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新型风电氢燃料电池汽车――丰田Miari轿车

供稿人:罗天雨  供稿时间:2017-5-31   关键字:燃料电池汽车  风力发电  氢燃料  

这辆深蓝色的丰田Miari(日语名为“未来”)(图1)就停在英格兰北部,谢菲尔德市的ITM能源公司外,它是目前英国大街上28辆燃料电池车中的一辆,但它的独特之处却意味着开发并利用氢能,同时为私人和公共交通注入新的活力。

图1 丰田Miari风电燃料电池汽车

这辆新能源样车尤其特别,这是因为它的燃料氢是由风力产生的。虽然氢气可以从重整气和有机物质中获得,但首选的方法是利用电力合成这来自于水的气体,所以这就需要电了。产生电力的燃料越清洁,车就越环保。燃料电池车的唯一排放就是水。

图2 Schaeffler 225千瓦风电机组

试驾Miari轿车前往氢气运输小型系统网所在地,那里有个225千瓦风电机组(图2),从远处就很容易发现。那个风扇和一个电解装置、一个200公斤的氢气贮存器,一个氢气分配装置以及一个30千瓦的燃料电池装置精准地连接在了一起。

整个系统的设计是将叶片所带来的能量为场区的一些大楼提供能源,剩余的能量则被用来为电解装置产生氢气。这些气体随后会被压缩并储存起来,以分配给燃料电池车辆。

在氢燃料站前,风电机组叶片正在高速旋转着(图3)。一共有两个动力泵,一个是供给700巴的纯燃料电池车,就像Miari一样,还有一个是供给350巴混合动力车的。

充电喷嘴比一个动力泵的来得重一些,但一旦它被固定在加料阀上并开始工作时,那它就是全自动的了。没有废气,手上也没有油腻的残渣,同时这过程也不可思议的迅速,只需花几分钟就充满电了,不像当今大多数蓄电池电动汽车所安装的充电器。

燃料电池汽车的续航里程也比蓄电池电动汽车的长。Miari汽车可以靠着只需花50英镑就可以充满的5公斤电箱足足跑满550公里。粗略地讲,这与实际油耗7.58升/100公里(37英里/加仑)的汽油动力汽车的里程数是差不多的。(按目前英国油价1.2英镑/升计算)

图3 丰田Miari风电燃料电池汽车和风电机组

最新的排列设计将更多的电解质表面积整合成一个脚掌大小从而提高效率、降低生产成本。一个特殊的堆栈装置能将不同的催化剂成分吸附到各种质子交换膜上。

ITM能源公司的执行总裁格拉汉姆库勒说,风力是公司的战略核心,公司正在奥克尼群岛规划一个一兆瓦的系统,“风在那儿可是一个巨大的资源,但那却没有系统电网连接,所以断电是时有发生的。”这个系统会从过剩的风能中产出氢气,这些氢气随后会被船运输到奥克兰主岛来为车辆和取暖提供燃料。

交通、电力和供热管网都面临着同样一个挑战:如何有效并迅速地脱碳化。运用各种可再生能源,比如风能和太阳能发电产生的多余电力来产出氢气,再通过一堆电解池利用电力分解水产生氢气和氧气来创造无碳化燃料。

氢气可以被压缩并储存,再用来为汽车和大型交通工具提供燃料。越来越多的政府机构,包括英国的,正大力资助为大型交通工具脱碳,比如城市公交车,并支持补充燃料的基础设施的推广。

这会导致更多微电网的出现,在这其中当场产生的可再生能源为当地建筑网络提供了电力,多余的则转化成氢气并储存在附近的燃料站中。氢气还可被注入进已经存在的天然气网络中。在德国,ITM能源公司也参与进了由Thuga集团工业协会所领导的一个广阔的项目中。它的合作伙伴们正在研发一个风电转化天然气的价值链来测试氢气在天然气网中的实际应用程度。ITM能源公司的以质子交换膜技术为基础的氢电解槽,是这个平台的核心所在。电解槽将来源于可再生能源和其它能源的电能转变成化学能。一种气体混合装置确保了当天然气加气站位于本地配电网时,天然气流中的氧气含量不超过2%(按体积计算)。

根据Thuga项目的评估分析,能源储存项目的需求会在2020年达到17TWh,并能在2050年高达50TWh。到时候,燃气管网可以很轻松地吸收这些容量。

鉴于越来越多的可再生能源的利用,伴随着火力发电厂的逐步淘汰,由于电力的注入和输出都只是在一瞬间,电网平衡的需求也越发迫切。

在Thuga项目中,ITM能源公司的快速反应质子交换膜堆便可以使这个平台提供在二级控制市场提供电网平衡服务,这为氢气又提供了一个收益源。

当电网中存在电力剩余时,应电网操控者的需求,电解槽的负荷量增大,并促使制氢设备吸收多余的能量来转化成氢气(图4)。

图4 风电-燃料电池系统原理图

 

参考文献:

1、http://www.windpowermonthly.com/article/1431450/road-wind-powered-car

2、http://auto.163.com/15/1109/22/B80U2R0400084TUR.html

 


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