[發明專利]一種制儲充氫系統及配置方法

在審

• 申請號: 202111651036.2
• 申請日: 2021-12-30
• 公開（公告）號: CN114335607A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 張暢;王金意;郭海礁;徐顯明;余智勇;任志博;王鵬杰
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司;四川華能氫能科技有限公司;華能集團技術創新中心有限公司;四川華能太平驛水電有限責任公司;四川華能寶興河水電有限責任公司;四川華能嘉陵江水電有限責任公司;四川華能東西關水電股份有限公司;四川華能康定水電有限責任公司;四川華能涪江水電有限責任公司;華能明臺電力有限責任公司
• 主分類號: H01M8/04082
• 分類號: H01M8/04082;H01M8/04089;H01M8/0656;C01B3/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃垚琳

本發明實施例提出了一種制儲充氫系統及配置方法，以電解制氫、固體合金或有機物液體儲氫材料作為儲放氫材料的制儲充氫系統，提供了基于用氫需求和材料特性的制儲充氫系統的配置方法，通過制氫單元、儲氫單元、放氫單元之間的協同配合，實現在滿足用氫需求條件下的總投資最低，節約投資成本；且同時考慮了溫度和壓力對儲放氫材料工作特性和總投資的影響，給出了最佳工況的選擇方案，使得系統內的儲氫材料和放氫材料處于吸氫、存儲和放氫的動態循環內，并使得所有儲氫模塊和放氫模塊均獲得充分利用。

技術領域

本發明涉及氫能與燃料電池領域技術領域，特別涉及到一種制儲充氫系統及配置方法。

背景技術

在氫能應用中，氫的按需儲存和釋放是影響用氫安全和成本的重要問題。目前應用最廣泛的氣態儲氫存在安全性差、儲氫密度低的問題，在大規模氫儲能應用中，其爆炸危險性和超大體積儲罐會造成占地和管理成本的大幅提升，且氣氫儲罐釋放氫氣不徹底，會造成一定的氫氣余量損失，在釋氫過程后期由于氣瓶余壓降低，導致釋放速度變慢。

利用液態有機物和固態金屬合金的吸放氫反應進行氫氣存儲和釋放是目前儲氫研究的熱點方向，液態有機物和固態金屬合金的儲氫產物均為常壓下穩定的化合物，大大提升了氫氣存儲的安全性，尤其是在涉及能源、發電等行業的氫儲應用時，其安全優勢更為重要。然而，目前行業內對于液態有機物和固態金屬儲氫與前端氫氣生產和終端氫能利用需求的耦合還缺乏研究和認識，缺少能夠指導實際生產運行的制儲充氫系統設計及操作方案。且電解水制氫是目前能夠實現大規模綠氫生產的最佳途徑，但電解水制氫的設備成本較高，在實際應用中，應在滿足需求的情形下最大限度降低電解水制氫設備的容量配置，以提高設備利用率，降低投資成本。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一，本發明實施例提供了一種制儲充氫系統及配置方法，在電解水制氫設備容量配置最低的前提下，根據需求規模和儲氫材料特性確定儲放氫設施容量配置，利用具有不同吸放氫熱力學和動力學特性的儲氫材料，分梯度實現氣源氫氣吸收、終端氫氣釋放和內部環節的材料間氫氣傳輸，以經濟的容量配置滿足生產需求，并提供了相應的儲放氫操作方法。

有鑒于此，根據本發明實施例的一個方面提出了一種制儲充氫系統，包括：

制氫單元，其用于制備氫氣；

儲氫單元，其輸入端與所述制氫單元的輸出端連接；所述儲氫單元包括多個并聯的儲氫模塊；所述儲氫模塊包括設置第一氫氣入口和第一氫氣出口的第一反應器，所述第一反應器內設置儲氫材料用于吸收或釋放氫氣；所述第一氫氣入口連接所述儲氫單元的輸入端，所述第一氫氣出口連接所述儲氫單元的輸出端；

放氫單元，其輸入端與所述儲氫單元的輸出端連接；所述放氫單元包括多個并聯的放氫模塊；所述放氫模塊包括設置第二氫氣入口和第二氫氣出口的第二反應器，所述第二反應器內設置放氫材料用于吸收或釋放氫氣；所述第二氫氣入口連接所述放氫單元的輸入端，所述第二氫氣出口連接所述放氫單元的輸出端；和

用氫單元，其輸入端分別與所述制氫單元和所述放氫單元的輸出端連接，用于消耗氫氣。

在一些實施例中，所述儲氫材料有儲放氫能力，且平均放氫速度小于或等于其平均儲氫速度，所述儲氫模塊的數量為

N_儲＝[(w_1儲/w_2儲+1)*A_儲]；

所述儲氫模塊中所述儲氫材料的質量為m_0儲＝q₁/w_1儲/A_儲；

其中m_1儲/N_儲m_0儲α_儲；minA_儲＝m_1儲/N_儲m_0儲；