[發明專利]一種電解水制氫與低溫耦合的儲能裝置及儲能方法

有效

• 申請號: 202111286736.6
• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN114232005B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 韓一松;譚芳;彭旭東;姚蕾;李良英
• 申請（專利權）人: 杭氧集團股份有限公司
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B1/55;C25B9/50;C25B9/67;C25B15/00;F25J1/02;F28D20/02
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳琦;陳繼亮

1.一種電解水制氫與低溫耦合的儲能裝置，其特征在于：所述裝置包括液氮預冷氫氣液化系統、液氫-液氮換熱系統、冷能儲存系統及空氣分離裝置冷能利用系統；所述液氮預冷氫氣液化系統包括液氮輸入系統、氮氣輸出系統、液氫輸出系統和氫氣液化系統，各個系統之間通過管道連接和閥門控制；所述液氫-液氮換熱系統包括液氫儲罐、液氫泵、液氫-液氮換熱器、液氮儲罐，各個系統之間通過管道連接和閥門控制，用于汽化液氫并液化氮氣，其中所述液氫儲罐的液氫輸入端連接于所述液氮預冷氫氣液化系統的液氫輸出系統，所述液氫泵的液氫輸入端連接于所述液氫儲罐的液氫輸出端，所述液氫-液氮換熱器的液氫輸入端連接于所述液氫泵的液氫輸出端，所述液氫-液氮換熱器的氮氣輸入端連接于所述空氣分離裝置冷能利用系統的空氣分離裝置產品氮氣輸出系統的氮氣輸出端，所述液氫-液氮換熱器的液氮輸出端連接于所述液氮儲罐的液氮輸入端，所述液氮儲罐的液氮輸出端連接于所述液氮預冷氫氣液化系統的所述液氮輸入系統的輸入端，所述冷能儲存系統包括氫氣-載冷劑換熱器、載冷劑泵、載冷劑-冷能儲存換熱器、載冷劑儲罐，冷能儲罐，各個系統之間通過管道連接和閥門控制，用于復熱氫氣并儲存冷能，其中所述氫氣-載冷劑換熱器的氫氣輸入端連接于所述液氫-液氮換熱器的氫氣輸出端，所述氫氣-載冷劑換熱器的載冷劑輸出端連接于所述載冷劑泵的載冷劑輸入端，所述載冷劑泵的載冷劑輸出端連接于所述載冷劑-冷能儲存換熱器的載冷劑輸入端，所述載冷劑-冷能儲存換熱器的載冷劑輸出端連接于所述氫氣-載冷劑換熱器的載冷劑輸入端，所述載冷劑-冷能儲存換熱器的水輸出端連接于所述冷能儲罐的輸入端，所述載冷劑儲罐通過管道和閥門連接于所述載冷劑泵的載冷劑輸入端，所述空氣分離裝置冷能利用系統包括循環水系統、水冷塔、空氣分離裝置產品氮氣輸出系統，空氣分離裝置冷凍水輸入系統，各個系統之間通過管道連接和閥門控制，所述循環水系統的輸出端連接于所述載冷劑-冷能儲存換熱器的水輸入端，所述冷能儲罐的輸出端連接于所述水冷塔的上部輸入端，所述氮氣輸出系統的輸出端連接于所述水冷塔的下部輸入端，所述水冷塔的底部輸出端連接于所述空氣分離裝置冷凍水輸入系統的輸入端。

2.根據權利要求1所述的電解水制氫與低溫耦合的儲能裝置，其特征在于：所述液氫-液氮換熱器、氫氣-載冷劑換熱器、載冷劑-冷能儲存換熱器均為繞管式換熱器或板面式換熱器。

3.根據權利要求1所述的電解水制氫與低溫耦合的儲能裝置，其特征在于：所述水冷塔為填料塔。

4.根據權利要求1-3中任一項所述儲能裝置的儲能方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟1：當光電綠色電解水制氫氣過量時，過量氫氣可經氫氣液化系統液化，其中液氮作為氫液化的預冷冷源，液化后的液氫送入液氫儲罐進行儲存，汽化復熱到常溫的氮氣由氮氣輸出系統通過管道進入水冷塔的下部后被從冷能儲罐過來的低溫水進入水冷塔上部后噴淋，低溫水被進一步冷卻，有利于空氣分離裝置后續的工藝，節省了空氣分離裝置的能耗；

步驟2：當可再生能源發電系統因環境變化，如日照減弱而導致綠色電解水制氫不足時，儲存于液氫儲罐的液氫經液氫泵加壓后進入液氫-液氮換熱器汽化復熱后又進入氫氣-載冷劑換熱器復熱得到常溫氫氣，用來補充綠色電解水的制氫不足，同時產品氮氣輸出系統的常溫氮氣進入液氫-液氮換熱器用來提供熱源汽化復熱液氫，其自身被液化冷凝成液氮后進入液氮儲罐，可作為氫氣液化時液氮預冷的部分補充，同時載冷劑進入氫氣-載冷劑換熱器用來提供熱源復熱氫氣，其自身被冷卻后經載冷劑泵加壓后進入載冷劑-冷能儲存換熱器，用來冷卻從循環水系統過來的常溫水，常溫水被冷卻成低溫水后出載冷劑-冷能儲存換熱器進入冷能儲罐，冷能儲罐的低溫水可通過管道和閥門進入水冷塔上部進行噴淋，進一步降低水溫。

5.根據權利要求4所述的電解水制氫與低溫耦合的儲能方法，其特征在于：所述載冷劑為無機、有機化合物或其混合溶液或其水溶液。

6.根據權利要求4所述的電解水制氫與低溫耦合的儲能方法，其特征在于：所述水冷塔裝填為填料。