风能作为重要的可再生能源,如果能够加以利用将会是达成碳达峰目标、实现碳中和愿景的重要路径,而利用发力发电,再利用电力电解水制取氢气储存,并在后续需要时燃烧氢气进行发电显然是实现风能合理利用愿景的重要手段。该工艺流程其实是将风力发电和电解水制氢两个工艺进行了结合,那么
风力发电制氢主要工艺流程有害气体有哪些呢?一般而言,主要包括六氟化硫、二硫化碳、甲烷、硫化氢、氢气、氧气等,而在现场安装使用
风力发电制氢有害气体报警器就是为了对这些有害气体的浓度值进行检测,避免发生危险。
风力发电制氢主要技术原理:
风电制氢的基本思路是将风力所发电量超出电网接纳能力的部分采用非并网风电模式直接用于电解水制氢,产生的氢气经过储存运输,应用于氢燃料电池汽车等。风电制氢技术系统配置如下图所示。整套系统包括风力发电机组、控制/转换系统、制氢系统、储氢/氧系统、燃料电池发电系统和输送系统等。其中,控制/转化单元是整套系统最重要的部分。控制/转化单元根据收集的实时信息对上网功率、制氢功率及燃料电池发电功率进行决策,是保证系统安全可靠稳定运行的基础。
风力发电的主要技术原理:
风力发电是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。风力发电站主要由机头、转体、尾翼、叶片组成,各部分功能为:叶片用来接受风力并通过机头转为电能,尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能,转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能,机头的转子是永磁体,定子绕组切割磁力线产生电能,最后将电能储存在高压电站中。
电解水制氢的主要技术原理:
1、
固态氧化物电解水制氢
效率最高,但工作温度高(700~900℃),寿命较低,电解槽启停不便,目前仍处于初期示范阶段,不适合应用于海上风电制氢;
2、
固体聚合物阴离子交换膜电解水制氢
工作温度较低(40~60℃),能够实现快速启停,现尚处于实验室研发起步阶段,短期内无法应用于海上风电制氢;
3、
碱性电解水制氢
是已充分产业化的成熟技术,工作温度适中(70~90℃),但启停响应时间较长,电流密度较低,存在渗碱污染环境问题,且需要对碱性流体进行复杂的维护。此外,生产氢气的输出压力较低,储运时需要额外加压,一定程度上削弱了初期投资成本较低的优势。综合来看,碱性电解水制氢技术更适用于陆上电解水制氢方案;
4、
PEM电解水制氢
是未来极具发展前景的绿氢制取技术,现已进入初步商业化阶段,与碱性电解水制氢相比,工作温度更低(50~80℃),启动时间更快,电流密度增加到5倍,运行更灵活,利于快速变载,与波动性和间歇性较强的海上风电具有良好的匹配性。而且电解槽结构紧凑,占地面积更小,氢气输出压力更高,无腐蚀性介质污染,更加安全可靠,因此特别适合应用于海上集中式或分布式电解水制氢。
风力发电制氢主要有害气体:
1、
六氟化硫
主要存在于风力发电后高压变电站内;六氟化硫,在常温常压下是一种无色无味的气体,既不属于可燃易爆气体,同时也不属于对人体有毒有害气体,但是其浓度过高时就是一种窒息剂,会导致呼吸困难、喘息、皮肤和黏膜变蓝、全身痉挛,情况严重时会出现四肢麻木,甚至窒息死亡。六氟化硫的职业接触限值PC-TWA为6000mg/m3,临界不良健康效应为窒息。
2、
二硫化碳
主要存在于油漆中,会缓慢挥发到空气中;二硫化碳,在常温常压下是一种类似乙醚气味的无色或淡黄色透明液体,具有一定挥发性,其挥发蒸汽既属于可燃易爆气体,同时又属于对人体有毒有害的气体。作为可燃易爆气体时,二硫化碳的爆炸极限为1.0%~60.0%VOL,环境空气中的二硫化碳气体浓度处于此范围内时,遇明火、电弧、火花、高温等就会发生爆炸;而作为对人体有毒有害气体时,二硫化碳的职业接触限值PC-TWA为5mg/m3,PC-STEL为10mg/m3,临界不良健康效应为眼及鼻黏膜刺激,周围神经系统损害。
3、
甲烷
甲烷(CH4),主要存在于废物堆积处,在湿润厌氧的环境中经过有机物的生化降解而构成。甲烷的爆炸极限为5.0%~15.4%VOL,遇空气或氧气后,在一定条件下构成一种高度易爆的混合气体,遇火花、高温、明火等就会发生爆炸。此外,甲烷对人基本无毒,但浓度过高时,使空气中氧含量明显降低,使人窒息。当空气中甲烷达25%-30%时,可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共济失调。若不及时远离,可致窒息死亡。
4、
硫化氢
在常温常压状态下是无色、具有腐烂臭鸡蛋气味的气体,剧毒,是强烈的神经毒素,对粘膜有强烈刺激作用。硫化氢是一种急性毒性物质,吸入少量高浓度硫化氢,可在短时间内致死。低浓度硫化氢对眼睛、呼吸系统和中枢神经系统有影响。硫化氢的职业接触限值MAC为10mg/m3,临界不良健康效应为神经毒性、强烈黏膜刺激。
5、
氢气
氢气在常温常压状态下是一种无色无味极易燃烧且难溶于水的气体,氢气是发生炉中煤炭和水发生化学反应生成的主要气体之一,在整个煤制氢装置区内氢气的平均浓度值要明显高于正常环境中的H2浓度水平。氢气属于极易发生燃爆的气体,爆炸极限为4%~75.6%VOL,水煤气制氢装置区内环境空气中的的氢气浓度值处于此范围内时遇明火、电弧、火花、高温等就会发生爆炸。
6、
氧气
以人体安全为基准,氧气浓度值最小不得低于19.5%VOL,低于此浓度环境中的氧气浓度含量就处于欠氧状态,对人体健康不利;而氧气浓度的正常最大浓度不得超过23.5%VOL,高于此浓度值即为富氧状态,长期处于过氧状态下同样对人体是不利的,情况严重时甚至会导致死亡,应引起足够的重视。
以采用进口高精度气体传感器的ERUN-PG51S6
固定在线式有毒有害气体检测报警仪为例,可以同时检测并显示六氟化硫、二硫化碳、甲烷、硫化氢、氢气、氧气等气体的浓度值,超标声光报警,并联锁自动控制排气风机的启停,测量数据结果可通过分线制4-20 mA模拟信号量或总线制RS 485(Modbus RTU)数字量信号以及无线模式传输,通过ERUN-PG36E气体报警控制器在值班室实时显示有害气体的浓度值,并相应的触发报警动作。
风力发电制氢有害气体检测报警仪技术参数:
产品型号:ERUN-PG51S6
检测气体:SF6、CS2、CH4、H2S、H2、O2
量程范围:0~1、10、100、1000、5000、50000ppm、100%LEL、20%、50%、100%Vol可选,其他量程可订制
分 辨 率:0.001ppm(0-10ppm高精度)/0.01ppm(0~10 ppm);0.01ppm(0~100 ppm),0.1ppm(0~1000 ppm),1ppm(0~5000 ppm以上); 0.1%LEL;0.01%、0.001%Vol
方法原理:电化学、催化燃烧、红外、半导体、PID光离子等可选
精度误差:≤±2%F.S.(更高精度可订制)
显示方式:报警器2.5寸彩屏现场显示浓度值;控制器主机9寸彩屏值班室显示浓度值
报警方式:现场声光报警,值班室声光报警
数据传输:4-20mA、RS485,可选无线传输
防护功能:IP66级防水防尘
防爆功能:隔爆型,Ex d ⅡC T6 Gb级防爆
以上就是关于
风力发电制氢主要工艺流程有害气体的相关介绍,利用弃风电力,解决风电大发或电网容量有限时产生的弃风问题,同时有效降低制氢成本;同时风能也是可再生能源,能够减少温室气体的排放。但是在整个风力发电制氢工艺流程中,由于电力储存和水电解制氢工序过程存在六氟化硫、二硫化碳、甲烷、硫化氢、氢气、氧气等有害气体,因此需要在现场安装使用
风力发电制氢有害气体报警器,以免发生气体燃爆或人员中毒等风险。