[發明專利]一種尿素廢水用于高安全高效率風電制氫調峰調頻系統

在審

• 申請號: 201910091076.2
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109638893A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 曹曦;朱勇;劉明義;曹傳釗;朱連峻;鄭建濤;李晴;徐越
• 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: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/28;H02J3/32;H01M8/0656
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種尿素廢水用于高安全高效率風電制氫調峰調頻系統，風力發電系統的輸出端與功率分配器的輸入端相連接，功率分配器的兩個輸出端分別與變壓器的輸入端及蓄電池的充電接口相連接，蓄電池的放電接口與電解槽的電源接口相連接，尿素廢水輸入管道依次經過濾裝置及廢水儲罐與電解槽的液體入口相連通，電解槽的陰極產物出口依次經氫氣緩沖罐、氫氣壓縮機及儲氫罐與燃料電池的氫氣入口相連通，燃料電池的輸出端與變壓器的輸入端相連接，電解槽的陽極產物出口依次經氧氣緩沖罐及氧氣壓縮機與儲氧罐的入口相連通；變壓器的輸出端與電網相連接，該系統能夠利用棄風棄電實現尿素廢水中尿素的電解制氫，且電解槽的產氫量及使用壽命較好。

技術領域

本發明屬于制氫和環保技術領域，涉及一種尿素廢水用于高安全高效率風電制氫調峰調頻系統。

背景技術

隨著氫燃料電池的快速發展，氫氣作為最清潔高效的能源，近年來得到了廣泛的關注。目前規模化的制氫方式主要為天然氣(含石腦油、重油、煉廠氣和焦爐氣等)水蒸汽轉化、煤(含焦炭和石油焦等)轉化制氫及尿素或氨裂解制氫、水電解等制氫技術，但是化石能源轉換方式始終無法完全避免零碳排放。水電解制氫通過電解水而獲得高純度的氫氣，氫氣純度可高達99.9999％，但是，水電解制氫的電耗太大，導致成本過高。

然而，風電的快速發展及棄風的大量出現為電解水制氫提供了新的機會。根據2011年10月國家發展改革委能源研究所發布了《中國風電發展路線圖2050》，提出風電已經開始并將繼續成為實現低碳能源戰略的主力能源技術之一。由于風力發電的不確定性高，風電輸出功率和頻率的波動隨著風速的變化而變化，因此，受季節、環境、位置等影響較大，其輸出電能質量較差、可靠性低，大規模風電并網給電網安全穩定運行帶來影響；同時，電網對風力發電的消納有限，造成棄風棄電嚴重。利用棄電進行電解水制氫，不僅可能提升風電系統的能源利用效率，而且生產出附加產品氫氣，實現了風能資源的綜合利用。

尿素廢水的也漸漸成為我國量大、污染嚴重、難處理的廢水之一，受到人們的廣泛關注。為了處理好節水減排和環境保護的問題，我們需要采用合理的技術對廢水進行深度處理并加以利用，達到可持續發展的目的。尿素廢水中含有大量尿素，相比于傳統的生化、物理處理方法，對尿素廢水進行電解處理，不僅可以實現污水的凈化，還能實現污水資源化。同時，尿素的標準電位是0.37V,遠低于電解水的理論電壓(1.23V)。因此尿素廢水可能在較低的能耗下實現電解制氫。尿素電解的反應式為:

陰極：6H₂O+6e^-→3H₂+6OH^-

陽極：CO(NH₂)₂+6OH^-→N₂+5H₂O+CO₂+6e^-

總反應：CO(NH₂)₂+H₂O→N₂+3H₂+CO₂E＝0.37V

由反應式可知,電解尿素不僅可以利用尿素本身的氫,還可以從水中獲得氫,因此,氫的利用率非常高。

但是，由于風電功率輸出具有隨機性、間歇性和波動性，當將多余風電直接接入電解槽時，會對產氫量及電解槽的使用壽命造成影響。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種尿素廢水用于高安全高效率風電制氫調峰調頻系統，該系統能夠利用棄風棄電實現尿素廢水中尿素的電解制氫，且電解槽的產氫量及使用壽命較好，系統的靈活性優異。