用。     

重力对PEM燃料电池性能的影响

水对质子交换膜(PEM)燃料电池的性能有极其重要的影响,良好的水管理是PEM燃料电池保持高性能的必要条件.通过试验,观察了在重力作用下液态水对PEM燃料电池性能及其内部传质的影响,分析了PEM燃料电池单体电极的不同摆放位置对其性能的影响.试验结果发现:在电流密度较小时,重力对PEM燃料电池性能的影响不明显,电流密度较大时,重力对PEM燃料电池性能的影响比较明显.试验结果对优化PEM燃料电池的结构和水管理有一定的参考价值.     

电解水制氢厂站经济性分析北大核心CSCD

氢能是支撑智能电网和可再生能源发电规模化的最佳能源载体,发展电解水制氢是实现碳减排的重要技术路径。当前,电解水制氢成本较高,尚不具备在工业、交通、建筑等领域大规模应用的竞争力。本文对电解水制氢厂站的全生命周期成本进行研究,比较不同技术路线下电解水制氢的成本构成。结果表明,设备购置成本、电力成本和设备耐久性是影响电解水制氢综合成本的关键因素。碱性电解槽由于具有更低的设备购置成本,综合制氢成本低于质子交换膜电解槽。提高电解槽运行温度、开发高效率电解槽以及提高电解槽耐久性可显著降低电解制氢厂站的全生命周期电耗,从而降低制氢综合成本。分析表明,每降低制氢电耗1 k Wh/Nm^(3),可降低氢气平准化成本幅度为1.1 P元/Nm^(3)(P是电价,元/kWh);当电价更低时,氢气的平准化成本也相应降低,电价降低0.01元/kWh,氢气平准化成本的降幅为0.057元/Nm^(3)。     

5×10~4m~3/h(标准)制氢装置低负荷生产运行分析

中国石油锦西石化公司5×10~4m~3/h(标准)制氢装置在43%负荷、50%负荷与75%负荷时生产运行状况表明,装置低负荷运行时,通过提高水碳比、调整配氢量和降低转化炉出口温度等措施优化转化炉操作,水碳比提高到4.7,较设计值提高1.7个单位,配氢量为天然气进料量的25%,较设计值提高15个百分点,转化炉炉膛最高温度控制在950℃,较设计值降低60℃以上,转化出口温度控制在760℃,较设计值降低100℃以上,保障转化炉平稳运行;通过调整空冷入口温度和除盐水预热器换热负荷等措施,优化中变气换热系统,保证设备不超温、除氧器上水温度不超温和除氧水质量合格;转化进料不能再降低的前提下,适当提高PSA系统吸附时间,降低氢气回收率,仅为73.12%,较设计值降低16.88个百分点,减少产氢外送量。同时,针对低负荷运行出现的问题,提出中变气换热系统低温热回收、过剩除氧水回收和炉膛氧含量自动控制等合理化建议。     

洛阳石化2号催化裂化装置节能降耗措施与效果

洛阳石化2号催化装置为同轴式运行模式,2011年1月至2012年8月,采取了停用E1315A-D及优化空冷风机运行,降低水消耗,烟机发电,优化蒸汽网络等节能措施.2011年9月大检修后,实施解吸塔底热源改造、E1303与E1304水冷器改串联等节能项目.在原料劣质化程度加重的情况下,投用终止剂,适当提高剂油比,提高原料预热温度,改善原料雾化效果,控制好催化剂性能,试用CRA降焦助剂,使生焦率由7.0％降至6.5％;同时做好闪蒸塔原料的优化,以确保装置能耗的降低.2012年6～7月装置低负荷运行情况下,采取了投用预提升干气的优化措施,投用预提升于气不仅可以降低蒸汽能耗,而且可以抑制重金属脱氢反应,降低装置生焦率,进一步降低装置能耗.通过以上节能优化,装置能耗从2011年1月的57.52kg标油/t降至2012年8月的41.80kg标油/t.     

基于数据分析的燃煤机组制粉系统与配风方式优化

针对某600MW燃煤机组制粉系统及配风方式优化,在其历史运行数据库的基础上,采用改进关联规则挖掘算法对磨煤机一次风量、给煤机速率、磨煤机出口风压及二次风门开度等参数进行挖掘,得到了优化后全工况下各运行参数的最优参考值.结果表明:在中低负荷段,保证煤量要求的前提下,减少磨煤机台数能够降低制粉系统运行能耗;在相同磨煤机组合方式下,优化后工况的净单位发电量明显提升,有效降低了制粉系统运行能耗;优化后的二次风配风方式呈束腰型分布,在保证稳燃的同时提高了锅炉效率,降低了NO_x的生成量.     

一次泵变频调速变流量系统的节能优化

以一定制冷量时的冷却水泵、冷冻水泵和冷水机组总能耗最小为最优化目标，选取冷却水流量率、冷冻水出口温度和冷冻水流量率为优化参数，建立了一次泵变频调速变流量系统总能耗的优化模型，并利用MATLAB（Matrix laboratory）为平台编制了数学模型解算程序。以一负荷率为80％的实际制冷系统为例进行分析，结果表明，当负荷减少时，合理减少水泵流量、降低水泵能耗可以使空调系统的运行费用大大降低。