前瞻paper -再生能源氫能系列一:氫儲存(2)



氫儲存過去的研究心得:

  1. 將氫氣壓縮到 800 bar 會消耗大約 15.5% 的低熱值,而將氫氣轉化為液態需要超過 30% 的低熱值
  2. 金屬氫化物的固體儲存表現出更低的能耗,僅占其低熱值(約20 bar)的4-5%需要創新的低壓儲氫技術來克服這些限制,提高儲能效率。金屬氫化物 (MH) 是一種固體儲氫方法,以其卓越的材料體積儲氫密度而聞名,最高可達 100 kg/m3
  3. 將MH與壓縮氣體儲存相結合的混合方法,配合外部熱管理來維持MH罐中的最佳儲存條件。

理想化的研究設計:

  • 金屬氫化物耦合相變化模型

這是一種新型的固氣耦合儲氫方法,利用金屬氫化物的吸放氫反應和相變化材料的熔化凝固過程,實現儲氫罐的溫度控制和熱能回收。

  • 自然對流效益

自然對流是指相變化材料在熔化或凝固時,由於密度差引起的流體運動。自然對流可以增強相變化材料內部的熱傳遞,提高儲氫罐的熱效率。通過數值模擬,分析了不同雷諾數下自然對流的強度和分佈,發現自然對流可以顯著加快相變化材料的熔化或凝固速率,減少儲氫罐內部的溫度梯度,提高儲氫罐的性能。

  • 儲氫罐結構優化
    儲氫罐的結構設計對儲氫效率和安全性有重要影響。通過數值模擬,比較了不同形狀、大小和佈局的儲氫罐方案,發現圓柱形儲氫罐具有較高的空間利用率和較低的壁面溫度,且將金屬氫化物填充在相變化材料中心位置可以減少熱阻和溫差,提高儲放氫速率。

 

  • 導熱度和進氣壓影響

金屬氫化物和相變化材料的導熱度是影響儲氫罐熱傳遞效率的重要參數。通過數值模擬,分析了不同導熱度下儲氫罐的性能變化,發現提高金屬氫化物和相變化材料的導熱度可以加快儲放氫速率,降低溫差和能耗。另外,進氣壓也是影響儲放氫速率的關鍵因素。通過實驗測試,探討了不同進氣壓下儲放氫曲線的特徵,發現提高進氣壓可以增加吸放氫量,但也會增加反應溫度和能耗。

 

利用金屬氫化物和相變化材料的協同作用,實現了儲氫罐的溫度控制和熱能回收。通過模擬和實驗測試,分析了自然對流、儲氫罐結構、導熱度和進氣壓等因素對儲放氫性能的影響,並設計了一種適合光伏儲氫系統的儲氫罐方案。該方法具有儲放氫速率快、溫度低、能耗小等優點,為光伏儲氫系統提供了一種有效的解決方案。

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