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氨作为替代燃料的研究

作者:中国储能网新闻中心 来源:氢能和燃料电池 发布时间:2020-02-06 浏览:
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根据荷兰C-Job海军建筑师们的最新研究,氨可以安全有效地作为海洋燃料,以减少海洋工业中的有害排放。

该研究使用了一种新的概念设计,即以船舶运输的货物氨为原料的选择对象,研究了将氨用作船用燃料的概念和可能,从而大幅度减少了海运中的温室气体排放量。

在所有的氨气发电可能选择中,固体氧化物燃料电池(SOFC)显然是最有效的。但是,由于真功率密度和负载响应能力尚未达到可接受的水平,因此实际应用还面临着巨大的挑战。因此,在短期内应用内燃机仍然是必经之路。

主要研究结果包括:

•逐步分阶段导入氨气作为船用燃料的应用:

第一阶段,氨气与柴油一起应用于压燃内燃机(ICE)。

第二阶段,使用氨氢混合物的ICE,

第三阶段,最后是使用氨燃料电池(SOFC)。

•回顾其他所有剩余选项:

内燃收动机(ICE),系统效率为49.4%,

质子交换膜燃料电池(PEMFC),系统效率为44.5%,

碱性燃料电池(AFC),系统效率为44.8%,

固体氧化物燃料电池(SOFC),系统效率为53.9%,

SOFC显然是最高效的,系统效率为53.9%。但是,由于功率密度和负载响应能力尚未达到可接受的水平,因此SOFC确实存在实际挑战。此外,虽然SOFC的效率很高,但根据现有的数据评估,总成本远高于ICE。以两冲程,低速发动机为例,内燃机效率为第二,系统效率为49.4%,比PEMFC44.5%和AFC44.8%的效率更高,价格更便宜,功能更强大,并且具有可接受的功率密度和负载响应能力。将来,燃料电池技术的进一步发展可能会改变目前评估结果。所以,当前内燃机ICE是最佳选择。

•将氨内燃机ICE选件与常规化石燃料ICE选件进行比较,在功率密度,负载响应,部分负载性能,应对海洋环境和系统效率方面的技术性能相似。但是,常规化石燃料的有害排放量要多得多(假定NOx相似)。而选择氨气的相对成本明显要高很多,约为传统燃料成本的3.2倍。这是根据每吨氨850欧元和低硫0.5%HFO每吨500欧元的基本成本得出的。展望未来情景,氨动力的成本范围可能与常规化石燃料相似。当基于较低的电力成本使每吨氨400欧元时,就是结合每吨HFO 500欧元(每吨CO2征税100欧元)或每吨HFO 811欧元(不征收CO2税)的情况。氨燃料的选择,既低碳环保,又有了低成本的优势。

•为了安全地处理以氨(和氢)为燃料的空间,包含燃料管线的空间应配备氨(和氢)的传感器,检测并进行通风。此外,在发生泄漏的情况下,应安装遥控截止阀以隔离泄漏并限制其扩散和影响。为了缓解这种情况,应在燃料供应管线中设置冗余,以确保在部分燃料供应被切断的情况下,有足够的燃料供应以连续运行。此外,在停电的情况下,应在安装主远程隔离阀时确保其自动关闭,以便在断电时自动关闭阀。由于应尽可能减少和限制氨对人和环境的泄露,因此燃料管线应与外壳保持足够的距离,例如从侧面到B / 5。可能的话,燃料管路应位于单独的无人驾驶空间内。在不可能的地方,例如在机舱,应使用带压力传感器的双壁管道。

•氨燃料处理室以及与其他燃料系统类似的机舱应配备火灾探测和灭火系统。此外,为了监视燃料的状况,应增加压力传感器,温度传感器和流量检测器。此外,为应对超压,应安装减压系统。

•缓解的主要船舶设计后果是在布置上,这是因为多余的燃料供应管线(覆盖燃料箱和燃料处理室)需要单独的空间。此外,包含燃料供应管线的空间的通风还需要用于进气和排气的空间。距离侧面足够远的路线要求也影响了船只可用空间的有效利用。所有这些因素增加了成本,尤其是冗余要求。因此,实现2 x 50%的系统容量而不是2 x 100%的系统容量被认为对限制这些额外成本很重要。可以根据要求单独提供指示安排后果的系统设计,或者可以在下面的链接的附录中找到。

•由于海运氨船舶已经有了氨载体系统,现有法规已涵盖了氨燃料储存的主要问题。因此,建议进一步研究氨燃料的存储,以便将其应用于其他类型的船舶。

到目前为止,氨一直被认为是用于运输的未来燃料之一,作为船用燃料的,氨气并不需要液化,没有遭遇液化氢气和天然气的“先生鸡还是先有蛋”的困境。

对于液化天然气,两难的情况是,船东一直不愿转向燃料液化天然气,因为世界各地没有港口可以提供液化天然气。但是,所需基础结构的开发取决于这种需求。由于氨已经在世界范围内大量生产和运输,因此在现有的基础上可以很容易地接纳燃料的供应,当然必须在第一批以氨为动力的船舶建成后才进行扩展。

当今,氨的主要消费领域是化肥工业。该行业由散装氨气(最大载重量为6万载重吨)的船舶提供。该行业现有的基础设施可作为将来舰船的加氨站,而目前的生产存储和运输则提供了氨燃料平稳过渡的可能性。已经有可以供应第一批船的港口。”

多年来,C-Job海军建筑师们一直认为,氨气可能是一种清洁,可持续燃料的可行且有前途的选择。C-Job去年加入了氨能源协会,以加强与其他行业的合作以实现其雄心壮志。C-Job与Proton Ventures和Enviu一起于2017年成立了一个财团,以进一步研究用作船用燃料的氨。随着理论研究的完成,财团项目现在将朝着实验室测试,中试和样船评估的方向发展。

关键字:燃料电池

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