CN110428346A - 一种含有氢储能的综合能源系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种含有氢储能的综合能源系统，发电子系统包括与电解制氢装置连接的氢气储存装置、电力路由器和第一储水罐，斯特林发电装置与氢气储存装置、电力路由器和加热子系统连接，第一储水罐与水处理子系统连接；加热子系统包括与加热器连接的第三压缩机、预热器，闪蒸器与冷凝器、第二压缩机、水处理子系统和第三压缩机连接，冷凝器与第一压缩机、节流装置、第二压缩机连接，蒸发器与第一压缩机、节流装置、预热器、水处理子系统连接；水处理子系统包括与第二水处理机连接的蓄水箱、第一水处理机、第二储水罐。低峰期获取氢气，高峰期利用氢气发电，节约工厂的用电成本和提高供电质量，将发电产生的余热进行利用，降低工厂的综合用能成本。
Description
技术领域
本申请涉及电力系统规划领域，尤其涉及一种含有氢储能的综合能源系统。
背景技术
目前，不少地区已经开始实施峰谷电价，峰谷电价也称“分时电价”，其是按高峰用电和低谷用电分别计算电费的一种电价制度。高峰用电，一般指用电单位较集中，供电紧张时的用电，如在白天，收费标准较高。低谷用电，一般指用电单位较少、供电较充足时的用电，如在夜间，收费标准较低。
单班制生产的企业原先是利用中小型燃煤锅炉直接产生蒸汽或提供电力拖动。为了减少煤炭燃烧造成的污染，现有是在高峰用电期直接用电产生蒸汽或提供电力拖动。由于现有在高峰用电期直接用电的企业没有储能装置，无法有效利用夜间变压器容量。由于高峰用电期的收费标准较高，企业仅仅在高峰用电期间直接用电才产生蒸汽或提供电力拖动，会导致生产过程中的用电成本偏高。由于高峰用电期使用的用户较多，部分供电区域内部会存在电压偏低、三相不平衡等供电质量差的问题，导致生产设备不能正常运行甚至损坏，造成不必要的损失。因此，提出了一种含有氢储能的综合能源系统。
发明内容
本申请提供了一种含有氢储能的综合能源系统，以解决现有工厂仅在高峰用电期用电造成的生产过程中用电成本高、供电质量差的技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请公开了以下技术方案：
一种含有氢储能的综合能源系统，系统包括发电子系统、加热子系统和水处理子系统，发电子系统和加热子系统分别于水处理子系统活动连接，发电子系统与加热子系统活动连接，其中：发电子系统包括电解制氢装置、氢气储存装置、斯特林发电装置、电力路由器和第一储水罐，电解制氢装置分别与氢气储存装置、电力路由器、第一储水罐活动连接，斯特林发电装置分别与氢气储存装置、电力路由器、加热子系统活动连接，第一储水罐与水处理子系统活动连接，电力路由器与电源连接；加热子系统包括加热器、第一压缩机、蒸发器、节流装置、冷凝器、第二压缩机、闪蒸器、第三压缩机和预热器，加热器分别与斯特林发电装置、第三压缩机、预热器活动连接，第三压缩机与闪蒸器活动连接，闪蒸器分别与冷凝器、第二压缩机、水处理子系统活动连接，冷凝器分别与第一压缩机、节流装置、第二压缩机活动连接，蒸发器分别与第一压缩机、节流装置、预热器、水处理子系统；水处理子系统包括蓄水箱、第二储水罐、第一水处理机和第二水处理机，蓄水箱分别与预热器、蒸发器、第二水处理机活动连接，第二水处理机分别与第一水处理机、第二储水罐活动连接，第二储水罐与闪蒸器活动连接，第一水处理机与第一储水罐活动连接。
可选地，加热器为管道式加热器。
可选地，第一储水罐用于存储纯水，第二储水罐用于存储软水。
可选地，第一压缩机为循环压缩机，第二压缩机为增压压缩机，第三压缩机为螺杆式压缩机。
可选地，第二水处理机用于软化水，第一水处理机用于纯化水。
有益效果：本申请提供了一种含有氢储能的综合能源系统，该系统包括发电子系统、加热子系统和水处理子系统，发电子系统和加热子系统分别于水处理子系统活动连接，发电子系统与加热子系统活动连接。电价低谷期开始后，电解制氢装置开始工作，并把所制得的氢气存储在氢气储存装置中。当低谷电价期结束时，电解制氢装置停止工作。电价低谷期结束后，利用氢气储存装置所存的氢气通过斯特林发电装置与电力路由器相连，作为小型分布式电源进行并网发电，发电期间，斯特林发电装置产生的为其温度可达到约250-300℃。加热子系统在运行期间，斯特林发电装置产生的250-300℃预热通过加热器将第一压缩机出口的蒸汽进一步加热，达到生产工艺所用的蒸汽温度。加热器出口的尾气进入预热器，将进入热泵的入口热源水温加热，从而提高COP。预热器出口的尾气则对空排放。预热器出口的热水作为热源，在蒸发器中与热泵内部循环工质进行热交换，工质通过第一压缩机后，在冷凝器中放热，将热量传递给闪蒸器中的回流软水。为了提高软水的饱和蒸汽温度，在管道上增加第二压缩机进行加压。水处理子系统包括第一水处理机和第二水处理机，并设有连续排污阀。第二水处理机将来自蓄水箱的普通自来水进行软化，并保存至第二储水罐中。第一水处理机进一步将水纯化，并保存至第一储水罐中。第二储水罐中的水用于向闪蒸器补水，第一储水罐用于向电解制氢装置供水。本申请中，在用电低峰期，利用电解制氢装置获取氢气，并将制取的氢气保存；在用电高峰期，利用斯特林发电装置和氢气发电，并通过加热器和预热器充分利用斯特林发电装置的余热，满足工业生产需求。本申请中，在用电低峰期获取氢气，在用电高峰期利用氢气发电，不仅可以有效利用夜间变压器容量，大大节约工厂生产过程中的用电成本，还可以有效缓解用电高峰时段的供电压力，提高供电质量。利用发电产生的余热用于生产的用热环节中，不仅可以降低工厂的综合用电成本，还能有效提高了能源利用率，并且环保可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为申请提供的一种含有氢储能的综合能源系统的结构示意图；
附图说明：1-发电子系统，2-加热子系统，3-水处理子系统，11-电解制氢装置，12-氢气储存装置，13-斯特林发电装置，14-电力路由器，15-第一储水罐，21-加热器，22-第一压缩机，23-蒸发器，24-节流装置，25-冷凝器，26-第二压缩机，27-闪蒸器，28-第三压缩机，29-预热器，31-蓄水箱，32-第二储水罐，33-第一水处理机，34-第二水处理机。
具体实施方式
参见图1，为本申请提供的一种含有氢储能的综合能源系统的结构示意图，可知，本申请提供了一种含有氢储能的综合能源系统，该系统包括发电子系统1、加热子系统2和水处理子系统3，发电子系统1和加热子系统分2别于水处理子系统3活动连接，发电子系统1与加热子系统2活动连接。发电子系统1包括电解制氢装置11、氢气储存装置12、斯特林发电装置13、电力路由器14和第一储水罐15，电解制氢装置11分别与氢气储存装置12、电力路由器14、第一储水罐15活动连接，斯特林发电装置13分别与氢气储存装置12、电力路由器14、加热子系统2活动连接，第一储水罐15与水处理子系统3活动连接，电力路由器14与电源连接。使用过程中，电价低谷期开始后，电解制氢装置11开始工作，并把所制得的氢气存储在氢气储存装置12中。当低谷电价期结束时，电解制氢装置11停止工作。电价低谷期结束后，利用氢气储存装置12所存的氢气通过斯特林发电装置13与电力路由器14相连，作为小型分布式电源进行并网发电，发电期间，斯特林发电装置13产生的为其温度可达到约250-300℃。加热子系统2包括加热器21、第一压缩机22、蒸发器23、节流装置24、冷凝器25、第二压缩机26、闪蒸器27、第三压缩机28和预热器29，加热器21分别与斯特林发电装置13、第三压缩机28、预热器29活动连接，第三压缩机28与闪蒸器27活动连接，闪蒸器27分别与冷凝器25、第二压缩机26、水处理子系统3活动连接，冷凝器25分别与第一压缩机22、节流装置24、第二压缩机26活动连接，蒸发器23分别与第一压缩机22、节流装置24、预热器29、水处理子系统3。加热子系统2在运行期间，斯特林发电装置13产生的250-300℃预热通过加热器21将第一压缩机22出口的蒸汽进一步加热，达到生产工艺所用的蒸汽温度。加热器21出口的尾气进入预热器29，将进入热泵的入口热源水温加热，从而提高COP。预热器29出口的尾气则对空排放。预热器29出口的热水作为热源，在蒸发器23中与热泵内部循环工质进行热交换，工质通过第一压缩机22后，在冷凝器25中放热，将热量传递给闪蒸器27中的回流软水。为了提高软水的饱和蒸汽温度，在管道上增加第二压缩机26进行加压。水处理子系统3包括蓄水箱31、第二储水罐32、第一水处理机33和第二水处理机34，蓄水箱31分别与预热器29、蒸发器23、第二水处理机34活动连接，第二水处理机34分别与第一水处理机33、第二储水罐32活动连接，第二储水罐32与闪蒸器27活动连接，第一水处理机33与第一储水罐15活动连接。水处理子系统3设有连续排污阀。第二水处理机34将来自蓄水箱31的普通自来水进行软化，并保存至第二储水罐32中。第一水处理机33进一步将水纯化，并保存至第一储水罐15中。第二储水罐32中的水用于向闪蒸器27补水，第一储水罐15用于向电解制氢装置11供水。本申请中，在用电低峰期，利用电解制氢装置11获取氢气，并将制取的氢气保存；在用电高峰期，利用斯特林发电装置13和氢气发电，并通过加热器21和预热器29充分利用斯特林发电装置13的余热，满足工业生产。本申请中，在用电低峰期获取氢气，在用电高峰期利用氢气发电，不仅可以有效利用夜间变压器容量，大大节约工厂生产过程中的用电成本，还可以有效缓解用电高峰时段的供电压力，提高供电质量。利用发电产生的余热用于生产的用热环节中，不仅可以降低工厂的综合用能成本，还能有效提高能源利用率，并且环保可靠。
为了充分利用斯特林发电装置13发电过程中产生的废气，本实施例中，加热器21为管道式加热器。管道式加热器具有加热速度快、保温性能好，加热温度等优点，通常用来加热空气、氮气等气体，能在很短的时间内将气体加热到所需温度。
为了使发电子系统1和加热子系统2正常工作，本实施例中，第二水处理机34用于软化水，第一水处理机33用于纯化水，第一储水罐15用于存储纯水，第二储水罐32用于存储软水。使用过程中，第二水处理机34将来自蓄水箱31的普通自来水进行软化，保证硬度不高于100mg/L，并保存至第二储水罐32中。第一水处理机33在第二水处理机34的基础上，进一步将水纯化，保证硬度不高于60mg/L，导电率不低于260s/cm，并保存至第一储水罐15中。
为了使加热子系统2尽快加热废气，本实施例中，第一压缩机22为循环压缩机，第二压缩机26为增压压缩机，第三压缩机28为螺杆式压缩机。使用过程中，斯特林发电装置13产生的250-300℃的余热通过管道式加热器将螺杆式压缩机出口的蒸汽进一步加热，达到生产工艺所用蒸汽温度。为了提高该软水的饱和蒸汽温度，在管道上需要增加增压压缩机。预热器29出口的热水作为热源，在蒸发器23中与热泵内部循环工质进行热交换，工质通过循环压缩机后，在冷凝器25中放热，将热量传递给闪蒸器27中的回流软水。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未实用的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (5)
1.一种含有氢储能的综合能源系统，其特征在于，所述系统包括发电子系统(1)、加热子系统(2)和水处理子系统(3)，所述发电子系统(1)和所述加热子系统(2)分别于所述水处理子系统(3)活动连接，所述发电子系统(1)与所述加热子系统(2)活动连接，其中：
所述发电子系统(1)包括电解制氢装置(11)、氢气储存装置(12)、斯特林发电装置(13)、电力路由器(14)和第一储水罐(15)，所述电解制氢装置(11)分别与所述氢气储存装置(12)、所述电力路由器(14)、所述第一储水罐(15)活动连接，所述斯特林发电装置(13)分别与所述氢气储存装置(12)、所述电力路由器(14)、所述加热子系统(2)活动连接，所述第一储水罐(15)与所述水处理子系统(3)活动连接，所述电力路由器(14)与电源连接；
所述加热子系统(2)包括加热器(21)、第一压缩机(22)、蒸发器(23)、节流装置(24)、冷凝器(25)、第二压缩机(26)、闪蒸器(27)、第三压缩机(28)和预热器(29)，所述加热器(21)分别与所述斯特林发电装置(13)、所述第三压缩机(28)、所述预热器(29)活动连接，所述第三压缩机(28)与所述闪蒸器(27)活动连接，所述闪蒸器(27)分别与所述冷凝器(25)、所述第二压缩机(26)、所述水处理子系统(3)活动连接，所述冷凝器(25)分别与所述第一压缩机(22)、所述节流装置(24)、所述第二压缩机(26)活动连接，所述蒸发器(23)分别与所述第一压缩机(22)、所述节流装置(24)、所述预热器(29)、所述水处理子系统(3)；
所述水处理子系统(3)包括蓄水箱(31)、第二储水罐(32)、第一水处理机(33)和第二水处理机(34)，所述蓄水箱(31)分别与所述预热器(29)、所述蒸发器(23)、所述第二水处理机(34)活动连接，所述第二水处理机(34)分别与所述第一水处理机(33)、所述第二储水罐(32)活动连接，所述第二储水罐(32)与所述闪蒸器(27)活动连接，所述第一水处理机(33)与所述第一储水罐(15)活动连接。
2.根据权利要求1所述的综合能源系统，其特征在于，所述加热器(21)为管道式加热器。
3.根据权利要求1所述的综合能源系统，其特征在于，所述第一储水罐(15)用于存储纯水，所述第二储水罐(32)用于存储软水。
4.根据权利要求1所述的综合能源系统，其特征在于，所述第一压缩机(22)为循环压缩机，所述第二压缩机(26)为增压压缩机，所述第三压缩机(28)为螺杆式压缩机。
5.根据权利要求1所述的综合能源系统，其特征在于，所述第二水处理机(34)用于软化水，所述第一水处理机(33)用于纯化水。
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