CN113411036A - 一种基于太阳能分频利用的综合供能系统 - Google Patents

一种基于太阳能分频利用的综合供能系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113411036A
CN113411036A CN202110793712.3A CN202110793712A CN113411036A CN 113411036 A CN113411036 A CN 113411036A CN 202110793712 A CN202110793712 A CN 202110793712A CN 113411036 A CN113411036 A CN 113411036A
Authority
CN
China
Prior art keywords
energy
module
solar energy
solar
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110793712.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113411036B (zh
Inventor
苗政
张佳薇
武翔峰
岳权
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN202110793712.3A priority Critical patent/CN113411036B/zh
Publication of CN113411036A publication Critical patent/CN113411036A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113411036B publication Critical patent/CN113411036B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S10/00—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power
    • H02S10/10—PV power plants; Combinations of PV energy systems with other systems for the generation of electric power including a supplementary source of electric power, e.g. hybrid diesel-PV energy systems
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/65—Means for supplying current; Electrode connections; Electric inter-cell connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/20—Optical components
    • H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight

Abstract

本发明涉及一种基于太阳能分频利用的综合供能系统，包括：太阳能分频利用‑聚光光伏光热模块，被配置为接收太阳能并将太阳能分频利用产生电能和热能；有机朗肯循环模块，被配置为接收太阳能分频利用‑聚光光伏光热模块产生的热能并将其转换为电能；燃料电池‑电解池一体化模块，被配置在太阳光辐射强的情况下，通过电解池将多余的电能转化为化学能储存，在太阳光辐射弱的情况下，通过燃料电池将化学能转化为电能；电流调制模块，被配置将产生的电能进行调制，完成交流电和直流电之间的转换，实现电能配送电网。本发明提高太阳能综合利用率并具有储能功能，平抑太阳能波动，削峰填谷，同时可得到高附加值产品，形成电氢双供的综合供能系统。

Description

一种基于太阳能分频利用的综合供能系统
技术领域
本发明是关于一种基于太阳能分频利用的光电-光热驱动有机朗肯循环-质子交换膜燃料电池/电解池的综合供能系统，涉及太阳能技术领域。
背景技术
可再生能源已经历十多年的强劲增长，容量迅速提升，成本大幅下降，替代性不断加强，成为主体能源的趋势逐渐明晰，能源转型日益迫切。由于风、光为主的新能源具有随机性、间歇性和波动性，大规模接入电网将给电网运行带来严峻挑战。新型电力储能技术可为电力网络甚至整体能源网络带来功率和能量缓冲，能够解决能源转换和安全问题，保障国家能源安全。
在此背景下，以太阳能发电为基础，以氢为载体的储能用能技术备受关注。目前太阳能发电技术经历着从粗放到精细化转变的过程，代表性技术为太阳能分频利用。太阳能分频技术是一种将太阳光束中不同波段的辐射能区别利用的技术，可将高效光伏转换谱段的太阳辐射分配给太阳电池，进行光伏发电，将无法进行光伏转换以及转换效率较低谱段的太阳辐射分配给太阳集热器，进行光热转换，能够有效提高太阳能的利用效率。
目前，主流的分频技术有纳米流体和分光镜两种形式，仍存在光损失较大、适用温度较低、经济性较差等问题需要进一步突破。氢能是公认的清洁能源，可再生能源制氢是未来发展的方向，《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》指出2030年左右可再生能源电解水制氢将成为有效供氢主体。PEM电解水制氢工作电流密度高(1A/cm2)，总体效率更高(74％～87％)，氢气体积分数更高(>99.99％)，产气压力更高(3～4MPa)，动态响应速度更快，能适应可再生能源发电的波动性，被认为是极具发展前景的电解水制氢技术。氢能源链条中储氢是一个关键的环节，目前储氢设备投资大、效率低使得氢的就地消纳成为一种更为优良的选择。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种以电解池和燃料电池一体化技术通过氢能为载体进行现场的制氢、储氢和用氢，实现储能效果的同时可提供电能和氢能的双供功能的综合供能系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于太阳能分频利用的综合供能系统，该系统包括：
太阳能分频利用-聚光光伏光热模块，被配置为接收太阳能并将太阳能分频利用产生电能和热能；
有机朗肯循环模块，被配置为接收所述太阳能分频利用-聚光光伏光热模块产生的热能并将其转换为电能；
燃料电池-电解池一体化模块，被配置在太阳光辐射强的情况下，通过电解池将多余的电能转化为化学能储存，在太阳光辐射弱的情况下，通过燃料电池将化学能转化为电能；
电流调制模块，被配置将产生的电能进行调制，完成交直流电之间的转换。
进一步地，所述太阳能分频利用-聚光光伏光热模块包括反射聚光镜、分频器、聚光光伏组件、聚光镜和光热集热器；
所述反射聚光镜将太阳光高倍聚光后照射到所述聚光光伏组件；
所述聚光光伏组件后方设置有冷却背板，被配置为为帮助所述聚光光伏组件冷却；
所述聚光光伏组件四周装设环形吸热器，被配置为吸收没有照向所述聚光光伏组件的光的能量；
所述分频器设置在所述聚光光伏组件板前方，被配置为使特定波长范围内的光能够透射，其他波长的光被反射到所述聚光镜，通过所述聚光镜聚光后进入所述光热集热器，其中，太阳光通过所述光热集热器和环周吸热器之后，有机工质液体被加热为过热蒸汽。
进一步地，所述聚光光伏组件采用聚光PV电池板。
进一步地，所述有机朗肯循环模块包括膨胀机、冷凝器、工质泵和发电机；
循环工质经所述光热集热器成为高温高压蒸气，推动所述膨胀机做功，并使得所述发电机输出电能；
所述膨胀机出口乏汽经所述冷凝器冷却为低温低压的液体，并通过所述工质泵进入所述冷却背板进行循环。
进一步地，所述燃料电池-电解池一体化模块包括一体化PEM电池/电解池和第一换热器；
所述一体化PEM电池/电解池的电解池在大电流下电解水生成氢气和氧气，所述氢气和氧气通过第一换热器后冷却进行储存；
当电网电供给不足时，所述氢气和氧气通过所述换热器经过所述一体化PEM电池/电解池的电池部分产生电能，供给电网。
进一步地，所述燃料电池-电解池一体化模块还包括第二换热器；
当所述一体化PEM电池/电解池的电解池在大电流下电解水生成的高温气体的热量达不到电解水最优转化效率的温度，所述第二换热器从所述膨胀机抽出一部分气体进行加热。
进一步地，当发电量供给电网过剩时，多余的交流电通过所述电流调制模块转换为直流电。
进一步地，所述综合供能系统包括两种工作模式：
A：分布式电站模式，以电定氢，在该模式下以向电网供电为主，氢为副产物。
B：分布式加氢站模式，以氢定电，在该模式下以提供氢气为主，电为副产物。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明将太阳能分频利用技术应用于聚光光伏光热系统，通过分频利用，可有效降低聚光光伏组件的产热，从而可以用较小的冷却工质流量将光伏组件维持在适宜的温度范围；同时，光伏组件的冷却介质也是后续有机朗肯循环系统的工作介质，分频后的光热部分能量更为集中，配合小的工质流量，可获得更高的膨胀机入口温度，有效提高发电系统效率和太阳能综合利用效率；
2、本发明与质子交换膜燃料电池/电解池一体化技术结合，起到平抑太阳能波动的作用，削峰填谷，提高系统稳定性的同时可得到高附加值产品，形成电氢双供的综合供能系统；
3、本发明提出在对太阳辐射进行分频的基础上，通过聚光光伏和有机朗肯循环同时利用光电和光热效应实现太阳能发电；以电解池和燃料电池一体化技术通过氢能为载体进行现场的制氢、储氢和用氢，实现储能效果的同时可提供电能和氢能的双供功能，可作为分布式电站和加氢站使用；
4、本发明将电池和电解池作为一个整体根据需求进行氢的产生和消纳，有效降低储氢设备的容量入球，极大提高资源利用率；
综上，本发明将太阳能分频利用-聚光光伏光热技术与有机朗肯循环发电和质子交换膜燃料电池/电解池一体化技术结合，形成电氢双供的综合供能系统，可以实现太阳能的高效稳定利用。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例的综合供能系统的结构示意图；
附图标记为：1-反射聚光镜，2-分频器，3-聚光PV电池板，4-冷却背板，5-环周吸热器，6-聚光镜，7-光热集热器7，8-膨胀机，9-冷凝器，10-工质泵，11-发电机，12-电流调节装置，13-一体化PEM电池/电解池，14-换热器，5-换热器，16-氧气储罐，17-氢气储罐。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。
如图1所示，本实施例提供的基于太阳能分频利用的综合供能系统，包括太阳能分频利用-聚光光伏光热模块、有机朗肯循环模块、燃料电池-电解池一体化模块和电流调制模块。
太阳能分频利用-聚光光伏光热模块，被配置为接收太阳能并将太阳能分频利用，产生电能和热能；
有机朗肯循环模块，被配置为接收太阳能分频利用-聚光光伏光热模块产生的热能并将其转换为电能；
燃料电池-电解池一体化模块，被配置作为储能单元，在辐射强的情况下，通过电解池将多余的电能转化为化学能：氢气和氧气，在辐射弱的情况下，通过燃料电池将化学能转化为电能补给给电网，其中，关于辐射强和辐射弱的具体设定可以根据实际应用进行设定，在此不做具体限制。
电流调制模块，被配置将光伏电池组件、有机朗肯循环和燃料电池部分产生的电能进行调制，完成交流电和直流电之间的转换，实现电能配送电网；进一步地，还可以实现在低谷电价时通过电网电能配置给燃料电池-电解池一体化储能模块电解水进行储能。
本发明的一些优选实施例中，太阳能分频利用-聚光光伏光热模块包括反射聚光镜1、分频器2、聚光光伏组件3、冷却背板4、环周吸热器5，聚光镜6和光热集热器7，本实施例中的聚光光伏组件3可以采用聚光PV电池板3。
反射聚光镜1将太阳光高倍聚光后照射到聚光PV电池板3；
聚光PV电池板3前方设置分频器2，分频器2被配置为使特定波长范围内的光能够通过，其他波长的光被反射到聚光镜6；聚光PV电池板3后方设置冷却背板4，冷却背板4被配置为帮助聚光PV电池板3冷却；聚光PV电池板3四周装设环形吸热器5。其中，可利用波长范围内的光辐射投射到聚光PV电池板3上，投射到聚光PV电池板3上的太阳辐射能一部分被电池组件转化为电能，一部分转换为热能通过冷却背板4被工质吸收；同时未投射到聚光PV电池板3的光斑转化为热能被环周吸热器5吸收。经聚光PV电池板3反射的光通过聚光镜6聚光后进入光热集热器7。温控工质采用有机朗肯循环模块中的有机工质流体，流体通过冷却背板4之后进入环周吸热器5进一步加热，然后进入聚光集热器7加热为过热蒸汽。由于对太阳光采用分频，可降低工质流量，从而使得光热集热器7出口温度提高，有利于提高后端有机朗肯循环模块的效率。
本发明的一些优选实施例中，有机朗肯循环模块包括膨胀机8、冷凝器9、工质泵10和发电机11。
太阳光通过聚光镜6聚集到光热集热器7和环周吸热器5之后，蒸发器中的有机工质液体被加热至过热，过热蒸汽进入膨胀机8做功，这一过程中散失到环境中的热可以通过换热器14、15来加热水，从而提高热源的利用率。有机蒸气在膨胀机8中绝热膨胀实现对外做功，进而通过发电机11转化成电能。经过膨胀机8膨胀之后的低温低压有机物蒸汽在冷凝器9中被冷却成液体，同时将热量排放到冷却液体中。有机工质液体通过工质泵10到达冷却背板4，形成一个完整的循环。
本发明的一些优选实施例中，电流调制子模块可以采用电流调节装置12，电流调节装置12为现有装置，具体结构原理不做赘述，即通过变频、逆变等技术实现交直流转换。
本发明的一些优选实施例中，燃料电池-电解池一体化模块包括一体化PEM电池/电解池13、换热器14、15、氧气储罐16和氢气储罐17。燃料电池-电解池一体化储能模块在太阳光辐照强的情况下，作为电解池适用，将多余的电能转化为氢气和氧气的化学能储存，在太阳光辐照弱的情况下，工作模式为燃料电池，通过化学反应将氢气氧气中的化学能转化为电能。
当装置发电量供给电网过剩时，多余的交流电通过电流调制器12转换为直流电。高温电解水对于太阳能电解水系统的效率进行了一定的优化与提升。所以需要将外部通入装置的水进行加热，通入的水需要进行了两次换热，第一次换热利用一体化PEM电池/电解池13的电解池在大电流下电解水生成的高温气体的热量，第一部分换热达不到电解水最优转化效率的温度，需要第二个换热器14从有机朗肯循环中抽出一部分气体进行加热。电解水产生的氧气和氢气经过第一个换热器15后冷却下来分别到氧气储罐16和氢气储罐17用于其他用途。
当电网电供给不足时，氢气和氧气又通过换热器15经过一体化PEM电池/电解池13的电池部分产生电能，供给电网。其中，换热器的热量只需要来自电池工作时产生的热量，提高了能量的利用效率。
进一步地，为提高一体化PEM电池/电解池13效率，一体化PEM电池/电解池13工作在100℃以上，同时为满足聚光PV电池板3的温控需求，一体化PEM电池/电解池13工作在150℃以下。水和氢气氧气通过换热器15进行换热，以便于充分利用电池或电解池模式下产生的热能。同时，为保证电池或电解池工作温度，可通过换热器14吸收部分循环工质热量。
本发明的一些优选实施例中，上述的综合供能系统的工作模式包括：
A：分布式电站模式，以电定氢：在该模式下以向电网供电为主，氢为副产物。
随着太阳辐射的增强，太阳能分频利用-聚光光伏光热模块首先工作，同时冷却工质循环控制聚光PV电池板3温度，在太阳能分频利用-聚光光伏光热模块温度上升到有机朗肯循环工作区间后，有机朗肯循环工作，二者的发电均向电网供电。在电网负荷下调或太阳辐照过强时，通过一体化PEM电池/电解池13的电解池消耗多余电能进行电解水；反之，在电网负荷上升或太阳辐照较弱，通过太阳能分频利用-聚光光伏光热模块不能满足电网负荷时，通过一体化PEM电池/电解池13的电池进一步提供电能。同时燃料电池-电解池一体化模块还可利用夜间低估电价进行部分储氢操作，以应对电网需求和提高系统经济性。
B：分布式加氢站模式，以氢定电：在该模式下以提供氢气为主，目标为未来燃料电池汽车等移动耗氢装置和分散性工业用氢需求，电为副产物。
太阳能分频利用-聚光光伏光热模块的工作提供的电能以供电解池电解水制氢为主，以满足加氢站需求，即可再生能源制氢。在电能有富裕的情况下，视电网需求可外送部分电能。在太阳能不足或夜间通过电网配电进行制氢。由于分布式加氢站的氢气随产随用，没有运氢需求，同时对储氢技术要求低，均为短时储氢，因此经济性较高。同时，可根据用氢需求，采用夜间低估电价进行产氢，优化分布式加氢站的经济性。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于太阳能分频利用的综合供能系统，其特征在于，该系统包括：
太阳能分频利用-聚光光伏光热模块，被配置为接收太阳能并将太阳能分频利用产生电能和热能；
有机朗肯循环模块，被配置为接收所述太阳能分频利用-聚光光伏光热模块产生的热能并将其转换为电能；
燃料电池-电解池一体化模块，被配置在太阳光辐射强的情况下，通过电解池将多余的电能转化为化学能储存，在太阳光辐射弱的情况下，通过燃料电池将化学能转化为电能；
电流调制模块，被配置将产生的电能进行调制，完成交直流电之间的转换。
2.根据权利要求1所述的基于太阳能分频利用的综合供能系统，其特征在于，所述太阳能分频利用-聚光光伏光热模块包括反射聚光镜、分频器、聚光光伏组件、聚光镜和光热集热器；
所述反射聚光镜将太阳光高倍聚光后照射到所述聚光光伏组件；
所述聚光光伏组件后方设置有冷却背板，被配置为为帮助所述聚光光伏组件冷却；
所述聚光光伏组件四周装设环形吸热器，被配置为吸收没有照向所述聚光光伏组件的光的能量；
所述分频器设置在所述聚光光伏组件板前方，被配置为使特定波长范围内的光能够透射，其他波长的光被反射到所述聚光镜，通过所述聚光镜聚光后进入所述光热集热器，其中，太阳光通过所述光热集热器和环周吸热器之后，有机工质液体被加热为过热蒸汽。
3.根据权利要求2所述的基于太阳能分频利用的综合供能系统，其特征在于，所述聚光光伏组件采用聚光PV电池板。
4.根据权利要求2所述的基于太阳能分频利用的综合供能系统，其特征在于，所述有机朗肯循环模块包括膨胀机、冷凝器、工质泵和发电机；
循环工质经所述光热集热器成为高温高压蒸气，推动所述膨胀机做功，并使得所述发电机输出电能；
所述膨胀机出口乏汽经所述冷凝器冷却为低温低压的液体，并通过所述工质泵进入所述冷却背板进行循环。
5.根据权利要求4所述的基于太阳能分频利用的综合供能系统，其特征在于，所述燃料电池-电解池一体化模块包括一体化PEM电池/电解池和第一换热器；
所述一体化PEM电池/电解池的电解池在大电流下电解水生成氢气和氧气，所述氢气和氧气通过第一换热器后冷却进行储存；
当电网电供给不足时，所述氢气和氧气通过所述换热器经过所述一体化PEM电池/电解池的电池部分产生电能，供给电网。
6.根据权利要求5所述的基于太阳能分频利用的综合供能系统，其特征在于，所述燃料电池-电解池一体化模块还包括第二换热器；
当所述一体化PEM电池/电解池的电解池在大电流下电解水生成的高温气体的热量达不到电解水最优转化效率的温度，所述第二换热器从所述膨胀机抽出一部分气体进行加热。
7.根据权利要求2到6任一项所述的基于太阳能分频利用的综合供能系统，其特征在于，当发电量供给电网过剩时，多余的交流电通过所述电流调制模块转换为直流电。
8.根据权利要求2到6任一项所述的基于太阳能分频利用的综合供能系统，其特征在于，所述综合供能系统包括两种工作模式：
A：分布式电站模式，以电定氢，在该模式下以向电网供电为主，氢为副产物。
B：分布式加氢站模式，以氢定电，在该模式下以提供氢气为主，电为副产物。
CN202110793712.3A 2021-07-13 2021-07-13 一种基于太阳能分频利用的综合供能系统 Active CN113411036B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110793712.3A CN113411036B (zh) 2021-07-13 2021-07-13 一种基于太阳能分频利用的综合供能系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110793712.3A CN113411036B (zh) 2021-07-13 2021-07-13 一种基于太阳能分频利用的综合供能系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113411036A true CN113411036A (zh) 2021-09-17
CN113411036B CN113411036B (zh) 2022-11-01

Family

ID=77686315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110793712.3A Active CN113411036B (zh) 2021-07-13 2021-07-13 一种基于太阳能分频利用的综合供能系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113411036B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114017868A (zh) * 2022-01-04 2022-02-08 浙大宁波理工学院 一种光伏供能的空气调节系统
CN114540856A (zh) * 2022-03-30 2022-05-27 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 光热互补制氢装置
CN114719452A (zh) * 2022-03-17 2022-07-08 上海理工大学 基于纳米流体分频的家用太阳能热电氢储能利用系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080135403A1 (en) * 2006-12-11 2008-06-12 Jang Bor Z Home hydrogen fueling station
CN104676911A (zh) * 2015-02-15 2015-06-03 中国科学院工程热物理研究所 光伏、光热化学结合的太阳能综合利用装置及系统
CN107359363A (zh) * 2017-07-13 2017-11-17 北京理工大学 一种基于太阳能光伏制氢的氢燃料电池系统及其发电方法
CN109687002A (zh) * 2018-11-13 2019-04-26 中广核研究院有限公司 一种分布式冷热电联供系统
CN111510050A (zh) * 2020-04-28 2020-08-07 天津大学 光谱、光强协同优化的太阳能全光谱利用的装置及方法
CN211474193U (zh) * 2019-12-31 2020-09-11 湖南理工学院 一种热电氢多联供装置
CN112145247A (zh) * 2020-07-31 2020-12-29 华电电力科学研究院有限公司 耦合太阳能氢能有机朗肯循环的灵活高效发电系统及方法
CN112993362A (zh) * 2021-02-07 2021-06-18 上海羿沣氢能科技有限公司 一种氢氧燃料电池能源再生循环装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080135403A1 (en) * 2006-12-11 2008-06-12 Jang Bor Z Home hydrogen fueling station
CN104676911A (zh) * 2015-02-15 2015-06-03 中国科学院工程热物理研究所 光伏、光热化学结合的太阳能综合利用装置及系统
CN107359363A (zh) * 2017-07-13 2017-11-17 北京理工大学 一种基于太阳能光伏制氢的氢燃料电池系统及其发电方法
CN109687002A (zh) * 2018-11-13 2019-04-26 中广核研究院有限公司 一种分布式冷热电联供系统
CN211474193U (zh) * 2019-12-31 2020-09-11 湖南理工学院 一种热电氢多联供装置
CN111510050A (zh) * 2020-04-28 2020-08-07 天津大学 光谱、光强协同优化的太阳能全光谱利用的装置及方法
CN112145247A (zh) * 2020-07-31 2020-12-29 华电电力科学研究院有限公司 耦合太阳能氢能有机朗肯循环的灵活高效发电系统及方法
CN112993362A (zh) * 2021-02-07 2021-06-18 上海羿沣氢能科技有限公司 一种氢氧燃料电池能源再生循环装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114017868A (zh) * 2022-01-04 2022-02-08 浙大宁波理工学院 一种光伏供能的空气调节系统
CN114719452A (zh) * 2022-03-17 2022-07-08 上海理工大学 基于纳米流体分频的家用太阳能热电氢储能利用系统
CN114719452B (zh) * 2022-03-17 2023-12-29 上海理工大学 基于纳米流体分频的家用太阳能热电氢储能利用系统
CN114540856A (zh) * 2022-03-30 2022-05-27 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 光热互补制氢装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113411036B (zh) 2022-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113411036B (zh) 一种基于太阳能分频利用的综合供能系统
El-Emam et al. Development and assessment of a novel solar heliostat-based multigeneration system
Lykas et al. A comprehensive review of solar-driven multigeneration systems with hydrogen production
US10533494B2 (en) Solar chemically recuperated gas turbine system
CN211474193U (zh) 一种热电氢多联供装置
CN109336051B (zh) 全光谱太阳能制氢-储氢一体化系统
CN105227133B (zh) 一种线性菲涅尔式透光光伏光热复合利用装置
CN111089001A (zh) 一种基于太阳能的热电氢多联供系统
CN102454440A (zh) 板槽结合的太阳能与火电站互补发电系统
CN113584530B (zh) 一种背压式铝-蒸汽燃烧多联产储能系统及工作方法
CN101316080B (zh) 光伏聚光发电与海水淡化组合装置
CN114109524B (zh) 基于二氧化碳卡诺电池的冷-热-电-水联供系统及运行方法
CN202968177U (zh) 高倍聚光光伏发电/光热驱动海水淡化的太阳能装置
CN210297269U (zh) 一种风、光、质子交换膜燃料电池多能互补混合发电系统
CN101882892A (zh) 一种综合利用太阳能发电和集热装置
CN111532413A (zh) 一种余热回收耦合太阳能水氢循环的船舶动力系统
CN111592064A (zh) 一种基于多能互补的海岛水氢动力循环能源复合供应系统
CN217676838U (zh) 一种太阳能制氨系统
CN106968903B (zh) 混合式太阳能热发电系统及其方法
CN212799707U (zh) 一种基于多能互补的海岛水氢动力循环能源复合供应系统
CN114853030A (zh) 一种太阳能制氨系统和方法
CN212108324U (zh) 一种光热储热嵌入式火电减排系统
CN113151850A (zh) 一种高效的制氢系统
CN217844331U (zh) 一种水介质储热发电供蒸汽系统
CN217843807U (zh) 一种水介质储能发电供蒸汽系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant