CN108591822A - 一种分布式电解制氢加氢站 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分布式电解制氢加氢站，所述的系统包括：电源、电解制氢装置、加氢装置，电源来自于电网或分布式可再生能源发电设施，电源满足电解制氢装置供电电解水制取氢气，氢气可以送入储氢装置储存，也可直接送入加氢装置，给燃料电池汽车加氢。通过本发明的分布式电解制氢加氢站，不但可以利用清洁能源电力获得清洁的氢气，而且变相实现了弃风弃光电能的氢能储存，同时可以利用电解制氢槽耗电和可再生能源发电参与电网辅助服务，为电网源网荷的平衡调节做出贡献。
Description
技术领域
本发明涉及氢能分布式发电的能源系统，具体的涉及一种分布式电解制氢加氢站。
背景技术
氢能作为一种清洁燃料，是目前比较理想的一种燃料，而且中国氢气年产量已逾千万吨规模，位居世界第一。在氢能的应用端，除了大规模的工业应用，如合成氨、炼油、普法玻璃、多晶硅、蓝宝石等应用外，燃料电池汽车是未来最被看好的大规模氢能民用产业。利用氢能的燃料电池汽车是唯一能够全面达到汽车性能指标的环保车型，最大社会意义是代替石油和常规锂电池汽车的电池处理和污染问题，氢燃料电池汽车的优点确实很多，但截至目前还没有大规模量产化的氢燃料电池汽车的出现(丰田的Mriai未来汽车只能算是小规模的量产)。
目前，全球各国都在研发燃料电池汽车技术，各国也都规划建设一定数量的加氢站，未来加氢站一定会取代现有加油站。
国内外已经建成的加氢站的氢气一般来自外部，还未出现在加氢站内直接制取氢气的案例。从外部运输氢气一方面是运输成本较高，而且现阶段无法完全保证氢气的供应。
鉴于以上原因，目前国内外出现的加氢站数量有限，各国实际建成的加氢站的数量远远小于规划的建设数量。
发明内容
本发明的目的之一在于提供了一种分布式电解制氢加氢站，因为氢能是零碳化的未来能源，利用分布式可再生能源发电或电网低谷电或弃风弃光电力，通过电解制氢装置制氢储存，变相地实现了不稳定发电的可再生能源电力的存储，不但可以解决未来高比例可再生能源发电给电网带来的电网源荷平衡问题，而且制取的氢能作为最环保和零碳化的未来能源，完全可以通过氢燃料电池汽车取代现有的电动汽车技术，从而避免现有的电动汽车废旧电池污染、行驶里程数太少的缺陷。
本发明的另一个目的在于所述的分布式电解制氢加氢站能够及时相应电网调峰的需求变化，使得分布式发电站利用氢能进行调峰成为可能。
为实现上述目的，本发明通过以下方式实现：
一种分布式电解制氢加氢站，其特征在于，包括：电源、电解制氢装置和收集装置，所述收集装置为氢能储存装置或加氢装置中的任意一种或两种组合，所述电源的电力来自电网或分布式可再生能源发电设施，所述电源向电解制氢装置供电，所述电解制氢装置电解出的氢气送入所述氢能储存装置和/或加氢装置，所述加氢装置能够向氢能利用设备加氢。
进一步的，所述分布式可再生能源发电设施为分布式光伏发电设施、分布式光热发电设施、分布式风电设施、分布式生物质发电设施中的任意一种或几种的组合。
进一步的，所述氢能利用设备为燃料电池汽车。
进一步的，所述电解制氢装置包括电解制氢槽、供电控制柜和氢气收集净化装置。
进一步的，所述氢能储存装置的输入端与所述电解制氢装置连接，输出端与所述加氢装置连接。
进一步的，所述氢能储存装置为高压气态氢能储存装置、低温液态氢能储存装置、有机溶剂氢能储存装置、金属化合物氢能储存装置、氨储氢的氢能储存装置中的任意一种或几种的组合。
进一步的，所述电解制氢槽为碱性水溶液电解制氢槽、质子膜电解槽、固体聚合物电解槽或高温固体氧化物电解槽中的至少一种。
进一步的，所述分布式风电设施的风机包括小型常规风机和/或小型微风发电机组；所述分布式光伏发电包括单晶硅光伏发电板、多晶硅光伏发电板、薄膜光伏发电板中的任意一种或几种的组合。
进一步的，所述电解制氢装置能够对所述电网进行调峰。
进一步的，所述电解制氢装置能够联合所述分布式可再生能源发电设施对所述电网进行调峰。
根据本发明的一些实施例，所述分布式电解制氢加氢站利用低价的分布式可再生能源发电或电网上的弃风弃光电力或电网调峰电力，制取零碳化的无污染的未来能源氢能，通过氢能的存储变相实现了弃风弃光电能的存储。不但可以解决未来高比例可再生能源发电给电网带来的电网源荷平衡问题，而且制取的氢能作为最环保和零碳化的未来能源，完全可以通过氢燃料电池汽车取代现有的电动汽车技术，从而避免现有的电动汽车废旧电池污染、行驶里程数太少的缺陷。
本发明的有益效果：
(1)本发明的加氢站利用的是分布式可再生能源发电，或电网上调峰的弃风弃光电力，加氢站的制氢成本低。
(2)本发明的加氢站变相地实现了弃风弃光等可再生能源发电电能的存储。
(3)本发明的加氢站可以成为电网调峰的有力手段，通过快速改变电解制氢槽耗电量和分布式可再生能源发电装置的发电量，从而满足电网调峰的负荷变化需求。
(4)本发明制取的氢能，用于氢燃料电池汽车，是良好的取代现有电动汽车的未来交通工具。
附图说明
图1是本发明实施例1中一种分布式电解制氢加氢站的结构图；
图2是本发明实施例2中一种分布式电解制氢加氢站的结构图；
图3是本发明实施例3中一种分布式电解制氢加氢站的结构图；
图4是本发明实施例4中一种分布式电解制氢加氢站的结构图。
为进一步清楚的说明本发明的结构和各部件之间的连接关系，给出了一下附图标记，并加以说明。
1、电解制氢装置；2、分布式可再生能源发电设施；3、加氢装置；4、氢能存储装置；5、逆变器；6、燃料电池汽车；7.蓄电池；8.高压低温液化储氢装置；9、气化罐；10、高压氢气储罐。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的加氢站系统。
实施例1
如图1所示，本实施例是一种可再生能源发电设施与电网供电，进行电解制氢后将氢能源输送至加氢装置的分布式电解制氢加氢站，所述的加氢站包括：分布式可再生能源发电设施2，可以是分布式光伏发电、分布式光热发电、分布式风电、分布式生物质发电等发电方式中的任意一种或几种组合；
电解制氢装置1，包括电解制氢槽、供电控制柜和氢气收集净化装置；
加氢装置3，用于给燃料电池汽车或其他氢能利用设备加氢；
所述分布式可再生能源发电设施2发出的电力供给电解制氢装置1，电解出的氢气送入氢能存储装置4，或直接送入加氢装置3，加氢装置3直接利用电解制氢装置1生产的氢或氢能存储装置4的氢作为来源，给燃料电池汽车或其他氢能利用设备加氢。
进一步，所述的分布式电解制氢加氢站还包括氢能存储装置4，其输入端与电解制氢装置连接，输出端与加氢装置连接，用于将氢气以氢能的形式存储。
进一步，所述的氢能存储装置4用于将氢气以高压气态存储或低温液态形式存储，还可以采用有机溶剂储氢、金属化合物储氢、氨储氢等储氢技术中的任意一种或几种组合。
进一步，所述电解制氢装置1的电解制氢槽可以是碱性水溶液电解制氢槽、质子膜电解槽、固体聚合物电解槽或高温固体氧化物电解槽中的至少一种。
进一步，所述分布式可再生能源发电设施2可以是分布式风力发电、分布式光伏发电、分布式光热蝶式斯特林发电或分布式生物质发电中的至少一种。
进一步，所述分布式风力发电的风机包括小型常规风机和/或小型微风发电机组。
进一步，所述分布式光伏发电包括单晶硅或多晶硅的常规光伏发电板，也包括常见的非晶硅的薄膜太阳电池发电。
进一步，所述的分布式电解制氢加氢站可以为多个，且分布于城市不同区域。
进一步，所述的电解制氢装置1供电也可来自电网，在用电低谷时段时，间接利用弃风弃光电在加氢站内电解制氢，也可利用电解制氢槽耗电调节来进行电网调峰。
进一步，所述的电解制氢装置1的调峰，在需要快速增加耗电负荷时，启动电解制氢装置1耗电制氢；在需要快速增加发电负荷时，快速减少电解制氢装置1负荷或增加分布式可再生能源的上网电量，利用电解制氢装置1耗电量或分布式可再生能源发电设施2发电量的快速增加或减少，从而满足电网快速调峰辅助服务需求。
根据本发明的一些实施例，所述分布式电解制氢加氢站利用低价的分布式可再生能源发电或电网上的弃风弃光电力或电网调峰电力，制取零碳化的无污染的未来能源氢能，通过氢能的存储变相实现了弃风弃光电能的存储。不但可以解决未来高比例可再生能源发电给电网带来的电网源荷平衡问题，而且制取的氢能作为最环保和零碳化的未来能源，完全可以通过氢燃料电池汽车取代现有的电动汽车技术，从而避免现有的电动汽车废旧电池污染、行驶里程数太少的缺陷。
实施例2
如图2所示，本实施例是一种可再生能源发电设施和蓄电池供电，进行电解制氢后将氢能源输送至加氢装置的分布式电解制氢加氢站，本实施例2中不上电网的可再生能源发电作为电源，给电解制氢装置1供电进行电解水制氢流程，制出的氢气净化后可送入储氢装置4，也可直接加压送入加氢装3置，为燃料电池汽车6加氢。为稳定可再生能源发电，可以考虑配备蓄电池7进行蓄电，保证电解制氢槽的供电。
实施例3
如图3所示，本实施例是一种可再生能源发电设施和电网供电，进行电解制氢后将氢能源输送至加氢装置和储氢装置的分布式电解制氢加氢站，本实施例3中电网或分布式可再生能源发电设施2作为电源，给电解制氢装置1供电进行电解水制氢流程，制出的氢气净化后可送入储氢装置，也可直接加压送入加氢装置3，为燃料电池汽车6加氢。其中储氢装置在本实施例中，采用高压液化储氢装置8进行氢能储存，然后经过气化罐9液氢转换为气态氢气，然后送入加氢装置3，对燃料电池汽车6进行高压加氢。
实施例4
如图4所示，本实施例是一种分布式光伏发电设施供电，进行电解制氢后将氢能源输送至高压氢气储罐和高压加氢装置的分布式电解制氢加氢站。本实施例4中通过分布式可再生能源发电设施2作为电源，给电解制氢装置1供电进行电解水制氢流程，制出的氢气净化后可送入储氢装置，也可直接加压送入加氢装置3，为燃料电池汽车6加氢。其中储氢装置在本实施例中，采用高压液化储氢装置10进行氢能储存，然后经过气化罐液氢转换为气态氢气，然后送入加氢装置3，对燃料电池汽车6进行高压加氢。
实施例5
本实施例是一种电网供电，进行电解制氢后将氢能源输送至高压氢气储罐和高压加氢装置的分布式电解制氢加氢站。本实施例5通过电网电力作为电源，给电解制氢装置1供电进行电解水制氢流程，制出的氢气净化后可送入储氢装置4，也可直接加压送入加氢装置3，为燃料电池汽车6加氢。其中储氢装置4在本实施例中，采用高压液化储氢装置进行氢能储存，然后经过气化罐液氢转换为气态氢气，然后送入加氢装置3，对燃料电池汽车6进行高压加氢。
实施例6
本实施例是一种可再生能源发电设施和电网供电，进行电解制氢后将氢能源输送至氢油储氢装置和加氢装置的分布式电解制氢加氢站。本实施例6与实施例1类似，不同之处在于储氢装置4采用有机溶剂储氢方式，又称为氢油储氢方式，有机溶剂或氢油作为储氢的载体循环使用。所述氢油是一种通过氢气与有机溶剂进行加氢反应形成的携氢体系，所述携氢体系在常温常压下呈液态，且能够通过脱氢反应分解出氢气。其中，脱氢反应过程为：在催化剂的作用下，于80℃-250℃的温度下分离出氢气。优选的，脱氢反应过程于80℃-150℃的温度下分离出氢气。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种分布式电解制氢加氢站，其特征在于，包括：电源、电解制氢装置和收集装置，所述收集装置为氢能储存装置或加氢装置中的任意一种或两种组合，所述电源的电力来自电网或分布式可再生能源发电设施，所述电源向电解制氢装置供电，所述电解制氢装置电解出的氢气送入所述氢能储存装置和/或加氢装置，所述加氢装置能够向氢能利用设备加氢。
2.根据权利要求1所述的分布式电解制氢加氢站，其特征在于：所述分布式可再生能源发电设施为分布式光伏发电设施、分布式光热发电设施、分布式风电设施、分布式生物质发电设施中的任意一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的分布式电解制氢加氢站，其特征在于：所述氢能利用设备为燃料电池汽车。
4.根据权利要求1所述的分布式电解制氢加氢站，其特征在于：所述电解制氢装置包括电解制氢槽、供电控制柜和氢气收集净化装置。
5.根据权利要求1所述的分布式电解制氢加氢站，其特征在于：所述氢能储存装置的输入端与所述电解制氢装置连接，输出端与所述加氢装置连接。
6.根据权利要求1所述的分布式电解制氢加氢站，其特征在于：所述氢能储存装置为高压气态氢能储存装置、低温液态氢能储存装置、有机溶剂氢能储存装置、金属化合物氢能储存装置、氨储氢的氢能储存装置中的任意一种或几种的组合。
7.根据权利要求4所述的分布式电解制氢加氢站，其特征在于：所述电解制氢槽为碱性水溶液电解制氢槽、质子膜电解槽、固体聚合物电解槽或高温固体氧化物电解槽中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的分布式电解制氢加氢站，其特征在于：所述分布式风电设施的风机包括小型常规风机和/或小型微风发电机组；所述分布式光伏发电包括单晶硅光伏发电板、多晶硅光伏发电板、薄膜光伏发电板中的任意一种或几种的组合。
9.根据权利要求1所述的分布式电解制氢加氢站，其特征在于：所述电解制氢装置能够对所述电网进行调峰。
10.根据权利要求9所述的分布式电解制氢加氢站，其特征在于：所述电解制氢装置能够联合所述分布式可再生能源发电设施对所述电网进行调峰。
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