• 綠色新風尚——綠電 綠氫 綠氨
    分類:科學普及 來源:現代煤化工 發布時間:2022-05-06 瀏覽次數:5023

    綠色新風尚——綠電 綠氫 綠氨

    什么是綠電?

     “綠電”,即綠色電力,是指通過零二氧化碳排放(或趨近于零二氧化碳排放)的生產過程得到的電力?!熬G電”主要來源于清潔能源,包括太陽能、風能、生物質能等。目前,我國的“綠電”主要以太陽能光伏發電和風力發電為主。

    綠電新風尚

    使用綠色電力可以減少二氧化碳等溫室氣體排放。據統計,每使用1兆瓦時綠色電力,可減少二氧化碳排放約838千克。綠電交易有效滿足企業綠色轉型的“剛需”,拓寬終端用戶減排路徑,引導推動全社會形成綠色生產生活方式。

    近年來,國內外越來越多的企業追求實現能源清潔低碳轉型,購買和消費綠色電力的需求日益迫切。寶馬汽車、巴斯夫等跨國企業,都提出在未來十幾年內實現100%綠色電力生產的目標;首鋼等傳統工業企業,期待用綠電生產推動轉型升級;我國許多出口型企業,也希望用綠電生產來增強產品的國際競爭力。

    開展綠電交易,電力用戶通過雙邊交易方式從新能源企業直接購買綠電,既滿足了生產清潔用能的需求,又能獲得權威的綠色環境價值認證,實現經濟、社會、環境效益的高度統一。從長遠來看,采購綠色電力是企業清潔低碳轉型的重要措施,將有力推動綠色電力市場建設,有利于引導全社會形成消費綠電、清潔低碳的新風尚。

    綠電造綠氫=雙倍清潔  

    氫能作為一種熱值高、能量密度大、來源多樣的清潔高效二次能源,被譽為21世紀的“終極能源”。但氫能無法直接從自然界中獲取,必須通過制備得到。傳統制氫路線主要通過煤炭、天然氣等傳統能源制氫,這種制氫模式存在高碳排的問題,給生態環境帶來隱憂。

    綠色氫已成為新主流。所謂綠氫,即利用風能、太陽能等可再生能源發電,再電解水生產氫氣。這種制氫方式從源頭上杜絕了碳排放,是真正意義上的清潔能源。

    已有氫能,為什么要發展氨能

     ? 第一,在防爆方面,氨比氫更為安全。氫的燃點為570℃,爆炸極限為4%-75%,火焰傳播速度在2-3m/s,而氨的燃點為650℃左右,爆炸極限為16%-25%,火焰傳播速度約為幾十厘米每秒。另外,氫無色無味,泄露過程中不容易發現,而氨具有刺激性氣味,在泄露初期更容易被發現解決。因此,在防爆方面,氨的使用比氫的使用具有更好的安全性。

     ? 第二,氨具有存儲優勢。氫的臨界溫度為零下239.96℃,臨界壓力為1.32MPa。氫如果需要在常壓下保持液態形式,則需要將環境溫度繼續降至零下253℃,這不僅將耗費大量的能量制冷,并且由于內外溫差大,氫的氣化不可避免,50立方米的儲氫罐一般會以每天0.4%的速度發生蒸發; 氨的臨界溫度高達132.4℃,此時的臨界壓力也僅11.298MPa。

    氨可以在8.58個大氣壓下、溫度為20℃的環境中以液態的方式儲存,也可以在常壓、溫度為-33℃的條件下儲存液氨。因此,氨的儲存比氫的儲存更簡單。

    由于儲存壓力或儲存溫度較低,氨儲氣瓶的材料厚度(或提供強度或提供保溫)可遠低于氫儲氣瓶,因此氨儲氣瓶占總質量比重低。另外,氨氣可以在常溫下加壓液化儲存,這能避免液氨氣化導致的氣體損失,從而極大地延長儲存時間,這是低溫液氫儲存不可能達到的工況。

    ? 第三,氨具有輸運優勢。首先,氨的體積能量密度是液氫的兩倍。在同樣的容積內,能夠輸送的氨能蘊含能量高一倍。另外,液氫的保存溫度非常低,這需要非常厚的保溫材料。因此儲存的氫氣大約是低溫儲存箱體總質量的20%,體積占總箱體的50%。在實際運輸中,需要消耗許多額外的能量用于儲存罐的運輸。

    ? 第四,氨的基礎設施更為完備。氨是一種常用的化工用品,每年世界對氨的需求量為兩億噸左右,一個廣泛運用的氨輸送體系已經存在,而氫運輸網絡尚處于制定標準的起步階段(氫能剛被列為2022年能源行業標準立項重點方向),以后還需要進行基礎設施建設。

    綠電-綠氫-綠氨

    基于Haber-Bosch電化學體系,用綠氫和氮氣合成綠氨,是制備綠氨的重要途徑。利用電解水制氫技術,由太陽能、風能和潮汐能等可再生能源的電力產生綠電,通過電解槽裝置(堿性或質子膜PEM 、AEM等)將水電解成氫氣和氧氣。

    氫氣經過凈化提純得到99.999%純度的綠氫,氮氣來自于PSA或空分,氫氣、氮氣按一定比例混合后進入氨合成反應器,在反應器內部換熱后進入催化劑床層,并在催化劑的作用下反應,反應后的高溫氣體經過空冷器、水冷器、冷交換器、氨冷器進行冷卻后,進入高壓氨分分離液氨;再將液氨送入罐區液氨儲罐中儲存。


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