[發明專利]一種電解制氫與水力發電站結合的系統

在審

• 申請號: 201710394045.5
• 申請日: 2017-05-28
• 公開（公告）號: CN107017633A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 崔華;楊豫森;徐波;譚智;陳輝;展望;陳超;朱明志
• 申請（專利權）人: 赫普熱力發展有限公司
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/38;C25B1/04
• 代理公司: 北京馳納智財知識產權代理事務所(普通合伙)11367
• 代理人: 孫海波

技術領域

本發明涉及氫氣制造領域，尤其涉及電解制氫與水力發電站調峰領域。

背景技術

近年來，在中國三北地區電力市場容量富裕，燃機、抽水蓄能等可調峰電源稀缺，電網調峰與火電機組靈活性之間矛盾突出，電網消納風電、光電及核電等新能源的能力不足，棄風現象嚴重。熱電聯產機組“以熱定電”方式運行，調峰能力僅為10%左右。調峰困難已經成為電網運行中最為突出的問題。目前國內火電靈活性調峰改造均針對冬季供熱機組，夏季如何調峰是擺在眾多水力發電廠面前的一個難題。為了滿足電網調峰需求，以及電廠在激烈競爭中的生存需要，深度調峰勢在必行。

目前中國氫氣年產量已逾千萬噸規模，位居世界第一。工業規模的制氫方法主要包括甲烷蒸汽重整和電解水制氫，其中電解水制氫的產量約占世界氫氣總產量4％。盡管甲烷蒸汽重整是目前最經濟的制氫方法，但其在生產過程中不僅消耗大量化石燃料，而且產生大量二氧化碳。電解水制氫工藝過程簡單，產品純度高，通過采用可再生能源作為能量來源，可現氫氣的高效、清潔、大規模制備，該技術也可以用于CO₂的減排和轉化，具有較為廣闊的發展前景。

目前的電解水制氫方法主要有三種：堿性電解水制氫，固體聚合物電解水制氫，及高溫固體氧化物電解水制氫。堿性電解水制氫是目前非常成熟的制氫方法，目前為止，工業上大規模的電解水制氫基本上都是采用堿性電解制氫技術，該方法工藝過程簡單，易于操作。電解制氫的主要能耗為電能，每立方米氫氣電耗約為4.5～5.5kWh，電費占整個電解制氫生產成本的80％左右。因此，電解水制氫技術特別適用于風力發電等可再生能源發電的能源載體。目前很多現有技術利用堿性電解水制氫工藝，如申請號 為200910027704.7的專利介紹了一種新型的中高壓純水水電解制氫系統。但這些現有發明和技術沒有將電解制氫系統與水力發電廠的靈活性調峰和冷卻水系統結合，而且產出的氫氣僅用鋼瓶壓縮運輸，無法大型化生產。

發明內容

本發明提供了一種電解制氫與水力發電站結合的系統，通過將電解制氫與水力發電站的靈活性調峰相結合，電網用電低谷時，智能調整上網電量，利用水力發電站產生的電能制氫，電網用電高峰，水力發電站產生的電聯通過輸電管網上電網，可以緩解用電高峰時段的電網壓力，為電網提供寶貴的調峰負荷，解決了夏季調峰不足的問題，實現一年四季的電網深度調峰。

本發明解決上述技術問題所采用的方案是，一種電解制氫與水力發電站結合的系統，包括電網調峰控制系統、送變電及供電系統、電解水制氫系統、氫氣收集凈化及對外輸送系統、純凈水制備及補水系統，其特征在于：還包括冷卻水余熱回收系統和電解池高溫蒸汽供應系統；所述送變電及供電系統是在水力發電站出線母線上新增一個間隔，所述間隔設置電開關，所述電開關通過輸電電網與降壓變壓器和逆變器連接，降壓變壓器和逆變器另一端與電解水制氫系統連接；所述電解水制氫系統包括堿性水溶液電解制氫裝置、固體聚合物電解制氫裝置、高溫固體氧化物電解制氫裝置中的至少一種。

優選的是，所述電網調峰控制系統包括電網調度中心和電廠集控中心，電網調度中心通過上網電量使用情況進行實時調度，將調度信號傳輸給電廠集控中心，電廠集控中心下達電網調峰指令，通過控制所述送變電及供電系統的電開關進行電網調峰，電解水制氫系統的供電量由電廠集控中心控制。

上述任一方案優選的是，所述冷卻水余熱回收系統包括水庫取水口、預處理冷卻水管道、水處理車間、多個三通及輸水管道。

上述任一方案優選的是，所述冷卻水余熱回收系統在預處理冷卻水管道上設置分支管道，所述分支管道分別與堿性水溶液電解制氫裝置、固體聚合物電解制氫裝置和高溫固體氧化物電解制氫裝置的冷卻水供水管道連接，冷卻水源為水處理車間的水庫水。

上述任一方案優選的是，所述堿性水溶液電解制氫裝置、固體聚合物電解制氫裝置和高溫固體氧化物電解制氫裝置的冷卻水出水管道與冷卻水回流管道匯合，制氫裝置中的冷卻水滿足當地環保要求的排水溫度即可排入水庫。

上述任一方案優選的是，所述堿性水溶液電解制氫裝置由若干個單體電解槽組成，每個電解槽由陰極、陽極、隔膜及電解液構成。

上述任一方案優選的是，所述電解液包括氫氧化鉀溶液，濃度為20wt%～30wt%。

上述任一方案優選的是，所述隔膜組成成分包括石棉。

上述任一方案優選的是，所述陰極、陽極組成成分包括金屬合金，所述金屬合金包括雷尼鎳、Ni-Mo合金，用于分解水，產生氫和氧。