[發明專利]熱電化學能多聯產系統及其控制方法和調度方法

在審

• 申請號: 202010186700.X
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN113422566A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 孔慧;王宏圣;俞珠峰
• 申請（專利權）人: 神華科學技術研究院有限責任公司
• 主分類號: H02S10/00
• 分類號: H02S10/00;H02S40/44;C25B9/65;C25B1/042;C25B1/23
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;張杰

本發明提供一種熱電化學能多聯產系統及其控制方法和調度方法以及存儲介質。該系統包括：太陽能轉換設備，其用于在相應的溫度區間下將吸收的太陽能轉換為電能；電能傳輸裝置，用于接收并傳輸所述太陽能轉換設備產生的電能；流體傳輸裝置，其用于傳輸流體介質；電解裝置，其連接所述電能傳輸裝置和所述流體傳輸裝置，用于在所述電能傳輸裝置提供的電能的驅動下，對所述流體傳輸裝置傳輸來的預熱后的流體介質進行電解，輸出電解產物。該系統輸出包括電能、熱能和化學能等多種能源，有利于減輕能源危機和環境污染，有利于高效的太陽能存儲和轉換。

技術領域

本發明涉及新能源技術領域，尤其涉及一種熱電化學能多聯產系統及其控制方法和調度方法以及存儲介質。

背景技術

當前，全球變暖，石油價格波動和化石能源枯竭問題是研究可再生能源轉化和利用的主要驅動因素。從化石能源向清潔能源的轉變對國家能源安全也具有重要意義。在清潔能源中，太陽能既清潔又環保，且儲量巨大(太陽能每秒輻射約3.8×10²³kWh)，被認為是最有潛力的替代能源之一。但是，由于當前太陽能的利用受到時間和空間分布不均勻和不連續的限制，將太陽能轉換為化學能(例如氫)進行存儲和運輸存在一定的技術障礙。

氫因其高能量密度和環境清潔特性而被認為是最有前途的能量載體之一，可用于燃料電池或熱機發電而沒有二氧化碳或其他污染物的排放。目前，天然氣重整是氫的主要生產方法，其效率高(60％至85％)且成本低廉，但是，由于會產生二氧化碳，天然氣重整制氫也可能會導致嚴重的環境問題。其他制氫方法包括生物過程、熱化學循環、光化學、電解水或蒸汽等。利用光伏(Photovoltaic，簡稱PV)發電，然后電解水(蒸汽)來生產氫是目前最現實的方法之一，主要是因為其所涉及的過程在技術上已經比較成熟。

上述方法可以追溯到1977年，從那以后，太陽能到氫的效率(TheSolar-To-Hydrogen Efficiency，簡稱STH效率)不斷穩步提高，到2015年，最高的STH效率達到18.3％。2015年，Nakamura等人設計了一個由外部質子交換膜(Proton ExchangeMembrane，簡稱PEM，質子交換膜)電解池和包含三結太陽能光伏(PV)電池(InGaP/GaAs/Ge)的集中光伏系統組成的系統，實現了24.4％的STH效率。2016年，來自斯坦福大學的Jia等人使用了兩個帶有三結太陽能光伏電池的聚合物電解質膜電解池，實現了超過30％的STH效率。在這些傳統的太陽能電解系統中，只有由光伏組件產生的部分電能(Electricity)被輸送到電解池，而光伏電池組件的大量廢熱卻沒有被利用。光伏電池的一個基本缺點是其效率會隨著工作溫度的升高而降低，因此通常需要散熱才能維持其穩定運行。光伏電池的另一個不足是無法使用完整的太陽光譜，部分光譜將被轉換為熱能。為了解決這些缺點，Wang等人提出了一種靈活的太陽能氫和無碳熱電聯產系統，該系統將PV和PEM電解池相結合，可以通過利用PV的余熱來節省用于水電解的電力。近年來，盡管已經提出了各種光伏/熱(Photovoltaic/Thermal簡稱PVT)系統，利用PV的余熱來加熱其他流體并降低PV溫度，但這些研究大多集中在系統組合上，并且光伏利用溫度的上限通常為250℃。據記載，大多數PVT系統均在250℃以下運行。然而，隨著水分解反應溫度的升高，吉布斯自由能下降，水電解反應所需的具有較高能量等級的電能減少，從而具有較高的效率，因此高溫電解水對高效制氫具有重要意義。

考慮到上述因素，亟需研發一種新的熱電化學能多聯產系統，以獲得高效的熱電化學能。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種熱電化學能多聯產系統及其控制方法和調度方法以及相應的存儲介質，以解決熱電化學能高效聯產的技術問題。

根據本發明的一個方面，本發明的實施例提供一種熱電化學能多聯產系統，包括：

太陽能轉換設備，其用于在相應的溫度區間下將吸收的太陽能轉換為電能；

電能傳輸裝置，其連接所述太陽能轉換設備，用于接收并傳輸所述太陽能轉換設備產生的電能；