CN109972161A - 一种基于污水处理厂的分布式发电制氢系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于污水处理厂的分布式发电制氢系统，包括：再生水储存装置与污水处理厂的再生水输出管道连接；纯水制备装置与再生水储存装置连接，风力发电装置和太阳能发电装置，风光互补控制装置分别与风力发电装置和太阳能发电装置连接；DC‑DC变换装置与风光互补控制装置连接；电解水制氢装置与DC‑DC变换装置连接，进行电解水制氢反应形成氢气和氧气；电解水制氢装置与纯水制备装置连接，氢气纯化装置与电解水制氢装置连接；储氢装置与氢气纯化装置连接，存储纯化后的氢气；储氧装置与电解水制氢装置连接，存储氧气。通过使用污水处理厂的再生水制氢，充分利用了污水处理厂的再生水，使污水处理厂成为制氢站和制氧站，降低氢气的价格较高。
Description
技术领域
本申请涉及可再生资源制氢技术领域，特别是涉及基于污水处理厂的分布式发电制氢系统。
背景技术
氢气是重要的工业原料，也是重要的工业气体和特种气体，在石油化工、电子工业、冶金工业、精细化工、有机合成、航空航天、新能源汽车等领域有着广泛的应用。近年来，随着氢燃料电池、光电子、冶金、半导体等行业快速发展，高纯氢气的需求量迅猛增大，促进了人们对氢气规模化制取技术的研究。目前，氢气的规模化制备技术主要有为煤化工制氢、天然气制氢、甲醇制氢、工业炼厂气提纯制氢、水电解制氢等。上述制氢方法各有优缺点，其中，水电解制氢技术具有氢气纯度高、技术成熟、装置体积小，非常适用于中小规模级别的高纯氢气制备，其不足之处在于制氢过程中对于工业电的消耗较大，导致产品氢气的价格较高。因此，降低制氢成本已成为电解水制氢技术发展的重点。
发明内容
本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。
根据本申请的一个方面，提供了一种基于污水处理厂的分布式发电制氢系统，包括：
再生水储存装置，其与污水处理厂的再生水输出管道连接；
纯水制备装置，其与所述再生水储存装置连接，用于对所述再生水纯化处理形成去离子水；
风力发电装置和太阳能发电装置，用于发电；
风光互补控制装置，其分别与所述风力发电装置和所述太阳能发电装置连接，用于调节发电；
DC-DC变换装置，其与所述风光互补控制装置连接，用于转换电能；
电解水制氢装置，其与所述DC-DC变换装置连接，用于接收所述电能进行电解水制氢反应，并形成氢气和氧气；所述电解水制氢装置与所述纯水制备装置连接，用于获取所述电解水制氢反应所需的所述去离子水；
氢气纯化装置，其与所述电解水制氢装置连接，用于对所述氢气纯化处理；
储氢装置，其与所述氢气纯化装置连接，用于存储纯化后的所述氢气；
储氧装置，其与所述电解水制氢装置连接，用于存储所述氧气。
可选地，还包括集成控制装置，所述集成控制装置分别与所述再生水储存装置、所述纯水制备装置、所述风光互补控制装置、所述DC-DC变换装置、所述电解水制氢装置、所述氢气纯化装置、所述储氢装置、所述储氧装置、所述风力发电装置和所述太阳能发电装置连接，用于对运行参数进行控制。
可选地，所述风力发电装置由1-50个相距5-100米的叶片式风力发电机组成，分布于所述污水处理厂的绿化带、预留地、无建筑物的空地。
可选地，所述太阳能发电装置由1-1000个太阳能电池组件串联或并联组成，所述太阳能电池组件通过支架支撑分布安装于所述污水处理厂的沉砂池、初沉池、二沉池、曝气池、蓄水池的上部和/或所述污水处理厂的办公楼、厂房、仓库的顶部空间。
可选地，还包括蓄电池组，所述蓄电池组与所述风光互补控制装置连接，用于存储电能；所述蓄电池组与所述DC-DC变换装置连接，用于供电。
可选地，所述蓄电池组的电池为铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池、二次电池中的一种。
可选地，所述氢气纯化装置为变压吸附提纯装置或钯膜提纯装置。
可选地，所述储氧装置与所述污水处理厂的所述曝气池连接，用于所述氧气输送至所述曝气池曝气反应。
本申请的基于污水处理厂的分布式发电制氢系统，通过再生水储存装置与污水处理厂的再生水输出管道连接，再生水储存装置与纯水制备装置连接，对再生水纯化处理形成去离子水；风力发电装置和太阳能发电装置，用于发电；风光互补控制装置分别与风力发电装置和太阳能发电装置连接，调节发电；DC-DC变换装置与风光互补控制装置连接，转换电能；电解水制氢装置与DC-DC变换装置连接，接收电能进行电解水制氢反应，并形成氢气和氧气；电解水制氢装置与纯水制备装置连接，获取电解水制氢反应所需的去离子水；氢气纯化装置与电解水制氢装置连接，对氢气纯化处理；储氢装置与氢气纯化装置连接，存储纯化后的所述氢气；储氧装置与电解水制氢装置连接，存储氧气，通过使用污水处理厂的再生水制氢，充分利用了污水处理厂的再生水，使污水处理厂成为制氢站，降低氢气的价格，提高了污水处理厂的运行经济效益。
本申请的基于污水处理厂的分布式发电制氢系统，进一步地，以风力发电装置和太阳能发电装置发电进行制氢，不仅实现了风能、光能等可持续性能源的高效利用，同时大幅度降低了制氢成本，有利于促进氢能产业的规模化发展。
根据下文结合附图对本申请的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本申请一个实施例的基于污水处理厂的分布式发电制氢系统，的结构框图。
图中标记：
1、风力发电装置；2、太阳能发电装置；3、风光互补控制装置；4、蓄电池组；5、DC-DC变换装置；6、电解水制氢装置；7、再生水储存装置；8、纯水制备装置；9、氢气纯化装置；11、储氢装置；12、集成控制装置。
具体实施方式
图1是根据本申请一个实施例的基于污水处理厂的分布式发电制氢系统，的结构框图。基于污水处理厂的分布式发电制氢系统一般性地可包括风力发电装置1、太阳能发电装置2、风光互补控制装置3、蓄电池组4、DC-DC变换装置5、电解水制氢装置6、再生水储存装置7、纯水制备装置8、氢气纯化装置9、储氢装置10、储氧装置11和集成控制装置12。其中，风力发电装置1和太阳能发电装置2通过风光互补控制装置3进行调节发电，发出的电能经DC-DC变换装置5转换后，供给电解水制氢装置6进行电解水制氢反应。制氢所用去离子水是以污水处理厂的再生水经纯水制备装置8进一步纯化后得到，再生水储存在再生水储存装置7中。制取的氢气经氢气纯化装置9纯化后，储存于储氢装置10中，制取的氧气储存于储氧装置11中。集成控制装置12对整套发电制氢系统运行参数进行控制。再生水储存装置7为存水罐、储氧装置11为氧气瓶。通过使用污水处理厂的再生水制氢，充分利用了污水处理厂的再生水，使污水处理厂成为制氢站和制氧站，降低氢气的价格，提高了污水处理厂的运行经济效益。进一步地，以风力发电装置和太阳能发电装置发电进行制氢，不仅实现了风能、光能等可持续性能源的高效利用，同时大幅度降低了制氢成本，有利于促进氢能产业的规模化发展。
污水处理厂通常占地面积较大，大多分布于城市周边区域。充分利用污水处理厂的场地布局及工艺特点，进行分布式发电制氢系统，不仅可以实现污水处理厂部分能源自给，从而大幅降低污水处理厂的能耗需求。同时，通过制取高纯氢气外销，创造了经济效益，对于污水厂节能降耗而言，具有重大的现实意义。
在该实施例中，可选地，风力发电装置1由5个相距100米的叶片式风力发电机(图中未示出)组成，分布于污水处理厂的绿化带、预留地等无建筑物的空地上，有效利用空间。太阳能发电装置2由1000个太阳能电池组件(图中未示出)串联或并联组成，太阳能电池组件通过支架(图中未示出)支撑，分布安装于污水处理厂的沉砂池、初沉池、二沉池、曝气池、蓄水池的上部和/或污水处理厂内的办公楼、厂房、仓库等建筑物的顶部空间，有效利用空间。支架由多根金属立杆和多根金属横杆焊接而成。风力发电装置1和太阳能发电装置2可以根据实时气象条件进行单独发电，也可联合发电，风光互补控制装置3对其产生的电能进行调节控制，电能可储存于铅酸蓄电池组4，也可经DC-DC变换装置5直接输送至电解水制氢装置6。
在该实施例中，可选地，氢气纯化装置9为变压吸附提纯装置或钯膜提纯装置。储氢装置10为高压储氢罐和合金储氢罐组的组合。储氧装置11中的氧气直接输送至污水处理厂的曝气池，参与曝气反应，无需另外输氧设备进行曝气反应，这样可以节省污水处理成本。
在该实施例中，可选地，风力发电装置1由50个相距5米的叶片式风力发电机组成。太阳能发电装置2由200个太阳能电池组件串联或并联组成，风光互补控制装置3对其产生的电能进行调节控制，电能可储存于锂离子蓄电池组4，也可经DC-DC变换装置5直接输送至电解水制氢装置6。
在该实施例中，可选地，风力发电装置1由30个相距3米的叶片式风力发电机组成。太阳能发电装置2由50个太阳能电池组件串联或并联组成，风光互补控制装置3对其产生的电能进行调节控制，电能可储存于镍氢蓄电池组4，也可经DC-DC变换装置5直接输送至电解水制氢装置6。
具体使用时：
1、污水处理厂所产生的再生水进入再生水储存装置7进行存储，再生水再进入纯水制备装置8对再生水纯化处理形成去离子水；
2、风光互补控制装置3与风力发电装置1和太阳能发电装置2连接，调节发电；
3、DC-DC变换装置5与风光互补控制装置3连接，转换电能；
4、电解水制氢装置6与DC-DC变换装置5连接，对转换后的电能进行电解水制氢反应，并形成氢气和氧气；
5、氢气纯化装置9与电解水制氢装置6连接，对氢气纯化处理；
6、储氢装置10与氢气纯化装置9连接，存储纯化后的氢气；
7、储氧装置11与电解水制氢装置6连接，存储氧气。
以风光一体分布式发电系统为电源进行制氢，不仅实现了风能、光能等可持续性能源的高效利用，同时大幅度降低了制氢成本，有利于促进氢能产业的规模化发展。同时充分利用了污水处理厂的水资源和空余空间场地，使污水处理厂成为制氢站和制氧站，提高了污水处理厂的运行经济效益。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种基于污水处理厂的分布式发电制氢系统，包括：
再生水储存装置(7)，其与污水处理厂的再生水输出管道连接；
纯水制备装置(8)，其与所述再生水储存装置(7)连接，用于对所述再生水纯化处理形成去离子水；
风力发电装置(1)和太阳能发电装置(2)，用于发电；
风光互补控制装置(3)，其分别与所述风力发电装置(1)和所述太阳能发电装置(2)连接，用于调节发电；
DC-DC变换装置(5)，其与所述风光互补控制装置(3)连接，用于转换电能；
电解水制氢装置(6)，其与所述DC-DC变换装置(5)连接，用于接收所述电能进行电解水制氢反应，并形成氢气和氧气；所述电解水制氢装置(6)与所述纯水制备装置(8)连接，用于获取所述电解水制氢反应所需的所述去离子水；
氢气纯化装置(9)，其与所述电解水制氢装置(6)连接，用于对所述氢气纯化处理；
储氢装置(10)，其与所述氢气纯化装置(9)连接，用于存储纯化后的所述氢气；
储氧装置(11)，其与所述电解水制氢装置(6)连接，用于存储所述氧气。
2.根据权利要求1所述的基于污水处理厂的分布式发电制氢系统，其特征在于：还包括集成控制装置(12)，所述集成控制装置(12)分别与所述再生水储存装置(7)、所述纯水制备装置(8)、所述风光互补控制装置(3)、所述DC-DC变换装置(5)、所述电解水制氢装置(6)、所述氢气纯化装置(9)、所述储氢装置(10)、所述储氧装置(11)、所述风力发电装置(1)和所述太阳能发电装置(2)连接，用于对运行参数进行控制。
3.根据权利要求1所述的基于污水处理厂的分布式发电制氢系统，其特征在于：所述风力发电装置(1)由1-50个相距5-100米的叶片式风力发电机组成，分布于所述污水处理厂的绿化带、预留地、无建筑物的空地。
4.根据权利要求1所述的基于污水处理厂的分布式发电制氢系统，其特征在于：所述太阳能发电装置(2)由1-1000个太阳能电池组件串联或并联组成，所述太阳能电池组件通过支架支撑分布安装于所述污水处理厂的沉砂池、初沉池、二沉池、曝气池、蓄水池的上部和/或所述污水处理厂的办公楼、厂房、仓库的顶部空间。
5.根据权利要求1所述的基于污水处理厂的分布式发电制氢系统，其特征在于：还包括蓄电池组(4)，所述蓄电池组(4)与所述风光互补控制装置(3)连接，用于存储电能；所述蓄电池组(4)与所述DC-DC变换装置(5)连接，用于供电。
6.根据权利要求5所述的基于污水处理厂的分布式发电制氢系统，其特征在于：所述蓄电池组(4)的电池为铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池、二次电池中的一种。
7.根据权利要求1所述的基于污水处理厂的分布式发电制氢系统，其特征在于：所述氢气纯化装置(9)为变压吸附提纯装置或钯膜提纯装置。
8.根据权利要求4所述的基于污水处理厂的分布式发电制氢系统，其特征在于：所述储氧装置(11)与所述污水处理厂的所述曝气池连接，用于所述氧气输送至所述曝气池曝气反应。
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