CN102453922A - 太阳能制氢系统工程 - Google Patents

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Abstract

一种生产新能源的系统工程，由太阳能→聚热发电→电解水→生产H2和O2，生产出H2和O2，可用压缩法使之液化。石油和煤是人类当前使用最多的能源之一，过度开采和使用已带来许多严重问题——破坏生态环境、自然灾害增多、气候变化异常。而石油和煤的存储量也十分有限的，总有一天会使用枯竭。太阳能是地球上所有能源之源头，充分利用优良的太阳能能源，应是人类的最佳选择和最终选择。本发明直接利用太阳能来生产H2这种新能源。水是地球上是最丰富的物质之一，而H2燃烧后又生成水。因此，将H2作为一种新能源，不失为一种非常经济、非常理想的可循环利用能源。本发明在整个系统工作中不对环境产生任何污染，也不消耗其它资源，完全符合国家倡导的“资源再利用”的政策要求。对保护地球的生态环境、保障社会的可持续发展都有着十分重要的意义。

Description

太阳能制氢系统工程
一、技术领域
H2是有可能取代石油和煤的一种清洁能源H2，燃烧后又生成水，对环境不产生污染，利用太阳能制H2是完全满足“资源节能型，环境友好型”的可再生能源，涉及一种全新的能源开发。
二、背景技术
利用太阳能制H2系统工程涉及现有多项技术：
1.太阳能聚热发电。太阳能发电有两种方式：一种方式是太阳能光伏发电。主要利用太阳能光伏电池，这种方式成本较高，发电效率较低；第二种方式是太阳能聚热发电，这种方式可实现大功率发电，是替代常规发电最经济的手段之一，又称其为(CSP)。在太阳能热利用领域被看着最有可能引起能源革命的技术。
2.电解水技术。电解水是一项较为成熟的技术，通过对水的电解，可得到H2和O2，正好是新能源的两个重要原料。
3.H2的液化存贮技术。电解的H2可用压缩法使之液化。
4.H2能源的利用。目前利用H2作为燃料电池又有可能成为新型电动汽车的动力装置。
全球气候变化和能源短缺已严重影响到人类的生存和社会的发展，是国际社会当前面临的一个亟需解决的重大课题。清洁的新能源开发和利用多年来备受社会关注。若将水电解为H2和O2，H2燃烧后又重新生成水，是一种十分诱人的循环能源，且不产生任何污染，也不消耗宝贵资源。但电解水消耗电能巨大，因而利用现有电能是不经济的，但若利用太阳能聚热发电，又用此电来电解水，则全部利用地球上过去曾被白白浪费掉的太阳能来获得可循环使用的全新能源H2，显然是一项非常环保和节约的系统工程。
三、发明内容
本发明是这样实现的：利用一套真空聚热装置将太阳光的热能聚焦于吸热器内流动的工作油，使工作油被加热至400℃～600℃，再将被加热的油引入储热柜中用于加热循环水，循环水被加热为高压水蒸气后用于蒸汽轮机发电。此项发电效率高于光伏发电，而成本远低于光伏发电。发电后的电能用来电解水，产生H2和O2，，而H2是一种十分优良的新能源，它的燃值极高，燃烧后又生成水。完全适合“资源循环型、环境友好型”的社会需求。
本发明在系统工作过程中，不对环境产生任何污染，也基本上不消耗其它自然资源。这对于石油贮藏量较少的我国来说具有十分重要的意义。
四、附图说明
以下结合附图，对本发明作进一步说明。
图1为真空聚热装置的器件结构图，玻璃材料能很好透过太阳光的热能，而黑化金属的吸热效率较高，金属管与玻璃管之间的真空又能很好的防止被加热的工作油的热量损失。被加热的工作油被置于抛物面反射镜的焦线处，整个装置由太阳方位自动跟踪系统控制，使太阳光在整个加热时间内都基本垂直入射于聚热系统，以保证加热效率始终处在一个很高水平。
图2为水的电解设备。它充分利用电解槽体作正负电极，并尽可能增大电解槽内的工作面积，最大限度地提高电解的效率。
五、实施方式
1.太阳能聚热发电
此项技术的关键为一真空吸热装置，分内管和外套两部分，结构如图1所示。
图中1为可伐法兰盘。2为玻璃管。3为外表面黑化的金属管。4为玻璃管与金属管3之间的空间，该空间应抽真空至10-4帕。5为法兰盘之真空密封橡皮圈。1与2作真空封接，1与3也作真空封接，2尽可能长，考虑到目前的工艺水平，大约做到2米为宜。以上吸热装置可用法兰盘1连接起来，将此吸热安装于抛物线反射镜6聚焦线处。
3内通以工作油或工作熔盐7，成为一个完整的太阳能聚热系统，将此系统与一个太阳方位自动跟踪系统连接，使太阳光基本垂直于聚热装置入射，则可最大限度利用太阳能加热工作油7，此工作油7可加热至400℃～600℃，将此油7再引入储热柜中，与通过储热柜中的循环水作用，将循环水加热至蒸汽，再用此高压水蒸汽与蒸汽轮机工作，最后蒸汽轮机带动发电机发电，此项技术与普通热电厂发电原理基本一致。
2.电解水生产H2和O2
利用太阳能聚热发电得到的电能，经整流后将正负极分别与水电解槽接通，如图2所示，则在负极上产生H2，在正极上产生O2。图中直接用金属槽体3作电极，槽中间隔板1为多孔材料，便于H+和为OH-互相穿透，2为增加电极面积的金属片，以增大气体的产量。
3.H2的液化或储存装置
H2可用压缩方法使之液化，便于存贮和运输，H2又可很好溶入一些多孔金属内部，也能存贮H2。
石油和煤是人类当前使用最多的两种能源，过度开采和使用已带来许多严重的社会问题：一是产生了温室效应，导致冰川融化、气候异常、自然灾害颇发；二是严重破坏了人类赖以生存的地球的生态环境。而石油和煤在地球上的存储量也十分有限，总有一天会枯竭殆尽。人类必须在石油和煤枯竭前开发出新能源。太阳能是地球上所有能源的源头，充分利用优良的太阳能能源，应是人类的最佳和最终选择。
本发明的主要目的是直接利用太阳能来生产H2这种新能源。众所周知，水是地球上是最丰富的物质之一，地球上有2/3的地方被水覆盖，而H2燃烧后又生成水，反复被利用。因此，将H2作为一种新能源，应是一种非常经济、非常理想的可循环利用能源。本发明在整个系统工作中不对环境产生任何污染，也基本上不消耗地球上的其它资源，完全符合国家倡导的“资源再利用”的政策要求。对保护地球的生态环境、保障社会的可持续发展都有着十分重要的现实意义。

Claims (3)

1.保护主题：太阳能制氢系统工程。
这是一种完全清洁、可循环产生新能源的系统工程，由太阳能→聚热发电→电解水→生产H2和O2。
2.基本特征：
(1)太阳能聚热装置由可伐法兰盘1，玻璃管2，表面黑化的金属管3，以及3与4之间的空间抽真空至10-4帕，真空橡皮圈5组成，单只装置长度约2M。每只受热管可由法兰盘任意连接。
(2)金属管3内通入工作液体为
Figure FSA00000330899500011
油或熔盐7。
(3)聚热管经由法兰盘连接，依据场地大小可组合成聚热系统，安装于抛物面反射镜的焦线处，并由太阳方位自动跟踪控制。
(4)工作液体7由太阳光加热至400℃～600℃，引入储热柜中，与通过柜中的水交换热能，将循环水加热至蒸汽，用此蒸汽带动蒸汽轮机及发电机发电。
3.电解水的电解装置特征是：电解水的电解槽由槽体3直接作电极，多孔隔板1将正负电极隔开，金属片2插入槽体3中以增大工作面积，提高电解效率。
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