[發(fā)明專利]一種基于嚴(yán)苛條件下熱自持式聚光光伏電解制氫反應(yīng)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111387525.1
• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號: CN114059079B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 敬登偉;曾子龍;馬利靜;馬奔馳;郭烈錦;李楊
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B9/65;C25B9/67;H02S40/22;H02J7/35
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明公開了一種基于嚴(yán)苛條件下熱自持式聚光光伏電解制氫反應(yīng)系統(tǒng)，包括聚光菲涅爾透鏡、聚光光伏、換熱器、循環(huán)泵和電路切換元件等部件，旨在為新疆或西藏等地區(qū)冬季寒冷嚴(yán)苛條件下的電解水制氫提供溫和反應(yīng)工況，保證其效率。同時，可形成電/熱/氫聯(lián)供的能源供給模式。本發(fā)明裝置主要分為電解水、換熱熱傳遞及換熱冷端吸熱部分等部分，既能減弱聚光光伏表面局部過熱導(dǎo)致的效率驟降等問題，也能將納米換熱工質(zhì)攜帶的熱量用于對電解池提供保溫措施，實現(xiàn)了在無外熱能輸入的系統(tǒng)熱自持供給。本發(fā)明裝置具有集成度好，智能化程度高，操作簡單等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新能源制備領(lǐng)域，具體涉及一種基于嚴(yán)苛條件下熱自持式聚光光伏電解制氫反應(yīng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

將一次能源，如太陽能、風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮堋⑺艿龋行蜣D(zhuǎn)化為二次能源，如氫能，電能等，進(jìn)行儲存利用是目前國內(nèi)能源領(lǐng)域的核心趨勢和方向。其中，突破綠色氫能的制備、儲存、利用等重大戰(zhàn)略問題對于我國能源革命具有至關(guān)重要的作用。就規(guī)模化制氫而言，現(xiàn)有報道的相對廣泛的技術(shù)有煤化工制氫，電解水制氫，生物質(zhì)制氫，微生物制氫以及光催化制氫等，其中，電解水制氫相較于其他幾類有較高的能量轉(zhuǎn)化效率并且能夠?qū)崿F(xiàn)氫氧產(chǎn)物的有效分離，更加接近工業(yè)化應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。然而，采用工業(yè)上的大型電解槽直接電解水制氫需要提供很高的電能消耗，經(jīng)濟(jì)性較差。并且電解反應(yīng)裝置本身比較笨重，以至于后期維修及更換反應(yīng)膜及電極材料等比較繁瑣。

結(jié)合我國的太陽能資源輻射分布特性，在中國西部，特別是新疆、西藏、蘭州等地區(qū)大面積布置光伏組件能夠?qū)⒏患奶柲苓M(jìn)行資源化利用和轉(zhuǎn)化，然而現(xiàn)在在西部地區(qū)主要還是以風(fēng)能、水能發(fā)電為主的能源模式，對于太陽能的大規(guī)模利用還沒有占到非常高的比例，通過太陽能制取氫能的相關(guān)裝置更是鮮有報道。因此，設(shè)計并構(gòu)建通過太陽能來維持的實地制氫反應(yīng)系統(tǒng)具有重要的意義。此外，我國西部晝夜溫差明顯及光照輻射不均勻等客觀屬性大大制約了光伏利用的空間及價值，因此，尋求簡單、廉價的光線匯聚技術(shù)來大幅提升太陽能光子到光伏產(chǎn)電的轉(zhuǎn)化效率是克服天氣原因，提高能源利用效率的重要環(huán)節(jié)。有相關(guān)科學(xué)研究表明，過熱或者過冷的實驗氛圍下，電解水制氫效率會降低0.25–5％/℃，因此，在電解水制氫過程中開展對電解池環(huán)境溫度控制具有重要且現(xiàn)實的工業(yè)應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于嚴(yán)苛條件下熱自持式聚光光伏電解制氫反應(yīng)系統(tǒng)，利用此裝置可以實現(xiàn)在新疆或西藏等極其寒冷條件下的聚光光伏電解制氫及光伏發(fā)電與熱利用協(xié)同聯(lián)供。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下方案來實現(xiàn)：

一種基于嚴(yán)苛條件下熱自持式聚光光伏電解制氫反應(yīng)系統(tǒng)，包括電解水部分、換熱熱傳遞部分和換熱冷端吸熱部分，電解水部分包括聚光光伏、蓄電裝置和電解池；換熱熱傳遞部分包括換熱流道板、納米流體儲罐和換熱器；換熱冷端吸熱部分包括換熱器和電解池保溫層；

電解水部分用于將室外直接太陽能通過聚光菲涅爾透鏡聚焦至高能流密度后輻射到聚光光伏表面，然后將產(chǎn)生的電能儲存到蓄電裝置或者直接供給后續(xù)電解池電解水制取氫氣；換熱熱傳遞部分利用儲存于納米流體儲罐的高熱導(dǎo)納米流體換熱工質(zhì)流經(jīng)換熱流道板后，將聚光光伏背部多余的熱量輸運至換熱器的殼程；換熱冷端吸熱部分利用換熱器的管程與殼程進(jìn)行充分的熱交換后，將熱量儲存于具有高比熱容的熱儲工質(zhì)中，并輸送至電解池保溫層，以此保證在寒冷條件下電解池的正常工作。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于，聚光光伏的工作平臺包括底部支架、立體式鏡架和可旋轉(zhuǎn)支撐軸；聚光菲涅爾透鏡、底部支架左右兩側(cè)分別設(shè)置側(cè)立的三根輔助支撐桿并在頂部匯聚至軸承環(huán)，可旋轉(zhuǎn)支撐軸放置于兩個軸承環(huán)內(nèi)部，并保證左右兩端對稱，聚光菲涅爾透鏡設(shè)置在立體式鏡架上，且立體式鏡架能夠繞可旋轉(zhuǎn)支撐軸旋轉(zhuǎn)來跟蹤太陽能輻射方位。