水利能开发及制氢技术的研究.PDFVIP

水利能开发及制氢技术的研究 买俊祥 张 萍 王焰新 中国地质大学新能源研究所 摘要借助于山水势，依托数以百计的大中城市和人口、工业密集区，开发并利 用众多分散在江河天然流水中的能量。大量、廉价、持久地制取卫生能源——氢 和氧，是水能应用的又一创举。从分析地质条件着手，科学地组合了水文、水 力、材料、采能、传输、发电、制氢及自动控制等技术，通过理论计算分析和工 作实践，实现了人类未来生存能源的便捷制造方法。按动态平衡的系统工程原 则，在获得氢能源的同时，又改善了地球生存环境，并可以重复再生。 关键词水力能开发制氢 1前言 我国是一个迅速崛起的发展中人口大国。为实现中央提出的全面进入小康社会的宏伟 目标，能源和环保已成为制约经济发展的重要因素，并可能威胁到人类未来生存的安全。 资料表明[12·3]：我国的地下矿物资源——油、煤、气、放射性元素，储量不足，呈枯竭 之势，且不可再生。此外，这类矿物能源的大量应用，碳、硫、放射性等均转化为污染地 球的有害物质，已给人类带来了严重的灾难。氢能源是一种优良的清洁能源，氢富集与 水，使用后又还原为水，对地球环境维持了一种动态平衡的理念。 经长期探索，我们研究了直接利用江河中天然流水能量，转化为机械能、低压大电流 电能，继而电解水，生产廉价、大量、持久可再生的氢、氧能源。时间表明，理论上正 确，技术方法可行，已取得了初步可喜的成果。 2水流能量分析 由广义流体力学可知：流动水流中单位重量的液体具有三种不同形式的能量[4J，即： 位能、压力能和动能。按伯努利方程： h+鱼+箬；k r ‘g 式中h——位置能； 卫——水压能； r 252 荔～动能。 因它们之间可以相互转化，就决定了它们具有以下应用模式： (1)拦河修坝蓄水提高水位增加压力能，将压力能转化为动能，继而发出强大的稳定 频率的电能，这已为举世所公认E5】。但电能为一种不可储存的卫生能源，且占地多，工 程大，不宜多建，在南方靠近城市的平原地区也无法建设； (2)直接利用水流的动能，转化为低压太电流直流电能，无需复杂的调整和长距离传 输，电解水产生可储存和移动的清洁氢能。 3水流动能应用的研究 如图1所示．本应用技术的研究是：采集天然江河中低落差水流的动能，经机械传导 转化为电能，利用该电(直流)电解水制取氢、氧，而氢氧的利用叉还原为水。 它有四个突出特征： (1)以地质地形形成的流动水流的天然能制取氢能源，无现有能耗．取之不尽，用之 不绝； (2)扛河中的水流能较之风能更稳定、强大、易使用及控制； (3)从生产、使用、还原借助大自然的力量已构成一环状链，可持续再生； (4)环链中各环节无污物排放，不影响地球生态环境。且只有机械损耗，成本较低。 一翌塑圆 采能 能量转换 二醴J 蘩。I 《Ⅲ_一。 型到一到上 图1水力制氢、氧流程图 3．1边界地质殛应用条件 我国是一个多山缺水(人均淡水世界排名第122位)叉十分浪费水的地质构造地形的 发展中大国。总落差达8000多米，形成了5780余条常年奔流不息的江河，数十万公里河 道。在不影响航运、泄洪和无法建坝的条件下，开发利用水流这一潜能十分有利。另外， 在河流周边有21个省会城市和数以百计的中、小城市，同时又是人口和工业的密集区， 能源消耗量大且缺乏能源，就地开发和应用该能源，均形成了良好的条件，并可大大节约 成本。 3．2水力能的采集及转化 高效水力能采集及转化至关重要。它须满足采集能量大、效率高、方向无严格要求、 体积紧凑、寿命长等条件。按水力学理论和船舶设计方法【6J6，经反复实验证实：组合叶 轮直径和叠加排数，可以获得较大功率，并使结构更加紧凑。在充分分析水流自然规律和 应用的基础上，宜采用直流发电[7