[發明專利]一種利用電解制氫進行火電廠調峰的系統和方法

在審

• 申請號: 201810322807.5
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108400618A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 閆巍;張暢;許世森;余智勇;張歡
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司
• 主分類號: H02J3/46
• 分類號: H02J3/46;C25B1/04;C25B11/04;C25B13/06;C25B13/04
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種利用電解制氫進行火電廠深度調峰的系統，其特征在于：包括供電裝置(1)、電解制氫裝置(2)、固體儲氫裝置(3)和控制裝置(4)；供電裝置(1)的輸入端連接火電廠的發電輸出，供電裝置(1)的輸出端連接電解制氫裝置(2)的電源接入口，用于給電解制氫裝置供電；電解制氫裝置(2)的氫氣出口連接固體儲氫裝置(3)的氫氣入口；控制裝置(4)連接電解制氫裝置(2)；控制裝置(4)包括數據獲取模塊、判斷模塊和控制模塊，控制裝置(4)根據調峰任務調控系統的工作強度，數據獲取模塊接收火電機組的負荷數據和時間，判斷模塊將火電機組的當前負荷數據和當前時間與預設的調峰負荷數據和預設時間進行對比判斷負荷是否滿足輸入的調峰任務要求；控制模塊向電解制氫裝置(2)發出啟動或停止以及加速或減慢電解制氫的指令。

2.如權利要求1所述的一種利用電解制氫實現火電廠深度調峰的系統，其特征在于：所述電解制氫裝置(2)包括逆變器、電解制氫設備和輔助設備，逆變器用于將供電裝置(1)輸出的交流電變為適合電解制氫設備的直流電，電解制氫設備是堿性水電解制氫設備、固體聚合物電解制氫設備、固體氧化物電解制氫設備的一種或幾種。

3.如權利要求2所述的一種利用電解制氫實現火電廠深度調峰的系統，其特征在于：所述堿性水電解制氫設備包括陰極、陽極、隔膜和電解液，電解制氫的陰極和陽極組成材料包括金屬合金，所述金屬合金中包括鎳；隔膜是石棉材料或非石棉離子交換膜材料；電解液為20-30wt％的KOH或NaOH溶液；電解液中還加入添加劑以降低理論電壓和能耗；堿性水電解制氫設備單臺最大產量達到2000Nm³(H₂)/h，制氫交流能耗不超過4.5kWh/Nm³(H₂)。

4.如權利要求2所述的一種利用電解制氫實現火電廠深度調峰的系統，其特征在于：所述固體聚合物電解制氫設備，其核心部件是膜電極，膜電極是由陰極催化層、陽極催化層和固體聚合物膜組成，陰極催化層和陽極催化層分別位于固體聚合物膜的兩側；固體聚合物電解制氫設備的氫氣輸出壓強達200bar，氫氣純度高達99.999％。

5.如權利要求2所述的一種利用電解制氫實現火電廠深度調峰的系統，其特征在于：所述固體氧化物電解制氫設備，電解質材料是氧離子導體，陰極材料為多孔金屬陶瓷，陽極材料為含有稀土元素的鈣鈦礦氧化物材料；固體氧化物電解制氫設備的結構包括管式和平板式。

6.如權利要求1所述的一種利用電解制氫實現火電廠深度調峰的系統，其特征在于：所述固體儲氫裝置(3)包括氫氣存儲模塊和氫氣釋放模塊；氫氣存儲模塊和氫氣釋放模塊交替運行，在一個氫氣存儲-釋放周期內交替作為存儲模塊和釋放模塊使用；固體儲氫裝置(3)中，氫氣存儲模塊包括儲氫材料存儲罐、氫氣輸送裝置和氫氣存儲裝置，儲氫材料和電解制氫獲得的氫氣在氫氣存儲裝置中發生結合反應；固體儲氫裝置(3)中，氫氣釋放模塊包括儲氫材料存儲罐、氫氣釋放裝置和氫氣輸送裝置，結合氫氣的儲氫材料在氫氣釋放裝置中發生分解反應釋放氫氣，由氫氣輸送裝置輸送到下游；固體儲氫裝置(3)中，固體儲氫裝置(3)的氫氣出口連接加氫站給氫燃料電池汽車供氫；或供給固定式燃料電池發電；或摻混到天然氣管網中作為民用燃料；或供給化工廠使用，包括煤液化、合成氨、油品質量升級。

7.如權利要求6所述的一種利用電解制氫實現火電廠深度調峰的系統，其特征在于：所述固體儲氫裝置(3)的固體儲氫材料包括無機儲氫化合物、高分子烴類或無機儲氫合金；

當固體儲氫材料為無機儲氫化合物時，儲氫密度達到50kg/m³以上，氫氣存儲條件為：壓力>1MPa，常溫；氫氣釋放條件為：壓力<1MPa，溫度>80℃；

當固體儲氫材料為高分子烴類時，儲氫密度達到8wt％以上；在氫氣存儲模塊發生烴類制備原料收集和烴類制備反應，氫氣與CH₄和CO₂在氫氣存儲裝置發生烴類制備反應；在氫氣釋放裝置中通過微波輔助手段促使烴類分解釋放氫氣，氫氣釋放裝置中裝填負載有活性金屬氧化物的多孔碳材料。