CN113930786A - 一种光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提出一种光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统，包括通过管路依次首尾连接的电解槽、气液分离装置和循环泵，还包括光伏发电装置，所述光伏发电装置和所述电解槽电连接，还包括和所述光伏发电装置通过管路依次首尾连接的光热装置和集热装置，所述集热装置内设置有集热介质，所述集热介质通过管路流经所述光伏发电装置和所述光热装置进行吸热，通过设置集热装置，集热装置通过管路收集太阳能光伏板和光热装置的冷却余热和光热，晚上为制氢系统保温，保持了光伏制氢过程的连贯性，降低了制氢过程综合能耗；打造了综合能源系统，提高了光伏发电效率，提升了低品质光热利用率。
Description
技术领域
本申请涉及电解制氢技术领域，尤其涉及一种光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统。
背景技术
光伏发电作为国家鼓励发展的绿色清洁能源，近年装机规模不断增大，但光伏发电具有随机性、波动性、阶段性供电等问题，增加了光伏制氢的难度。特别是光伏发电具有难以规避的昼夜间歇性，只有在白天光照充足时才能发电制氢，夜晚无光照则无法发电制氢。电解水制氢是放热过程，在白天发电制氢时需要不断的通过电解液冷却装置将多余的热量移除系统；与此同时白天太阳能无法全部通过光伏发电转化为电能，大部分太阳能无法收集。在晚上停止制氢时，系统内无热量产生，电解液温度自然冷却，电解液降温后电导率减小，导致电解槽再次启动时需要耗费很长时间升温至额定操作温度。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的目的在于提出一种光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统，通过设置集热装置，集热装置通过管路收集太阳能光伏板和光热装置的冷却余热和光热，晚上为制氢系统保温，保持了光伏制氢过程的连贯性，降低了制氢过程综合能耗；打造了综合能源系统，提高了光伏发电效率，提升了低品质光热利用率。
为达到上述目的，本申请提出的一种光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统，包括通过管路依次首尾连接的电解槽、气液分离装置和循环泵，还包括光伏发电装置，所述光伏发电装置和所述电解槽电连接，还包括和所述光伏发电装置通过管路依次首尾连接的光热装置和集热装置，所述集热装置内设置有集热介质，所述集热介质通过管路流经所述光伏发电装置和所述光热装置进行吸热，所述集热装置通过第一支管路并联连接于所述气液分离装置和循环泵之间的管路上。
进一步地，所述光伏发电装置和所述集热装置之间的管路上设置有第一阀门，所述光热装置和所述集热装置之间的管路上设置有第二阀门。
进一步地，所述集热装置和所述气液分离装置之间的第一支管路上设置有第三阀门，所述集热装置和所述循环泵之间的第一支管路上设置有第四阀门。
进一步地，所述气液分离装置和循环泵之间的管路上设置有第五阀门，所述第五阀门与所述集热装置并联设置。
进一步地，所述光热装置为平板集热器、真空管集热器或槽式集热器。
进一步地，所述集热装置为热水罐。
进一步地，还包括电解液冷却装置，所述电解液冷却装置通过第二支管路并联连接于所述循环泵和电解槽之间的管路上。
进一步地，还包括第六阀门，所述第六阀门设置于所述循环泵和所述电解槽之间的管路上，所述第六阀门和所述电解液冷却装置并联设置。
进一步地，还包括第七阀门和第八阀门，所述第七阀门设置于所述电解液冷却装置和所述电解槽之间的第二支管路上，所述第八阀门设置于所述电解液冷却装置和所述循环泵之间的第二支管路上。
进一步地，所述电解槽为碱性电解槽或固体聚合物电解槽。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请一实施例提出的一种光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本申请一实施例提出的一种光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统的结构示意图。
参见图1，一种光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统，包括通过管路依次首尾连接的电解槽2、气液分离装置3和循环泵4，还包括光伏发电装置1，所述光伏发电装置1和所述电解槽2电连接，还包括和所述光伏发电装置1通过管路依次首尾连接的光热装置6和集热装置7，所述集热装置7内设置有集热介质，所述集热介质通过管路流经所述光伏发电装置1和所述光热装置6进行吸热，所述集热装置7通过第一支管路并联连接于所述气液分离装置3和循环泵4之间的管路上。
本实施例中，光伏发电装置1、电解槽2、气液分离装置3、电解液循环泵4、电解液冷却装置5组成电解制氢系统；光伏发电装置1、光热装置6、集热装置7组成辅热系统，辅热系统和电解制氢系统相互耦合，以对光伏发电装置发电余热以及太阳能热进行收集蓄热，晚上为制氢系统保温，让电解液在白天和夜间都保持在适宜的温度，保持了光伏制氢过程的连贯性，降低了制氢过程综合能耗。电解槽中注入有电解液，可选地，所述电解液为KOH碱性溶液或纯水。
本申请中光伏发电装置1采用液体冷却，通过管路连通光热装置6和集热装置7，光热装置用于收集太阳能热，以提高管路中的集热介质的温度，从而在晚上有效对制氢系统进行保温。集热装置通过第一支管路连接气液分离装置和循环泵，以通入电解液，管路中的电解液在集热装置中完成和集热介质的换热，实现夜间对电解液的保温，避免制氢装置运行状态昼夜切换过程中的能量损耗，提高光伏制氢过程整体能量转化效率。优选地，集热介质可以为水，成本低廉，容易获取。
所述光伏发电装置1和所述集热装置7之间的管路上设置有第一阀门14，所述光热装置6和所述集热装置7之间的管路上设置有第二阀门15。通过设置第一阀门14和第二阀门15可以实现对光伏发电装置1和所述集热装置7之间的管路和光热装置6和所述集热装置7之间的管路进行启闭控制，便于控制集热介质的流动状态。
所述集热装置7和所述气液分离装置3之间的第一支管路上设置有第三阀门12，所述集热装置7和所述循环泵4之间的第一支管路上设置有第四阀门13。通过设置第三阀门12和第四阀门13可以实现对第一支管路的启闭控制，便于控制电解液的流动状态，以实现电解液是否流经集热装置进行换热，提高制氢系统的运行效率。
所述气液分离装置3和循环泵4之间的管路上设置有第五阀门11，所述第五阀门11与所述集热装置7并联设置。通过设置第五阀门11，在夜间处于对电解液保温加热的过程中，第五阀门关闭，实现电解液完全流经集热装置进行换热，保证换热效率。
所述光热装置6为平板集热器、真空管集热器或槽式集热器。光热装置的具体结构可以根据具体应用场景进行选择，本申请对此不作限制。
所述集热装置7为热水罐。利用水具有较大的比热容的特性，有利于蓄热，进而确保夜间对电解液的保温效果。当然在其他实施例中，热水罐中还可以放置卵石堆，进一步提升集热装置的蓄热能力。本申请对此不作限制。
一种光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统还包括电解液冷却装置5，所述电解液冷却装置5通过第二支管路并联连接于所述循环泵4和电解槽2之间的管路上。电解液冷却装置5用于对电解液进行冷却，以便电解液循环进入电解槽内不会引起电解槽的温度升高，电解液冷却装置5并联设置在所述循环泵4和电解槽2之间的管路上，可以选择性使得管路中的电解液是否通过电解液冷却装置，灵活性高，在不需要对电解液冷却时，电解液冷却装置关闭，有利于提高电解液冷却装置的使用寿命，所述电解液冷却装置以开式或闭式循环冷却水系统作为冷源。
一种光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统还包括第六阀门8，所述第六阀门8设置于所述循环泵4和所述电解槽2之间的管路上，所述第六阀门8和所述电解液冷却装置5并联设置。第六阀门8的设置主要控制电解槽2和循环泵4之间的管路启闭，从而控制电解液是否流经电解液冷却装置。
一种光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统还包括第七阀门9和第八阀门10，所述第七阀门9设置于所述电解液冷却装置5和所述电解槽2之间的第二支管路上，所述第八阀门10设置于所述电解液冷却装置5和所述循环泵4之间的第二支管路上。第七阀门9和第八阀门10主要控制电解液冷却装置5所在的第二支管路的启闭，在电解液冷却装置不工作时，避免电解液流经第二支管路，提高电解液的循环效率。
以上，优选地，第一阀门14、第二阀门15、第三阀门12、第四阀门13、第五阀门11、第六阀门8、第七阀门9和第八阀门10均为电磁阀，以便于实现电路远程控制，便于人员操作。
所述电解槽2为碱性电解槽或固体聚合物电解槽。电解槽的具体形式可以根据实际应用场景进行设置，本申请不作限制。
具体地，本申请的一种光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统工作过程如下，白天时，光伏发电装置1发电为电解槽2供电制氢；第七阀门9、第八阀门10、第五阀门11开启，第六阀门8、第三阀门12、第四阀门13关闭，电解液经气液分离装置3、电解液循环泵4、在电解液冷却装置5处降温形成循环；第一阀门14、第二阀门15开启，集热装置7内集热介质经由光伏发电装置1、光热装置6吸收热量。晚上时，光伏发电装置1不发电，电解槽2停机；第七阀门9、第八阀门10、第五阀门11关闭，第六阀门8、第三阀门12、第四阀门13开启，电解液经气液分离装置3进入集热装置7吸收热量保温，第一阀门14、第二阀门15关闭，换热完成后进入电解液循环泵4通过管路流入电解槽内形成循环。
需要说明的是，在本申请的描述中，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。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统，其特征在于，包括通过管路依次首尾连接的电解槽、气液分离装置和循环泵，还包括光伏发电装置，所述光伏发电装置和所述电解槽电连接，还包括和所述光伏发电装置通过管路依次首尾连接的光热装置和集热装置，所述集热装置内设置有集热介质，所述集热介质通过管路流经所述光伏发电装置和所述光热装置进行吸热，所述集热装置通过第一支管路并联连接于所述气液分离装置和循环泵之间的管路上。
2.如权利要求1所述的光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统，其特征在于，所述光伏发电装置和所述集热装置之间的管路上设置有第一阀门，所述光热装置和所述集热装置之间的管路上设置有第二阀门。
3.如权利要求1所述的光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统，其特征在于，所述集热装置和所述气液分离装置之间的第一支管路上设置有第三阀门，所述集热装置和所述循环泵之间的第一支管路上设置有第四阀门。
4.如权利要求1所述的光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统，其特征在于，所述气液分离装置和循环泵之间的管路上设置有第五阀门，所述第五阀门与所述集热装置并联设置。
5.如权利要求1所述的光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统，其特征在于，所述光热装置为平板集热器、真空管集热器或槽式集热器。
6.如权利要求1所述的光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统，其特征在于，所述集热装置为热水罐。
7.如权利要求1所述的光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统，其特征在于，还包括电解液冷却装置，所述电解液冷却装置通过第二支管路并联连接于所述循环泵和电解槽之间的管路上。
8.如权利要求1所述的光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统，其特征在于，还包括第六阀门，所述第六阀门设置于所述循环泵和所述电解槽之间的管路上，所述第六阀门和所述电解液冷却装置并联设置。
9.如权利要求7所述的光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统，其特征在于，还包括第七阀门和第八阀门，所述第七阀门设置于所述电解液冷却装置和所述电解槽之间的第二支管路上，所述第八阀门设置于所述电解液冷却装置和所述循环泵之间的第二支管路上。
10.如权利要求1所述的光伏、光热、储热联合的电解水制氢系统，其特征在于，所述电解槽为碱性电解槽或固体聚合物电解槽。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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