CN111987744A - 一种热能深度利用的电储氢热一体化能源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热能深度利用的电储氢热一体化能源系统，包括风力发电设备、太阳能光伏发电设备、储能设备、电解水制氢设备、氢燃料电池、氢气对外供应管道；风力发电设备、太阳能光伏发电设备、储能设备、电解水制氢设备、氢燃料电池之间通过内部电力网络连接；电解水制氢设备设有电解槽冷却水进口管道及电解槽热水出口管道，用于向外部输送热能；电解水制氢设备通过制氢设备出口管路分别连接氢燃料电池及氢气对外供应管道；氢燃料电池设有氢燃料电池冷却水进口管道及氢燃料电池热水出口管道，用于向外部输送热能。本发明可对系统运行过程中的热能进行全面回收，提高可再生能源开发过程中的对外一体化供氢供热水平。

Description

一种热能深度利用的电储氢热一体化能源系统
技术领域
本发明属于可再生能源技术领域，尤其涉及一种热能深度利用的电储氢热一体化能源系统。
背景技术
加大风电、光伏发电等可再生能源开发，是解决我国能源需求的客观要求，也是减少我国化石能源消费，降低化石能源消费依赖和二氧化碳排放强度的现实要求。但是由于电能具有不可大规模长时间储存的缺点，提高可再生能源消纳水平，促进可再生能源开发一直是我国电网建设和能源发展的面临的重要难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种热能深度利用的电储氢热一体化能源系统，针对风电、光伏等可再生能源开发过程中，所产生的电量无法实现有效消纳和向外部输送的难题，以及电解水制氢过程中产生的热能回收问题，通过对厂用氢燃料电池和电解水制氢设备运行过程中的热量进行回收，在保障孤网系统安全稳定性的同时，提高系统能效管理水平，减少绿色制氢过程中的热污染。
本发明提供了一种热能深度利用的电储氢热一体化能源系统，包括风力发电设备、太阳能光伏发电设备、储能设备、电解水制氢设备、氢燃料电池、氢气对外供应管道；
所述风力发电设备、太阳能光伏发电设备、储能设备、电解水制氢设备、氢燃料电池之间通过内部电力网络连接，用于孤网方式运行；
所述电解水制氢设备设有电解槽冷却水进口管道及电解槽热水出口管道，用于通过所述电解槽热水出口管道向外部输送热能；
所述电解水制氢设备通过制氢设备出口管路分别连接所述氢燃料电池及氢气对外供应管道；
所述氢燃料电池设有氢燃料电池冷却水进口管道及氢燃料电池热水出口管道，用于通过所述氢燃料电池热水出口管道向外部输送热能。
进一步地，所述风力发电设备、太阳能光伏发电设备在系统运行期间产生的电能用于供应所述电解水制氢设备运行所需电能，并对所述储能设备进行充电。
进一步地，所述氢燃料电池及储能设备用于为所述风力发电设备、太阳能光伏发电设备、电解水制氢设备提供启动电源和控制电源。
进一步地，所述电解槽冷却水进口管道及氢燃料电池冷却水进口管道用于在所述电解水制氢设备及氢燃料电池运行时，利用冷却水对所述电解水制氢设备及氢燃料电池进行冷却，所产生的热水分别通过所述电解槽热水出口管道及氢燃料电池热水出口管道排出后汇集。
进一步地，所述电解槽热水出口管道出口热水温度为60-100℃，所述氢燃料电池热水出口管道出口温度为75-200℃。
进一步地，所述风力发电设备、太阳能光伏发电设备、储能设备、电解水制氢设备的规模容量和数量根据实际情况进行适应性调整。
进一步地，所述制氢设备出口管路及氢气对外供应管道的运行压力为1MPa-5MPa。
借由上述方案，通过热能深度利用的电储氢热一体化能源系统，具有如下技术效果：
1)通过在可再生能源孤网运行制氢系统中，设置氢燃料电池，并对电解水制氢和氢燃料电池运行过程中的热水进行回收，向外部供应高品质低价氢气和热量，提高了绿色能源开发水平。
2)当系统采取孤网运行方式时，风力发电设备，太阳能光伏发电设备所生产的电能不需要升压至高等级电压，可以有效降低可再生能源开发成本，所制备的氢气具有价低质高的有点。
3)具有可再生能源开发利用率高，热量无浪费的有点，而且生产过程中没有二氧化碳排放，氢气产品成本低，并可以根据外部对氢能、电能、热能的不同需求进行运行状态调整。
4)当风力发电设备和光伏发电设备运行时，通过对氢燃料电池进行注氢，并对储能设备进行充电，可建立系统稳定可靠的能源保障系统，提高可再生能源深度开发水平。
5)本发明的风力发电设备，太阳能光伏发电设备，储能设备，电解水制氢设备，氢气储存装置的配置和控制调节，可以根据发明使用地点的风力资源、太阳能资源和氢气消费需求进行调整，可以满足不同地区可再生资源开发和绿色能源消费需求变化，提高了本发明的适用性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
附图说明
图1是本发明热能深度利用的电储氢热一体化能源系统的结构示意图。
图中标号：
1-风力发电设备；2-太阳能光伏发电设备；3-储能设备；4-内部电力网络；5-电解水制氢设备；6-制氢设备出口管路；7-氢燃料电池入口氢气管路；8-氢燃料电池；9-电解槽冷却水进口管道；10-电解槽热水出口管道；11-氢燃料电池冷却水进口管道；12-氢燃料电池热水出口管道；13-氢气对外供应管道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
与电能相比，氢能具有长时间大规模储存的优点，是除了电能之外，我国二次能源消费的有益补充。此外，氢能具有更为灵活的利用途径，通过提高我国氢能消费水平，还可以进一步降低我国二氧化碳排放水平。通过厂用氢方式，在系统中设置氢燃料电池，降低孤网运行系统储能投资成本，同时对氢燃料电池和电解水制氢设备运行过程中所产生的热量进行回收，不但可以减少整套设备对外的热污染，更可以提高系统的综合能效水平。
参图1所示，本实施例提供了一种热能深度利用的电储氢热一体化能源系统，包括风力发电设备1、太阳能光伏发电设备2、储能设备3、电解水制氢设备5、氢燃料电池8、氢气对外供应管道13；
风力发电设备1、太阳能光伏发电设备2、储能设备3、电解水制氢设备5、氢燃料电池8之间通过内部电力网络4连接，用于孤网方式运行；
电解水制氢设备5设有电解槽冷却水进口管道9及电解槽热水出口管道10，用于通过电解槽热水出口管道10向外部输送热能；
电解水制氢设备5通过制氢设备出口管路6分别连接所述氢燃料电池8及氢气对外供应管道13；
氢燃料电池8设有氢燃料电池冷却水进口管道11及氢燃料电池热水出口管道12，用于通过氢燃料电池热水出口管道12向外部输送热能，实现对热能的深度回收。
在本实施例中，风力发电设备1、太阳能光伏发电设备2在系统运行期间产生的电能用于供应电解水制氢设备5运行所需电能，并对储能设备3进行充电。
在本实施例中，氢燃料电池8及储能设备3用于为风力发电设备1、太阳能光伏发电设备2、电解水制氢设备5提供启动电源和控制电源。
在本实施例中，电解槽冷却水进口管道9及氢燃料电池冷却水进口管道11用于在电解水制氢设备5及氢燃料电池8运行时，利用冷却水对电解水制氢设备5及氢燃料电池8进行冷却，所产生的热水分别通过电解槽热水出口管道10及氢燃料电池热水出口管道12排出后汇集。
在本实施例中，电解槽热水出口管道8出口热水温度为60-100℃，氢燃料电池热水出口管道12出口温度为75-200℃。
在本实施例中，风力发电设备1、太阳能光伏发电设备2、储能设备3、电解水制氢设备5的规模容量和数量根据实际情况进行适应性调整。
在本实施例中，制氢设备出口管路6及氢气对外供应管道13的运行压力为1MPa-5MPa。
该热能深度利用的电储氢热一体化能源系统，具有如下技术效果：
1)通过在可再生能源孤网运行制氢系统中，设置氢燃料电池，并对电解水制氢和氢燃料电池运行过程中的热水进行回收，向外部供应高品质低价氢气和热量，提高了绿色能源开发水平。
2)当系统采取孤网运行方式时，风力发电设备，太阳能光伏发电设备所生产的电能不需要升压至高等级电压，可以有效降低可再生能源开发成本，所制备的氢气具有价低质高的有点。
3)具有可再生能源开发利用率高，热量无浪费的有点，而且生产过程中没有二氧化碳排放，氢气产品成本低，并可以根据外部对氢能、电能、热能的不同需求进行运行状态调整。
4)当风力发电设备和光伏发电设备运行时，通过对氢燃料电池进行注氢，并对储能设备进行充电，可建立系统稳定可靠的能源保障系统，提高可再生能源深度开发水平。
5)本发明的风力发电设备，太阳能光伏发电设备，储能设备，电解水制氢设备，氢气储存装置的配置和控制调节，可以根据发明使用地点的风力资源、太阳能资源和氢气消费需求进行调整，可以满足不同地区可再生资源开发和绿色能源消费需求变化，提高了本发明的适用性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种热能深度利用的电储氢热一体化能源系统，其特征在于，包括风力发电设备(1)、太阳能光伏发电设备(2)、储能设备(3)、电解水制氢设备(5)、氢燃料电池(8)、氢气对外供应管道(13)；
所述风力发电设备(1)、太阳能光伏发电设备(2)、储能设备(3)、电解水制氢设备(5)、氢燃料电池(8)之间通过内部电力网络(4)连接，用于孤网方式运行；
所述电解水制氢设备(5)设有电解槽冷却水进口管道(9)及电解槽热水出口管道(10)，用于通过所述电解槽热水出口管道(10)向外部输送热能；
所述电解水制氢设备(5)通过制氢设备出口管路(6)分别连接所述氢燃料电池(8)及氢气对外供应管道(13)；
所述氢燃料电池(8)设有氢燃料电池冷却水进口管道(11)及氢燃料电池热水出口管道(12)，用于通过所述氢燃料电池热水出口管道(12)向外部输送热能。
2.根据权利要求1所述的热能深度利用的电储氢热一体化能源系统，其特征在于，所述风力发电设备(1)、太阳能光伏发电设备(2)在系统运行期间产生的电能用于供应所述电解水制氢设备(5)运行所需电能，并对所述储能设备(3)进行充电。
3.根据权利要求1所述的热能深度利用的电储氢热一体化能源系统，其特征在于，所述氢燃料电池(8)及储能设备(3)用于为所述风力发电设备(1)、太阳能光伏发电设备(2)、电解水制氢设备(5)提供启动电源和控制电源。
4.根据权利要求1所述的热能深度利用的电储氢热一体化能源系统，其特征在于，所述电解槽冷却水进口管道(9)及氢燃料电池冷却水进口管道(11)用于在所述电解水制氢设备(5)及氢燃料电池(8)运行时，利用冷却水对所述电解水制氢设备(5)及氢燃料电池(8)进行冷却，所产生的热水分别通过所述电解槽热水出口管道(10)及氢燃料电池热水出口管道(12)排出后汇集。
5.根据权利要求1所述的热能深度利用的电储氢热一体化能源系统，其特征在于，所述电解槽热水出口管道(8)出口热水温度为60-100℃，所述氢燃料电池热水出口管道(12)出口温度为75-200℃。
6.根据权利要求1所述的热能深度利用的电储氢热一体化能源系统，其特征在于，所述风力发电设备(1)、太阳能光伏发电设备(2)、储能设备(3)、电解水制氢设备(5)的规模容量和数量根据实际情况进行适应性调整。
7.根据权利要求1所述的热能深度利用的电储氢热一体化能源系统，其特征在于，所述制氢设备出口管路(6)及氢气对外供应管道(13)的运行压力为1MPa-5MPa。
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