CN109795985A - 基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，其包括可再生能源发电装置、循环式铝储能制氢装置、加氢装置；所述可再生能源发电装置，用于向循环式铝储能制氢装置提供电能；所述循环式铝储能制氢装置，用于将三氧化二铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉再进行制氢反应获得氢气和三氧化二铝，将所述氢气输出到加氢装置，将所述三氧化二铝循环使用继续进行电解；所述加氢装置，用于将氢气进行干燥压缩后存储使用；还公开了一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢方法，通过本发明的电解铝的效率在90％以上，铝水制氢效率可至95％，总制氢效率高达80％，从而实现了能源的高效利用。
Description
技术领域
本发明涉及新能源综合利用与化工制氢技术领域，具体涉及一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统及方法。
背景技术
随着世界各国对能源安全、生态环境、气候变化等问题日益重视，加快发展可再生能源已成为国际社会推动能源转型发展、应对全球气候变化的普遍共识和一致行动；但是，由于风电、光伏等可再生能源具有随机性、间歇性等特性，其接入电网会带来电压波动、频率波动等电能质量问题，甚至可能影响到电网安全稳定运行。另外，长期以来我国发电量主要实行计划管理，电网调度只能在计划框架内通过局部优化争取多接纳新能源，调整空间小，效果有限。电力按省域平衡，风电等新能源以就地消纳为主，缺乏跨省、跨区输电的市场机制。省间新能源消纳的市场壁垒林立，据测算，由于省间壁垒造成的弃电量占总弃电量的40％以上。近年来我国可再生能源发电面临的限电问题日趋严重，2016年全国“弃水、弃风、弃光”电量共计近1100亿千瓦时，超过当年三峡电站发电量约170亿千瓦时；未来要实现2020年15％非化石能源比重目标面临的挑战巨大。
因此，当前弃风、弃光、弃水问题已经成为制约我国可再生能源健康发展的一大痛点，国家也将其作为今年的重点任务写进了《政府工作报告》；而“三弃”问题产生的根源在于低负荷、供热期电网向下调峰能力不足和电外送能力弱，其中低负荷是制约可再生能源电力消纳的根本原因。虽然大容量储能技术有助于解决可再生能源的并网问题，保证电网安全稳定运行，但是现有的储能系统难以满足新能源消纳的需要，也无法解决省间壁垒导致的“窝电”问题。
另一方面，当前汽车工业可持续发展同样面临着严峻的能源和环境挑战，而我国石油对外依存度逐年攀升，今年一季度依存度已升至69％，原油日均进口量303万桶，预计原油进口将在2020年翻倍，严重威胁着国家的能源安全；我国已成为全球最大的二氧化碳排放国，交通耗能约占能源消耗总量的30％，汽车尾气已成为大中城市温室气体的首要来源，交通领域的PM2.5贡献率超过25％，雾霾天气频发，汽车节能减排任务艰巨；因而，发展新能源汽车已是全球的共识，同时也是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，已成为我国的基本国策之一。
新能源汽车主流路线包括纯电动汽车和燃料电池汽车；纯电动汽车主要以锂离子电池提供动力，存在着充电时间长(＞60分钟)、能量密度低(电池系统＜150Wh/kg)、续航里程短(＜300公里)以及安全性差等瓶颈问题。燃料电池汽车则以燃料电池提供动力，将氢气和氧气通入电池内二者即发生电催化反应产生纯水并释放出电能，具有零排放无污染、能量密度高(电池系统＞350Wh/kg)、续航里程与传统汽车相当、加注燃料(压缩氢气)时间短(5-10分钟)等优点，因而业内一致认为燃料电池汽车将是汽车工业的终极目标。
由于氢气极小的密度(标准状态下，氢的密度为0.0899g/L)以及易燃易爆的特性，现场生产就地为燃料电池加氢是最佳的方式，显然这种方式对于没有固定路线的燃料电池汽车而言带来了诸多不便；加之当前低成本、小规模、灵活分布的制氢方式尚未实现，作为汽车燃料的氢气只能进行储运；在氢化物储氢和吸附储氢技术尚不成熟的情况下目前氢气主要通过气氢拖车、管道运输和液氢罐车等物理储氢的方式进行储存并运输至加氢站为燃料电池汽车供氢。其中管道运输方式中管道投资成本过高且只能点对点，难以成为主流；液氢罐车耗能严重且容器绝热性等重点技术尚未攻克；而气氢拖车(如鱼雷车等)则是未来一段时间内主要的运输方式，然而该种方式仍然存在着两大弊端：其一在于该方式运输的是高压气态氢其单车载氢量仅限于300kg以下，而整车(鱼雷车)却重达27000kg，基本相当于空车在跑，单位载质量能耗高并不经济；其二在于运输成本及安全性与运输距离相关性强，运输半径超过200km后成本激增，安全隐患也更大。气氢拖车的储运费用已占氢气售价的40％至70％，因此，气氢拖车运输也仅限定于小规模、短距离运输的情景。
而利用可再生能源产生的过剩电能进行电解水制氢技术虽然不失为即可解决可再生能源“三弃顽疾”又可破解燃料电池汽车用高纯氢气来源问题的良药，然而现有技术公开的新能源电解水制氢系统常采用碱性水电解槽和固态高分子电解质电解槽，后者受限于固态电解质及贵金属催化剂等原材料的高成本等问题目前尚不适于大规模水电解制氢，而碱性电解法由于其电化学动力学问题在电解过程中需要一定的温度(80～90℃)和催化剂的选择等电解效率为53.6％～62％，总制氢系统效率不足40％。更重要的是该类技术路线也只局限于在可再生能源发电厂当地制氢，一方面大量氢气的存储需要大量的氢罐，不仅耗能严重(需要高压进入氢瓶)还占用了大量固定资产投入(高压氢罐价格不菲)致使成本攀升，而且还极不安全；另一方面利用气氢拖车的运输更增加了其成本和危险性。因而，该技术并未解决氢气的储运问题。
由此可见，氢气的储运已经成为制约燃料电池汽车大规模应用的一个重大障碍；而如何充分利用可再生能源产生的巨量的过剩电能进行低成本、小规模、灵活分布的生产高纯氢，已经成为推动燃料电池汽车规模化应用进而全面推进国家电力改革创新和能源转型升级所亟待突破的关键瓶颈技术。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统及方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，其包括可再生能源发电装置、循环式铝储能制氢装置、加氢装置；
所述可再生能源发电装置，用于向循环式铝储能制氢装置提供电能；
所述循环式铝储能制氢装置，用于将三氧化二铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉再进行制氢反应获得氢气和三氧化二铝，将所述氢气输出到加氢装置，将所述三氧化二铝循环使用继续进行电解；
所述加氢装置，用于将氢气进行干燥压缩后存储使用。
上述方案中，所述循环式铝储能制氢装置包括依次连接的铝电解槽、氮气雾化装置、铝粉真空包装机、铝水反应器、回转烧结炉、三氧化二铝包装机，所述回转烧结炉的出料口与铝电解槽的进料口连接，所述铝水反应器的氢气出气口与加氢装置连接。
上述方案中，所述加氢装置包括依次连接的氢气干燥塔、氢气压缩机、高压储氢容器、加氢机，所述氢气干燥塔的进气口与循环式铝储能制氢装置的铝水反应器的氢气出口连接。
上述方案中，所述可再生能源发电装置采用风力发电系统、太阳能发电系统、水力发电系统、核能发电系统、生物质发电系统、地热发电系统、潮汐发电系统或海浪发电系统中的一种或多种。
上述方案中，所述循环式铝储能制氢装置还包括功率适配器，所述功率适配器的输入端与可再生能源发电装置连接，输出端分别与铝电解槽、氮气雾化装置、铝粉真空包装机连接。
上述方案中，所述氮气雾化装置包括雾化炉、氮气输送管路、氮气压力平衡罐、加热器、压缩机、送风机、高压储气罐、雾化室、铝粉分级单元、料罐；所述雾化炉的铝液入口与铝电解槽的铝液出口通过导液槽连接，所述雾化炉的出液口与雾化室的进液口连接，所述雾化室的出料口与铝粉分级单元的进料口连接，所述铝粉分级单元的出料口与料罐连接，所述料罐的出料口与铝粉真空包装机的进料口通过密相输送系统连接；所述氮气雾化装置的氮气压力平衡罐的一个出气口与送风机的进风口连接，所述送风机的出风口与雾化室的进风口连接，所述压力平衡罐的另一个出气口与压缩机的进气口连接，所述压缩机的出气口与高压储气罐的进气口连接，所述高压储气罐的出气口通过氮气管路经由加热器与雾化炉前端的雾化喷嘴进气口连接。
上述方案中，所述氢气压缩机采用金属隔膜式氢气压缩机、高纯无油增压器氢气压缩机、电动液驱氢气压缩机中的一种或多种。
本发明实施例还提供一种如上述方案中任意一项所述的基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统的制氢方法，该方法通过如下步骤实现：
步骤(1)，可再生能源发电装置产生的电能通过功率适配器为循环式铝储能制氢装置供电；
步骤(2)，将三氧化二铝加入循环式铝储能制氢装置中进行电解得到铝粉，对所述铝粉再进行制氢反应获得氢气和三氧化二铝，将所述氢气输出到加氢装置，将所述三氧化二铝循环使用继续进行电解；
步骤(3)，将所述步骤(2)制得的氢气进行干燥压缩后存储使用。
上述方案中，所述步骤(2)，具体通过以下步骤实现：
步骤(201)，将三氧化二铝粉加入铝电解槽中进行电解得到高温铝液；
步骤(202)，将所述高温铝液通过导液槽送至氮气雾化装置中，所述高温铝液在氮气雾化装置中被继续加热并在文丘里效应作用下，雾化成小液滴并在环境氮气的保护和冷却下迅速凝固成铝粉；
步骤(203)，所述铝粉与加入至铝水反应器中的水溶液反应制取氢气；或者所述铝粉与加入至铝水反应器中的碱水溶液反应制取氢气，将所述制取的氢气输出到加氢装置；
步骤(204)，将所述步骤(203)制取氢气过程中产生的氢氧化铝沉淀泄放至回转烧结炉中进行烧结分解得到三氧化二铝粉末，然后打包封装运回铝电解槽中重新电解进入下一循环，形成闭合循环回路。
上述方案中，所述步骤(203)中，所述水溶液为自来水、纯水、盐水中的一种或多种，所述盐水采用质量比浓度为5％～40％的氯化钠或氯化钾水溶液；所述碱水溶液采用质量比浓度为5％～60％的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。
与现有技术相比，本发明将弃风、弃光、弃水等可再生能源的过剩电力用于高耗能的电解铝行业，并巧妙的以铝储能的形式用于水解制氢，既有效缓解了可再生能源发电领域的弃风、弃光、弃水问题，实现了可再生能源的就地消纳，又减轻了供热期电网向下调峰的压力；巧妙的将电能存储于铝中进而将向外送电改为向外运铝从而迂回突破了电力外送的省间壁垒使得“窝电”问题得以完美解决，而且，运铝的方式可化整为零机动灵活，从而弥补了特高压直流输电路线固定的局限性，何况特高压远距离输电并未从根本上解决地方之间利益矛盾的问题；本发明通过采用电解铝替代电解水的方式将可再生能源的过剩电能存储于铝中，规避了电解水制氢需要高压氢瓶存储所导致的高耗能、高成本和高危险的问题，将气态运氢改为固态运铝则将运输效率提高了10倍，而且大大增强了其运输安全性；本发明的电解铝的效率在90％以上，铝水制氢效率可至95％，总制氢效率高达80％，从而实现了能源的高效利用。
附图说明
图1为本发明实施例提供一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统的结构示意图；
图3为本发明实施例2提供一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统的结构示意图；
图4为本发明实施例3提供一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统的结构示意图；
图5为本发明实施例4提供一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统的结构示意图；
图6为本发明实施例5提供一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，如图1所示，其包括可再生能源发电装置1、循环式铝储能制氢装置2、加氢装置3；
所述可再生能源发电装置1，用于向循环式铝储能制氢装置2提供电能；
所述循环式铝储能制氢装置2，用于将三氧化二铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉再进行制氢反应获得氢气和三氧化二铝，将所述氢气输出到加氢装置3，将所述三氧化二铝循环使用继续进行电解；
所述加氢装置3，用于将氢气进行干燥压缩后存储使用。
所述循环式铝储能制氢装置2包括依次连接的铝电解槽21、氮气雾化装置22、铝粉真空包装机26、铝水反应器23、回转烧结炉24、三氧化二铝包装机27，所述回转烧结炉24的出料口与三氧化二铝包装机27连接，得到的三氧化二铝经过打包封装后输运至电解铝厂进入铝电解槽21的进料口，所述铝水反应器23的氢气出气口与加氢装置3连接。
具体地，所述铝电解槽21的铝液出口通过导液槽与氮气雾化装置22连接，所述氮气雾化装置22制得铝粉；
所述铝水反应器23的底端出料口与回转烧结炉24的进料口连接，所述铝水反应器23的上端氢气出口与加氢装置3连接，所述回转烧结炉24底端的出料口与三氧化二铝包装机27的进料口连接，三氧化二铝粉打包封装后输运至电解铝厂进入铝电解槽21重新电解开始下一循环；
所述氮气雾化装置22获得的铝粉以及回转烧结炉24获得的三氧化二铝粉，均可以分别通过铝粉真空包装机26以及三氧化二铝包装机27经过打包封装后运送至各站点或者工厂的铝水反应器23、铝电解槽21进行后续制备工艺。
所述加氢装置3包括依次连接的氢气干燥塔31、氢气压缩机32、高压储氢容器33、加氢机34，所述氢气干燥塔31的进气口与循环式铝储能制氢装置2中铝水反应器23的氢气出口连接。
具体地，所述氢气干燥塔31的氢气出口与氢气压缩机32的进气口相连，所述氢气压缩机32的出气口与高压储氢容器33的进气口连接，所述高压储氢容器33的出气口经由减压阀与加氢机34的进气口连接。
所述高压储氢容器33为45MPa长管气瓶、98MPa高压储氢容器中的一种或多种。
所述可再生能源发电装置1采用风力发电系统、太阳能发电系统、水力发电系统、核能发电系统、生物质发电系统、地热发电系统、潮汐发电系统或海浪发电系统中的一种或多种。
具体地，所述风力发电系统的风电机组为永磁直驱风电机组、双馈异步风电机组或双馈-直驱混合风电机组；
所述太阳能发电系统为单晶硅太阳能发电系统、多晶硅太阳能发电系统、薄膜太阳能发电系统或太阳能光热发电系统中的一种或多种。
本发明将弃风、弃光、弃水等可再生能源的过剩电力用于高耗能的电解铝行业，并巧妙的以铝储能的形式用于水解制氢，既有效缓解了可再生能源发电领域的弃风、弃光、弃水问题，实现了可再生能源的就地消纳，又减轻了供热期电网向下调峰的压力。
所述循环式铝储能制氢装置2还包括功率适配器25，所述功率适配器25的输入端与可再生能源发电装置1连接，输出端分别与铝电解槽21、氮气雾化装置22、铝粉真空包装机26连接。
所述氮气雾化装置22包括雾化炉、氮气输送管路、氮气压力平衡罐、加热器、压缩机、送风机、高压储气罐、雾化室、铝粉分级单元、料罐。
具体地，所述雾化炉的铝液入口与铝电解槽21的铝液出口通过导液槽连接，所述雾化炉的出液口与雾化室的进液口连接，所述雾化室的出料口与铝粉分级单元的进料口连接，所述铝粉分级单元的出料口与料罐连接，所述料罐的出料口与铝粉真空包装机26的进料口通过密相输送系统连接；所述氮气雾化装置22的氮气压力平衡罐的一个出气口与送风机的进风口连接，所述送风机的出风口与雾化室的进风口连接，所述压力平衡罐的另一个出气口与压缩机的进气口连接，所述压缩机的出气口与高压储气罐的进气口连接，所述高压储气罐的出气口通过氮气管路经由加热器与雾化炉前端的雾化喷嘴进气口连接；
所述氢气压缩机32采用金属隔膜式氢气压缩机、高纯无油增压器氢气压缩机、电动液驱氢气压缩机中的一种或多种。
本发明实施例还提供一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统的制氢方法，该方法通过如下步骤实现：
步骤(1)，可再生能源发电装置1产生的电能通过功率适配器为循环式铝储能制氢装置2供电；
步骤(2)，将三氧化二铝加入循环式铝储能制氢装置2中进行电解得到铝粉，再对所述铝粉再进行制氢反应获得氢气和三氧化二铝，将所述氢气输出到加氢装置3，将所述三氧化二铝循环使用继续进行电解；
步骤(3)，将所述步骤(2)制得的氢气进行干燥压缩后存储使用。
所述步骤(2)，具体通过以下步骤实现：
步骤(201)，将三氧化二铝粉加入铝电解槽21中进行电解得到高温铝液；
步骤(202)，将所述高温铝液通过导液槽送至氮气雾化装置22中，所述高温铝液在氮气雾化装置22中被继续加热并在文丘里效应作用下，雾化成小液滴并在环境氮气的保护和冷却下迅速凝固成铝粉；
具体地，所述高温铝液在雾化炉中被继续加热并保持在一定的雾化温度，所述高温铝液在液面压力和环形雾化器的雾化氮气的文丘里效应作用下，由雾化炉前端的雾化喷嘴喷到雾化室中雾化成小液滴，并在环境氮气的保护和冷却下迅速凝固成铝粉，所述铝粉经高压风机吸入至铝粉分级单元进行分级，分离出各种不同中粒径d50的铝粉送入料罐，并由密相气力输送系统分别送往铝粉真空包装机26进行真空包装；在所述高温铝液的雾化、分级和包装等生产过程中均需在氮气保护中进行；
所述雾化炉的温度控制在850～900℃，严格捞渣作业以防止雾化器喷嘴堵塞；
雾化温度控制在720～780℃，雾化氮气压力控制在2.2～2.5MPa，雾化氮气流速控制在350～400m/s，喷嘴间隙控制在0.40～0.55mm。
步骤(203)，所述铝粉与加入至铝水反应器23中的水溶液反应制取氢气；或者所述铝粉与加入至铝水反应器中的碱水溶液反应制取氢气，将所述制取的氢气输出到加氢装置3；
具体地，所述铝粉与加入至铝水反应器23中的水溶液反应制取氢气，反应方程式为：
2Al+6H2O→Al(OH)3↓+3H2↑
所述水溶液为自来水、纯水、盐水中的一种或多种；所述盐水为质量比浓度为5％～40％的氯化钠或氯化钾水溶液；
所述铝粉与加入至铝水反应器23中的碱水溶液反应制取氢气，反应方程式为：
2Al+6H2O+2NaOH→2NaAl(OH)4+3H2↑
NaAl(OH)4→NaOH+Al(OH)3↓
所述碱水溶液为质量比浓度为5％～60％的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。
步骤(204)，将所述步骤(203)制取氢气过程中产生的氢氧化铝沉淀泄放至回转烧结炉24中进行烧结分解得到三氧化二铝粉末，然后打包封装运回铝电解槽21中重新电解进入下一循环，形成闭合循环回路。
具体地，所述回转烧结炉的烧结分解过程的温度控制在450～500℃。
实施例1
本发明实施例1提供一种基于铝储能的循环式风电水解制氢方法，如图2所示，在东北某地利用装有永磁直驱风电机组风场产生的风电作为电力供应，将三氧化二铝加入铝电解槽21中电解成铝液后直接通过导液槽送至氮气雾化装置22中形成铝粉并真空包装；然后将铝粉输运至加氢站进入铝水反应器23与纯水反应进行现场制氢，所产生的含有水蒸气的粗氢气进入氢气干燥塔31进行干燥后得到纯度为99.9％的纯氢气，再经由金属隔膜式氢气压缩机32压入45MPa长管气瓶33中储存，然后再经由减压阀进入加氢机34为燃料电池汽车加氢；而铝水制氢所产生的氢氧化铝沉淀则泄放至回转烧结炉24进行烧结分解得到三氧化二铝，再打包封装输运至电解铝厂进入电解槽21进行再次电解从而形成铝储能循环回路。
实施例2
本发明实施例2提供一种基于铝储能的循环式太阳能水解制氢方法，如图3所示，在新疆某地利用当地装有太阳能光热发电系统的电场发出的电能作为电力供应，将三氧化二铝加入铝电解槽21中电解成铝液后直接通过导液槽送至氮气雾化装置22中形成铝粉并真空包装；然后将铝粉输运至加氢站进入铝水反应器23与质量比为5％～50％的氢氧化钠水溶液反应进行现场制氢，所产生的含有碱蒸气的粗氢气进入氢气干燥塔31进行干燥纯化后得到纯度为99.9％的纯氢气，再经由高纯无油增压器氢气压缩机32压入98MPa高压储氢容器33中储存，然后再经由减压阀进入加氢机34为燃料电池汽车加氢；而铝水制氢所产生的氢氧化铝沉淀则泄放至回转烧结炉24进行烧结分解得到三氧化二铝，再打包封装输运至电解铝厂进入电解槽21进行再次电解从而形成铝储能循环回路。
实施例3
本发明实施例3提供一种基于铝储能的循环式风能(双馈风机)和太阳能(单晶硅光伏)联合水解制氢方法，如图4所示，在内蒙利用当地装有双馈异步风电机组风场产生的风电和装有单晶硅光伏电池板阵列产生的电能作为联合电力供应，将三氧化二铝加入铝电解槽21中电解成铝液后直接通过导液槽送至氮气雾化装置22中形成铝粉并真空包装；然后将铝粉输运至加氢站进入铝水反应器23与质量比为5％～50％的氢氧化钠水溶液反应进行现场制氢，所产生的含有碱蒸气的粗氢气进入氢气干燥塔31进行干燥纯化后得到纯度为99.9％的纯氢气，再经由金属隔膜式氢气压缩机32压入98MPa高压储氢容器33中储存，然后再经由减压阀进入加氢机34为燃料电池汽车加氢；而铝水制氢所产生的氢氧化铝沉淀则泄放至回转烧结炉24进行烧结分解得到三氧化二铝，再打包封装输运至电解铝厂进入电解槽21进行再次电解从而形成铝储能循环回路。
实施例4
本发明实施例4提供一种基于铝储能的循环式风能(直驱风机)和太阳能(多晶硅光伏)联合水解制氢方法，如图5所示，在甘肃利用当地装有永磁直驱风电机组风场产生的风电和装有多晶硅光伏电池板阵列产生的电能作为联合电力供应，将三氧化二铝加入铝电解槽21中电解成铝液后直接通过导液槽送至氮气雾化装置22中形成铝粉并真空包装；然后将铝粉输运至加氢站进入铝水反应器23与质量比为20％～60％的氢氧化钾水溶液反应进行现场制氢，所产生的含有碱蒸气的粗氢气进入氢气干燥塔31进行干燥纯化后得到纯度为99.9％的纯氢气，再经由高纯无油增压器氢气压缩机32压入45MPa长管气瓶33中储存，然后再经由减压阀进入加氢机34为燃料电池汽车加氢；而铝水制氢所产生的氢氧化铝沉淀则泄放至回转烧结炉24进行烧结分解得到三氧化二铝，再打包封装输运至电解铝厂进入电解槽21进行再次电解从而形成铝储能循环回路。
实施例5
本发明实施例5提供一种基于铝储能的循环式水电水解制氢方法，如图6所示，在云南、贵州或四川的某地利用当地小水电产生的电能作为电力供应，将三氧化二铝加入铝电解槽21中电解成铝液后直接通过导液槽送至氮气雾化装置22中形成铝粉并真空包装；然后将铝粉输运至加氢站进入铝水反应器23与质量比为5％～40％的氯化钠水溶液反应进行现场制氢，所产生的含有水蒸气的粗氢气进入氢气干燥塔31进行干燥后得到纯度为99.9％的纯氢气，再经由电动液驱氢气压缩机32压入45MPa长管气瓶33中储存，然后再经由减压阀进入加氢机34为燃料电池汽车加氢；而铝水制氢所产生的氢氧化铝沉淀则泄放至回转烧结炉24进行烧结分解得到三氧化二铝，再打包封装输运至电解铝厂进入电解槽21进行再次电解从而形成铝储能循环回路。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，其特征在于，其包括可再生能源发电装置、循环式铝储能制氢装置、加氢装置；
所述可再生能源发电装置，用于向循环式铝储能制氢装置提供电能；
所述循环式铝储能制氢装置，用于将三氧化二铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉再进行制氢反应获得氢气和三氧化二铝，将所述氢气输出到加氢装置，将所述三氧化二铝循环使用继续进行电解；
所述加氢装置，用于将氢气进行干燥压缩后存储使用。
2.根据权利要求1所述的基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，其特征在于，所述循环式铝储能制氢装置包括依次连接的铝电解槽、氮气雾化装置、铝粉真空包装机、铝水反应器、回转烧结炉、三氧化二铝包装机，所述回转烧结炉的出料口与铝电解槽的进料口连接，所述铝水反应器的氢气出气口与加氢装置连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，其特征在于，所述加氢装置包括依次连接的氢气干燥塔、氢气压缩机、高压储氢容器、加氢机，所述氢气干燥塔的进气口与循环式铝储能制氢装置的铝水反应器的氢气出口连接。
4.根据权利要求3所述的基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，其特征在于，所述可再生能源发电装置采用风力发电系统、太阳能发电系统、水力发电系统、核能发电系统、生物质发电系统、地热发电系统、潮汐发电系统或海浪发电系统中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，其特征在于，所述循环式铝储能制氢装置还包括功率适配器，所述功率适配器的输入端与可再生能源发电装置连接，输出端分别与铝电解槽、氮气雾化装置、铝粉真空包装机连接。
6.根据权利要求5所述的基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，其特征在于，所述氮气雾化装置包括雾化炉、氮气输送管路、氮气压力平衡罐、加热器、压缩机、送风机、高压储气罐、雾化室、铝粉分级单元、料罐；所述雾化炉的铝液入口与铝电解槽的铝液出口通过导液槽连接，所述雾化炉的出液口与雾化室的进液口连接，所述雾化室的出料口与铝粉分级单元的进料口连接，所述铝粉分级单元的出料口与料罐连接，所述料罐的出料口与铝粉真空包装机的进料口通过密相输送系统连接；所述氮气雾化装置的氮气压力平衡罐的一个出气口与送风机的进风口连接，所述送风机的出风口与雾化室的进风口连接，所述压力平衡罐的另一个出气口与压缩机的进气口连接，所述压缩机的出气口与高压储气罐的进气口连接，所述高压储气罐的出气口通过氮气管路经由加热器与雾化炉前端的雾化喷嘴进气口连接。
7.根据权利要求6所述的基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，其特征在于，所述氢气压缩机采用金属隔膜式氢气压缩机、高纯无油增压器氢气压缩机、电动液驱氢气压缩机中的一种或多种。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述的基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统的制氢方法，其特征在于，该方法通过如下步骤实现：
步骤(1)，可再生能源发电装置产生的电能通过功率适配器为循环式铝储能制氢装置供电；
步骤(2)，将三氧化二铝加入循环式铝储能制氢装置中进行电解得到铝粉，对所述铝粉再进行制氢反应获得氢气和三氧化二铝，将所述氢气输出到加氢装置，将所述三氧化二铝循环使用继续进行电解；
步骤(3)，将所述步骤(2)制得的氢气进行干燥压缩后存储使用。
9.根据权利要求8所述的制氢方法，其特征在于，所述步骤(2)，具体通过以下步骤实现：
步骤(201)，将三氧化二铝粉加入铝电解槽中进行电解得到高温铝液；
步骤(202)，将所述高温铝液通过导液槽送至氮气雾化装置中，所述高温铝液在氮气雾化装置中被继续加热并在文丘里效应作用下，雾化成小液滴并在环境氮气的保护和冷却下迅速凝固成铝粉；
步骤(203)，所述铝粉与加入至铝水反应器中的水溶液反应制取氢气；或者所述铝粉与加入至铝水反应器中的碱水溶液反应制取氢气，将所述制取的氢气输出到加氢装置；
步骤(204)，将所述步骤(203)制取氢气过程中产生的氢氧化铝沉淀泄放至回转烧结炉中进行烧结分解得到三氧化二铝粉末，然后打包封装运回铝电解槽中重新电解进入下一循环，形成闭合循环回路。
10.根据权利要求9所述的制氢方法，其特征在于，所述步骤(203)中，所述水溶液为自来水、纯水、盐水中的一种或多种，所述盐水采用质量比浓度为5％～40％的氯化钠或氯化钾水溶液；所述碱水溶液采用质量比浓度为5％～60％的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190524 |