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风能应率先成为能源的重要组成

来源:《风能》 | 作者:《风能》 | 2019年9月3日() | 打印内容 打印内容

(2)用风能发电,电解制造金属粉(以铁粉为例),使之成为风能的载体。它既可运输,又能储存;能够与煤、油、气一样随时随地用来驱动热机,进行发电或供给动力。要应用微纳米材料,首先必须解决微纳米材料的制备问题。目前制备金属粉的方法大致可分为三类 : 一是化学气相沉积、直流电弧等离子体、电子束加热等气相法; 二是金属纯盐水解、氧化还原、溶胶凝胶等液相法;三是机械粉碎、气流粉碎、固相反应等固相法。液相法中的电解法比较成熟,也是工业生产金属粉的常见工艺。“电解铁”就是将粗铁预制成厚板作为阳极,纯铁薄片作为阴极,硫酸和硫酸亚铁作为电解液,通入直流电,在阴极析出纯铁。由于对微纳米粉的研究近几年才比较广泛地开展起来, 还有许多问题需要进一步解决,如成本高、产率低、粉的收集和存放困难等。我国的科技人员近些年在超声电解法制备金属粉方面开展了大量工作。该方法具有工艺简单、成本低、无毒、无污染等特点, 是制备金属粉的一种新方法(以常见的金属粉铜粉和镍粉的制备做的实验)。普通电解法制备金属粉虽是一种比较成熟的方法, 然而其制备过程一般是间隔10~20 分钟才将沉积在阴极的金属粉刮掉, 这样, 沉积的颗粒不能及时脱离阴极表面, 就会迅速长大, 其粒度一般在十几微米以上。另外,还要经过球磨、分筛等工艺,方能得到最终粉末。运用超声电解法,首先解决了普通电解中的刮粉问题。此外, 超声振动及产生的射流能使沉积在阴极表面的金属迅速脱离阴极表面,并随溶液的流动分散在溶液中,防止颗粒的长大。超声空化产生的巨大压力或射流能将溶液中的大颗粒粉碎, 即使在沉积速度比较快的情况下,所得粉末粒度也不会很大。研究试验已得到了100 纳米以下的金属粉,超声的加入对粉末粒度的降低有很大作用。此研究对生产制备微纳米铁粉很有帮助。大工业生产已经证明电解工艺是可以大规模应用的,并且电解工艺对风能、太阳能的间歇性不稳定供电有一定的容忍力。

(3)用风能发电电解水产生H2,用于还原金属粉燃烧后的产物,使其再度成为风能的载体,循环使用。铁粉在各种热机做功后的燃烧产物是氧化铁粒(3Fe+2O2 =Fe3O4),很容易回收。然后集中运到铁粉还原工厂,还原为铁粉(Fe3O4+4H2=3Fe+4H2O);回收的铁粉可以重复使用,真正实现循环经济。还原过程需要H2 和加温,因此,铁粉还原工厂应建于有水资源的风电场附近,H2 是由电解水得到的。按电解水制H2 的效率为30% 计,则还原铁粉的能源利用率约34%。至于电解水既已得到H2,是否就可不再进行铁粉回收,而直接用H2 供给热机使用?这应因地制宜,结合H2 密度低、难于长期储存、存在安全问题进行全面考虑。值得指出的一点是,上述三种途径中的后两种都是电解工艺,用的是直流电。大工业生产已经证明电解工艺是可以大规模应用的,并且电解工艺对风能、太阳能的间歇性不稳定供电有一定的容忍力,这正是风电机组直流发电的极好用户,可因地制宜,选用交流变直流或直流风电。此外,加拿大Mcgill 大学于2018年发表的研究报告表明,微米金属粉的持续燃烧在层流、湍流火焰中均已得到证实。火箭助推器的研发经验也显示,所用的金属铝粉直径是微米级的(0.1~10 微米)。显然,制备微米金属粉比制备纳米金属粉的成本低,我们应当进一步研究。

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