[發明專利]一種分布式制氫儲能發電系統及其工作方法

在審

• 申請號: 202210299827.1
• 申請日: 2022-03-25
• 公開（公告）號: CN114678572A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 朱維;謝佳平;楊事成;李建偉;趙舸
• 申請（專利權）人: 上海卓微氫科技有限公司
• 主分類號: H01M8/0656
• 分類號: H01M8/0656;H01M8/04119;H01M8/04007;H01M8/04291;H01M8/04746;H01M8/04828
• 代理公司: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 37236
• 代理人: 張曉艷

本發明具體為一種分布式制氫儲能發電系統及其工作方法，所述系統包括水電解制氫單元、氫氣純化加濕單元、燃料電池發電單元、固態儲氫單元，所述水電解制氫單元通過管路與氫氣純化加濕單元連接，所述氫氣純化加濕單元通過管路分別連接燃料電池發電單元和固態儲氫單元，所述燃料電池發電單元通過管路連接水電解制氫單元。所述工作方法包括制氫?儲氫模式、干燥塔再生模式、儲氫?發電模式。將氫氣純化加濕單元的干燥塔與燃料電池發電單元進行耦合，實現水分和能量的高效利用，系統安全性高、穩定性強。

技術領域

本發明涉及新能源技術領域，具體為一種分布式制氫儲能發電系統及其工作方法。

背景技術

作為一種可被儲存的二次能源，氫氣以及以氫氣為燃料的燃料電池正逐漸被廣泛應用在分布式儲能發電系統中。水電解制氫因其制氫量靈活、設備體積小等優點可作為分布式氫能系統的氫源，特別是當與可再生能源耦合時，整個系統可真正做到低碳甚至零碳。

水電解制備出的氫氣經氣液分離后，通常需經過純化干燥系統脫除氫氣中的微量氧氣和水，然后經氫氣存儲系統進行儲存。氫氣干燥方法通常為變溫吸附法，較高的再生氣壓力(通常＞1.5MPa)致使氫氣干燥系統具有非常大的工作功耗。

燃料電池在使用過程中需要對水熱進行有效管理。為避免質子交換膜干燥導致電解質性能大幅度下降，通常利用外部加濕器對原料氣體做增濕處理。目前主要是使用燃料電池自身產生的水對原料空氣進行加濕，但這種情況下可能會增濕不充分。而且相關研究結果表明，因產物水主要在陰極生成，燃料電池陰極的水淹區域要大于陽極。因此選擇對氫氣進行加濕代替空氣加濕可以減少燃料電池的水淹概率。同時，燃料電池在低溫下啟動時，為保證快速啟動，通常需要燃料電池外部配備電加熱系統對反應氣體或冷卻液進行加熱，但這無疑會導致燃料電池系統的復雜性和輔助功耗的增加。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種分布式制氫儲能發電系統及其工作方法。

本發明提供的分布式制氫儲能發電系統包括水電解制氫單元、氫氣純化加濕單元、燃料電池發電單元、固態儲氫單元，所述水電解制氫單元通過管路與氫氣純化加濕單元連接，所述氫氣純化加濕單元通過管路分別連接燃料電池發電單元和固態儲氫單元，所述燃料電池發電單元通過管路連接水電解制氫單元。

優選的，所述水電解制氫單元具有電源系統以及水電解制氫裝置。

優選的，所述氫氣純化加濕單元采用兩塔干燥裝置，所述兩塔干燥裝置包括脫氧塔、氣液冷卻分離器、第一干燥塔、第二干燥塔，所述脫氧塔通過管路連接氣液冷卻分離器，所述氣液冷卻分離器通過管路分別連接第一干燥塔、第二干燥塔，所述氣液冷卻分離器通過設有排水閥的管路連接水電解制氫裝置。

優選的，所述燃料電池發電單元與第一干燥塔、第二干燥塔連接的管路上設有第一電磁閥，所述固態儲氫單元與第一干燥塔、第二干燥塔連接的管路上設有第二電磁閥。

優選的，所述第一電磁閥與燃料電池發電單元之間設有氫氣緩沖罐。

優選的，所述燃料電池發電單元包括燃料電池、空氣供應子系統、水熱管理子系統、電力輸出子系統、控制系統，所述燃料電池的氫氣進口通過管路與氫氣緩沖罐連接。

優選的，所述固態儲氫單元包括至少一個儲氫裝置、連接在儲氫裝置進氣口側的控制閥門，連接在儲氫裝置出氣口側的控制閥門。

優選的，所述固態儲氫單元的出氣口側通過管路連接至第一干燥塔、第二干燥塔。

優選的，燃料電池發電單元還包括水回收裝置，所述水回收裝置與水熱管理子系統通過管路連接，所述水回收裝置還通過管路連接水電解制氫裝置。

本發明還提供了一種分布式制氫儲能發電系統的工作方法，所述方法包括三種工作模式：

(1)制氫-儲氫模式