[發(fā)明專利]一種綜合可再生能源的水電解氫熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110437118.0
• 申請(qǐng)日: 2021-04-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113249736B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘崴;張淑婷;周懿;林小杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B1/04
• 分類號(hào): C25B1/04;C25B9/65;C25B9/67;C25B15/027;F22B1/02;H02J3/32;H02J3/38;F24D18/00;F24D101/20;F24D101/40
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 萬(wàn)尾甜;韓介梅

本發(fā)明提供了一種綜合可再生能源的水電解氫熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括可再生能源供電子系統(tǒng)、水電解制氫子系統(tǒng)、制氫余熱回收利用子系統(tǒng)、新電解水預(yù)熱子系統(tǒng)、區(qū)域供熱熱網(wǎng)子系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)調(diào)度子系統(tǒng)；可再生能源供電，蓄電池存儲(chǔ)國(guó)家電網(wǎng)谷電和多余的可再生能源電量，通過(guò)微電網(wǎng)為水電解制氫工廠供電，將電解過(guò)程中氣體和電解液產(chǎn)生的余熱回收于地埋儲(chǔ)熱裝置，回水網(wǎng)絡(luò)的熱水通過(guò)地埋儲(chǔ)熱裝置預(yù)熱，并經(jīng)過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步升溫，實(shí)現(xiàn)區(qū)域供暖。通過(guò)制氫余熱回收利用和跨季節(jié)儲(chǔ)熱，實(shí)現(xiàn)了基于水電解的氫熱聯(lián)產(chǎn)，提高了制氫工廠的能源利用效率，具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水電解制氫領(lǐng)域，具體涉及一種綜合可再生能源的水電解氫熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

在碳中和目標(biāo)的背景下，高效生產(chǎn)、利用零碳的“綠氫”成為一種重要的減碳途徑。相比于煤氣化制氫、天然氣重整制氫等技術(shù)，水電解制氫具有清潔無(wú)污染的特點(diǎn)，因而受到越來(lái)越多的關(guān)注。制約水制氫商業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展的主要因素是制氫效率低、成本高。制氫過(guò)程中，生成的氫氣、氧氣帶有一定的熱量，需要經(jīng)過(guò)冷卻的處理，造成了能量的浪費(fèi)。同時(shí)，一半以上的電能都以熱能形式耗散到了電解液中，造成了電解液溫度的升高和能量的浪費(fèi)。電解液溫度升高將進(jìn)一步導(dǎo)致制氫效率降低，因此如何保證電解液溫度在合適的工作范圍并對(duì)多余熱量進(jìn)行充分利用是提高制氫效率的關(guān)鍵手段之一。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種綜合可再生能源的水電解氫熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，能夠提升大規(guī)模水電解制氫工廠的能量利用效率，實(shí)現(xiàn)氫熱聯(lián)產(chǎn)，并達(dá)到零碳排放的目標(biāo)，為碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供重要路徑。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明公開(kāi)了一種綜合可再生能源的水電解氫熱聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括可再生能源供電子系統(tǒng)、水電解制氫子系統(tǒng)、制氫余熱回收利用子系統(tǒng)、新電解水預(yù)熱子系統(tǒng)、區(qū)域供熱熱網(wǎng)子系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)調(diào)度子系統(tǒng)；可再生能源供電子系統(tǒng)包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、光伏發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池、微電網(wǎng)；水電解制氫子系統(tǒng)包括電解槽、電解液收集器；制氫余熱回收利用子系統(tǒng)包括氫氣收集器、氧氣收集器、氫氣換熱器、氧氣換熱器、氫氣處理裝置、氧氣處理裝置、氫氣存儲(chǔ)裝置、氧氣存儲(chǔ)裝置、電解液換熱器；區(qū)域供熱熱網(wǎng)子系統(tǒng)包括儲(chǔ)熱水收集器、地埋儲(chǔ)熱裝置、燃?xì)廨啓C(jī)、供水網(wǎng)絡(luò)、熱用戶、回水網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)測(cè)調(diào)度子系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中心和運(yùn)行調(diào)度中心；

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組利用風(fēng)能發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)利用太陽(yáng)能發(fā)電，通過(guò)逆變器將電能傳輸至微電網(wǎng)。微電網(wǎng)與國(guó)家電網(wǎng)連接，蓄電池存儲(chǔ)電能；

電解槽利用微電網(wǎng)的電能進(jìn)行電解水制氫，在兩個(gè)電極上生成的氫氣、氧氣分別通過(guò)氣體管路傳輸至氣體收集器；

電解槽電解液出口與電解液收集器入口連接，電解液收集器出口與電解液換熱器電解液側(cè)入口連接，電解液換熱器電解液側(cè)出口與電解槽電解液入口連接。電解槽、電解液收集器和電解液換熱器構(gòu)成了電解液循環(huán)回路；

氫氣收集器的氣體出口與氫氣換熱器的氣體側(cè)入口連接，氫氣換熱器的氣體側(cè)出口與氫氣處理裝置的氣體入口連接，氫氣處理裝置的氣體出口與氫氣存儲(chǔ)裝置的氣體入口連接，氫氣收集器、氫氣換熱器、氫氣處理裝置、氫氣存儲(chǔ)裝置形成了氫氣生產(chǎn)、處理、存儲(chǔ)的工藝過(guò)程；氧氣收集器的氣體出口與氧氣換熱器的氣體側(cè)入口連接，氧氣換熱器的氣體側(cè)出口與氧氣處理裝置的氣體入口連接，氧氣處理裝置的氣體出口與氧氣存儲(chǔ)裝置的氣體入口連接，氧氣收集器、氧氣換熱器、氧氣處理裝置、氧氣存儲(chǔ)裝置形成了氧氣生產(chǎn)、處理、存儲(chǔ)的工藝過(guò)程；

地埋儲(chǔ)熱裝置儲(chǔ)熱側(cè)出口分為兩路，分流流向氫氣換熱器熱水側(cè)入口和氧氣換熱器熱水側(cè)入口，氫氣換熱器熱水側(cè)出口和氧氣換熱器熱水側(cè)出口同時(shí)與儲(chǔ)熱水收集器入口連接，儲(chǔ)熱水收集器出口與地埋儲(chǔ)熱裝置儲(chǔ)熱側(cè)入口連接，形成儲(chǔ)熱側(cè)水循環(huán)回路；

地埋儲(chǔ)熱裝置放熱側(cè)出口與燃?xì)廨啓C(jī)連接，燃?xì)廨啓C(jī)出口與供水網(wǎng)絡(luò)連接，供水網(wǎng)絡(luò)為熱用戶供暖，供熱回水通過(guò)回水網(wǎng)絡(luò)回到地埋儲(chǔ)熱裝置，形成放熱側(cè)水循環(huán)回路；