核能与新能源技术研究院

Institute of Nuclear and New Energy Technology,Tsinghua University 

核能制氢

氢是清洁能源,有非常好的应用前景。但氢是二次能源,需要利用一次能源来生产。以可持续的方式(原料来源丰富、无温室气体排放)实现氢的大规模生产是实现氢的广泛利用的前提。核能是清洁的一次能源,核电已经成为世界电力生产的主要方式之一。正在研发的第四代核能系统除了要使核电生产更经济和更安全之外,还要为实现核能在发电之外的领域的应用开辟途径。核能制氢就是以来源丰富的水为原料,利用核能实现氢的大规模生产。热化学循环工艺和高温蒸汽电解都是有望与核能耦合的先进制氢工艺,世界上的许多国家,如美国、日本、法国、加拿大都在大力开展核能制氢技术的研发工作。

中国正在积极发展核电,在大力开展核电站的建设的同时,也非常重视核氢技术的发展。高温气冷堆能够提供高温工艺热,是最适合用于制氢的反应堆堆型。清华大学核能与新能源技术研究院(INET)在国家“863”计划支持下,于2001年建成了10MW高温气冷实验反应堆(HTR-10),2003年达到满功率运行。目前200MWe高温气冷堆示范电站建设已经列入国家重大专项,对核能制氢技术的研究也列为专项的R&D项目。

INET核能制氢项目的最终目标是在2020年以后实现利用高温气冷堆的核能制氢,所选择的工艺是热化学碘硫(I-S)循环和高温蒸汽电解(HTSE),对工艺的研究分为四个阶段:(1)R&D的启动和前期工作(2005-2007);(2)制氢工艺验证(2008-2009):建立I-S循环实验台架(10L/h)和高温电解电堆制氢实验系统(1L/h),实现制氢系统的连续运行;(3)实验室规模扩大试验(2010-2014):建立实验室规模I-S循环实验系统(60L/h)和HTSE实验系统(60L/h),并实现系统的长期运行;(4)与HTR-10耦合的中试(2015-2020):将根据第二阶段的情况和世界核氢研究的进展选择中试工艺。

制氢工艺验证已于2009年顺利完成,目前正在开展第三阶段的研究工作。

INET的碘硫循环工艺验证试验台架 I-S-10

INET的碘硫循环工艺验证试验台架 I-S-10

 

INET的固体氧化物蒸汽高温电解制氢系统

INET的固体氧化物蒸汽高温电解制氢系统