[發(fā)明專利]風(fēng)電高溫電解制氫系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210370229.5
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN102851682A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬新華;王相明;張國濤
• 申請（專利權(quán)）人: 北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B9/04
• 代理公司: 北京銘碩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11286
• 代理人: 王兆賡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電解制氫，更具體地講，本發(fā)明涉及一種利用多余的風(fēng)能或非并網(wǎng)風(fēng)電的高溫電解制氫系統(tǒng)和方法。?

背景技術(shù)

氫氣是一種理想的可再生燃料，氫能經(jīng)濟一直受到大家的關(guān)注和重視。氫能的開發(fā)，首先要解決既廉價又綠色的氫源問題。但目前，全球96％左右的氫氣主要是由天然氣(CH₄)、煤或石油等化石能源作為原料生產(chǎn)的，由于化石能源含碳，因此化石能源制氫會排放出大量的CO₂。此外，由于化石能源制氫存在資源消耗量大和溫室氣體排放等方面的問題，因此該工藝是不可持續(xù)的和不可取的。?

電解水制氫是工業(yè)上制備氫氣的一種重要技術(shù)之一，其制得的氫氣純度可高達99％以上，但目前全球僅4％的氫氣采用電解制氫。該技術(shù)采用水為原料制備氫氣，由于沒有資源限制和二氧化碳排放，優(yōu)點比較突出，因此具有一定的發(fā)展?jié)摿ΑＥe例來說，以2011年全球氫氣的年產(chǎn)量5300萬噸為標準，如果全球50％的氫氣通過電解生產(chǎn)，則一年可以節(jié)約標準煤7950萬噸和實現(xiàn)二氧化碳減排29150萬噸。?

目前，電解制氫成本主要取決于電耗成本，對于成熟的堿性電解水制氫技術(shù)，制氫的單位電耗高達5kWh/Nm³左右。而如果采用清潔能源發(fā)電制氫，由于發(fā)電成本很高，很難推廣應(yīng)用。因為目前太陽能發(fā)電成本基本是風(fēng)電發(fā)電成本的2.5倍以上，而目前，風(fēng)電的波動性較大，穩(wěn)定性難以保證，因此即使采用廉價的風(fēng)電，成本也較高。因此，利用新能源發(fā)電進行的電解制氫發(fā)展緩慢、應(yīng)用受限。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的多個方面在于至少解決上述問題和/或缺點，并至少提供以下描述的優(yōu)點。?

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種風(fēng)電高溫電解制氫系統(tǒng)，包括：直流電源，用于將風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)出的交流電整流為具有第一電壓的直流電，并輸出具有第一電壓的直流電；交流電源，用于將風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)出的交流電變壓為具有第二電壓的交流電，并輸出具有第二電壓的交流電；高溫超熱水蒸氣制備單元，基于交流電源輸出的交流電來制備高溫超熱水蒸氣；輔助儲熱單元，接收交流電源輸出的交流電以儲存能量；高溫電解制氫單元，采用直流電源輸出的直流電對高溫超熱水蒸氣制備單元制備的高溫超熱水蒸氣進行電解制氫；換熱單元，用于在高溫電解制氫單元和輔助儲熱單元進行熱量交換，以保證高溫電解制氫單元維持在穩(wěn)定的工作溫度，其中，當交流電源輸出的交流電電壓顯著降低時，輔助儲熱單元將儲存的能量供應(yīng)給高溫超熱水蒸氣制備單元，以使高溫超熱水蒸氣制備單元基于交流電源輸出的交流電和輔助儲熱單元供應(yīng)的能量穩(wěn)定地輸出高溫超熱水蒸氣。?

所述風(fēng)力發(fā)電機組可以是永磁直驅(qū)發(fā)電機組。?

所述永磁直驅(qū)發(fā)電機組可以工作在非并網(wǎng)風(fēng)電運行的狀態(tài)。?

所述高溫超熱水蒸氣可以為700℃到900℃的超熱水蒸氣。?

所述輔助儲熱單元可以采用熔融鹽儲熱材料。?

所述高溫電解制氫單元可以采用固體氧化物電解堆(SOEC)來實現(xiàn)。?

所述高溫電解制氫單元的工作溫度可以為700℃到900℃。?

所述第一電壓可以為36V，所述第二電壓可以為380V。?

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種風(fēng)電高溫電解制氫方法，包括：直流電源將風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)出的交流電整流為具有第一電壓的直流電，并輸出具有第一電壓的直流電；交流電源將風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)出的交流電變壓為具有第二電壓的交流電，并輸出具有第二電壓的交流電；輔助儲熱單元存儲交流電源供應(yīng)的能量；輔助儲熱單元通過換熱單元保證高溫電解制氫單元維持在穩(wěn)定的工作溫度；高溫超熱水蒸氣制備單元基于交流電源提供的交流電將水從室溫轉(zhuǎn)換成高溫超熱水蒸氣；通過將高溫超熱水蒸氣泵入高溫電解制氫單元中的固體氧化物電解堆(SOEC)的陰極側(cè)，并向SOEC電解堆電極兩端施加具有第一電壓的直流電，使高溫超熱水蒸氣在SOEC電解堆的陰極側(cè)離解為H₂和O₂，其中，當交流電源輸出的交流電電壓顯著降低時，輔助儲熱單元將儲存的能量供應(yīng)給高溫超熱水蒸氣制備單元，以使高溫超熱水蒸氣制備單元基于交流電源輸出的交流電和輔助儲熱單元供應(yīng)的能量穩(wěn)定地輸出高溫超熱水?蒸氣。?

附圖說明

通過下面結(jié)合附圖對實施例進行的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點將會變得清楚和更易于理解，其中：?

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的風(fēng)電高溫電解制氫系統(tǒng)的框圖；?

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的風(fēng)電高溫電解制氫方法的框圖。?

具體實施方式