[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

一種電解水制氫與低溫耦合的儲能裝置及儲能方法，用于解決光電資源不連續與生產用綠氫連續化要求矛盾的問題。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，本發明系統間高度耦合，通過儲氫的形式，可實現最大限度的利用光電可再生能源，在實現高效儲能調峰的同時，能夠有效降低綠氫制備利用的能耗成本，達到節能效果，具有良好的推廣前景。

技術領域

本發明涉及太陽能可再生能源發電與綠電水電解制氫、氫氣液化儲能、氫能領域，具體涉及一種電解水制氫與低溫耦合的儲能裝置及儲能方法。

背景技術

以太陽能為代表的可再生能源，因受自然環境因素（季節、天氣）的影響極大，其發電過程中能量輸入及功率輸出無法達到像化石能源那樣的精確控制，具有波動大、間斷性、隨機性、不可控等特點，難以直接接入電網加以利用，導致大規模棄光的現象發生。因此，如何有效平抑光電功率波動、提升光電消納能力，已經成為限制光電大規模發展的關鍵技術瓶頸。儲能系統作為能量緩沖手段，可以有效平抑光電功率波動，減少棄光棄電，將在推動可再生能源的合理利用進展中扮演越來越重要的角色。

氫能以其優秀的能量密度、能量利用效率和清潔性，以及電能、核能、太陽能、風能、水能等均可轉換成氫能加以儲存、運輸或直接使用，被譽為最佳的碳中和能源載體，將在“脫碳”過程中發揮關鍵作用。氫氣可通過天然氣或化石燃料重整、工業副產氫純化、可再生電電解等大規模方式制備獲得，而其中利用太陽能等可再生能源發電電解所制得的“綠氫”，由于其制備過程中沒有碳排放或碳排放量很少，更是成為未來能源的“最終目標”。氫作為能源載體用于集中處理可再生資源的使用已在全世界開始推廣，有利于可再生資源和氫能的攜手發展，利用市場前景廣泛。目前氫能大多數用于傳統工業領域，如煉油、合成氨、生產甲醇等方面，而采用太陽能等可再生能源發電電解制備的原料氫氣流量的不穩定，將直接對下游工藝產生極大的影響。因而如何利用不連續性、波動性大的太陽能等可再生能源制備連續性供應的“綠氫”是當前研究的熱點和難點。

為保障“綠氫”的持續性供應，當可再生能源發電系統電量充足，即日照充足時，該階段發出的綠電通過水電解制氫能夠生產足量氫氣，作為原料氣供應給下游工廠、企業的同時還有部分富余氫氣，為進一步充分利用富余氫氣，可將富余氫氣作為能源儲存便于能源短缺階段的進一步供能。目前的儲氫技術主要包括高壓氣態儲氫、低溫液態儲氫、有機液態儲氫以及固態儲氫等類型。液氫儲能以其存儲密度和儲運效率高的優點，成為更適用于大規模長距離儲運需求的氫儲能形式。利用氫氣液化系統將這光電綠電解制氫的富余氫氣液化后送入液氫儲罐進行儲存。當可再生能源發電系統因環境變化而導致發電量不足時，如夜晚太陽能發電系統無法提供綠電解制氫所需的電量，為了持續向下游工廠提供穩定的原料氫氣，只需將儲罐內的液氫汽化為氫氣后供入下游工藝管網。但氫液化過程由于氫氣沸點（20K）極低，液化制冷帶來的能耗較大，如何在工業級大規模儲氫應用中降低能耗，成為儲氫的關鍵，也是“綠氫”推動太陽能等可再生資源的合理利用和發展壯大的關鍵。

發明內容