CN113937392A - 一种家用及商用氢能源发电储能一体化系统及工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种家用及商用氢能源发电储能一体化系统，其特征在于：包括发电单元、储能电池组、电能用电单元、预处理单元、水电解制氢单元、氢气储罐及氢气加注单元。本发明打破现有能源获取思维，通过风能、光伏发电获取可再生能源，经过水电解处理的水可以实现使用端直接生产绿氢，通过储能系统存储电能，在通过电能电解水产生氢气，分别输送到厨房燃气设备、燃料电池和车辆加氢装置，再通过燃料电池发电为家庭和商业提供稳定用电，过程的热量通过换热器加热热水储罐的水，作为热水和取暖热源，实现一体化能源利用，很好地实现清洁能源的普及应用，减轻现有新能源基础设施不足的同时减少碳排放保护环境。
Description
技术领域
本发明属于能源技术领域，涉及氢能源综合利用，特别涉及一种家用及商用氢能源发电储能一体化系统及工艺方法。
背景技术
氢能是理想的清洁二次能源，用可再生能源制氢，用储氢材料储氢，用氢燃料电池车发电，将构成“净零排放”可持续利用的氢能系统，构建基于清净能源转换成为氢能源的“氢能社会”，成为可再生能源之外实现“深度脱碳”的重要路径。
氢能基础设施尤其是氢气生产和储运以及应用场景单一，是制约“氢能社会”普及推广的主要因素。，在很大程度上限制了氢能经济的规模化，制约了“氢能社会”的普及发展。氢能利用的相关基础设施的布局能否快速实施，其实又取决于应用场景的多元化。氢能在交通运输、冶金、发电等领域的应用在快速推进中，作为全社会用能基本单位的家庭和商用单位，尚有巨大的应用空间有待开发，打破传统的电网输电思维，采用光伏、风电等清洁能源转换制取氢气，通过燃料电池和储能系统满足家用、商用能源需求，同时兼顾能源循环利用和阶梯利用，一站式解决用电、取暖、加氢等需求，有助于清洁能源的普及推广。以微型化、小型化的清洁能源转换氢能；通过燃料电池和储能系统实现稳定的电能和热能供给，满足家用、商用的电能和热能需求，是实现“氢能社会”和“碳中和”的必经途径。
现有家用、商用氢能源系统，如日本等国的ENE-FARM等，通过天然气重整的方式产生氢气发电供家庭和商用的电热联产系统，存在仍旧是化石能源作为气源；系统完备性不足；集成度不高；等问题。
基于以上问题和家用、商用的电能和热能的清洁能源需求，通过微型和小型家用、商用氢能系统源一站式解决家用、商用的电能和热能需求，从可再生能源氢气生产、燃料电池发电、储能系统解决现有过程存在的问题，发明一种能源转换到阶梯利用的一站式氢气生产、燃料电池储能发电、储能的一站式系统及工艺方法，通过风能、光伏发电获取能源，经过水电解处理的水可以实现使用端直接生产绿氢，通过储能系统存储电能，在通过电能电解水产生氢气，分别输送到厨房燃气设备、燃料电池和车辆加氢装置，再通过燃料电池发电为家庭和商业提供稳定用电，过程的通过换热器加热储水箱的水，作为热水和取暖热源。实现一种整体解决的一站式系统和工艺，将很好地实现清洁能源的普及应用。发明一种不仅有利于迅速普及氢能源基础设施的建设和应用，更是兼顾能源循环和阶梯利用的一站式系统和工艺方法。有利于快速推进“碳中和”进程和减少碳排放而保护环境。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种家用及商用氢能源发电储能一体化系统及工艺方法，实现一体化能源利用，很好的实现清洁能源的普及应用，减轻现有新能源基础设施不足，且减少碳排放、保护环境。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种家用及商用氢能源发电储能一体化系统，其特征在于：包括发电单元、储能电池组、电能用电单元、预处理单元、水电解制氢单元、氢气储罐及氢气加注单元，所述发电单元连接至所述储能电池，所述储能电池组分别连接至所述预处理单元、水电解制氢单元及电能用电单元，所述预处理单元连接至所述水电解制氢单元，所述水电解制氢单元连接至所述氢气储罐，所述氢气储罐连接至所述氢气加注单元；所述预处理单元包括水源端、清水池及膜过滤预处理池。
而且，还包括热水储罐，所述水电解制氢单元连接至所述热水储罐，所述热水储罐连接至热水加注单元。
而且，还包括燃料电池，所述氢气储罐连接至所述燃料电池，所述燃料电池分别连接储能电池组及热水储罐。
一种家用及商用氢能源发电储能工艺方法，其特征在于：所述工艺步骤为：
1)发电储能：发电单元利用风能或太阳能光伏发电，并将电能储存在储能电池组中备用；
2)水处理：水源端的水通过清水池进行絮凝处理后产生清水，将清水输送至膜过滤预处理池进行低压反渗透过滤，产生的纯水输送至水电解制氢单元作为电解制氢的水源；
3)电解制氢：水电解制氢利用储能电池组的电能进行水电解反应，反应得到氢气、氧气及水，氢气储存到氢气储罐中储存备用，氧气直接排放；
4)氢气加注：将水电解产生的氢气储存在氢气储罐中并输送至氢气加注单元进行利用，氢气加注单元为氢燃料电池车或厨房燃气设备及燃料电池等；
5)电能用电输送：燃料电池利用氢气及空气中的氧气燃烧发电，并将电能储存到储能电池组中，储能电池组的电能输送至电能用户单元，包括用电器及充电桩等；
6)余热循环利用：水电解制氢单元产生的热水及燃料电池发电产生的热量均回收利用至热水储罐，热水储罐中储存的热水输送至热水加注单元，包括热水器及采暖器等。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明利用风能和太阳能光伏可再生能源制氢并储能，实现家用及商用的微型和小型氢能源利用，解决氢能源普及应用过程中最关键的氢气输送基础设施不具备、储运成本和多元化终端应用问题。
2、本发明更加兼顾和在制氢、燃料电池发电、储能过程中实现水资源循环利用、余热循环利用，实现能源和水资源循环利用和阶梯利用的一站式系统，不仅实现了氢能源的绿色制氢和就近生产及普及应用的关键问题，更是实现了新能源基础设施和传统市政供电基础实施的交叉互补，实现了家用和商用的微型和小型基于光伏和风能作为能源的电解水制氢、储能和终端应用，突破性的利用一站式氢能源系统解决电能和热能需求。更是实现了以氢能源替代传统能源，实现碳中和目标的新途径。减少环境污染和实现了过程产物的循环利用。
附图说明
图1为本发明的系统流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种家用及商用氢能源发电储能一体化系统，其特征在于：包括发电单元、储能电池组、电能用电单元、预处理单元、水电解制氢单元、氢气储罐及氢气加注单元，所述发电单元连接至所述储能电池，所述储能电池组分别连接至所述预处理单元、水电解制氢单元及电能用电单元，所述预处理单元连接至所述水电解制氢单元，所述水电解制氢单元连接至所述氢气储罐，所述氢气储罐连接至所述氢气加注单元；所述预处理单元包括水源端、清水池及膜过滤预处理池。
所述发电单元包括风力发电机、太阳能光伏板、自动太阳能跟踪系统及自动太阳能组件除尘设备；所述储能电池组包括蓄电池组、充放电控制器、逆变器及交流配电柜；所述水电解制氢单元包括电解槽、气液分离装置、氢气纯化装置、电气控制装置及氢气储存装置；所述氢气存罐上还连接有气体管路模块、控制单元及加压装置；所述氢气加注单元括氢燃料电池车或厨房燃气设备及燃料电池。
还包括热水储罐，所述水电解制氢单元连接至所述热水储罐，所述热水储罐连接至热水加注单元。
还包括燃料电池，所述氢气储罐连接至所述燃料电池，所述燃料电池分别连接储能电池组及热水储罐。
一种家用及商用氢能源发电储能工艺方法，其特征在于：所述工艺步骤为：
1)发电储能：发电单元利用风能或太阳能光伏发电，并将电能储存在储能电池组中备用；
2)水处理：水源端的水通过清水池进行絮凝处理后产生清水，将清水输送至膜过滤预处理池进行低压反渗透过滤，产生的纯水输送至水电解制氢单元作为电解制氢的水源；
3)电解制氢：水电解制氢利用储能电池组的电能进行水电解反应，反应得到氢气、氧气及水，氢气储存到氢气储罐中储存备用，氧气直接排放；
4)氢气加注：将水电解产生的氢气储存在氢气储罐中并输送至氢气加注单元进行利用，氢气加注单元为氢燃料电池车或厨房燃气设备及燃料电池等；
5)电能用电输送：燃料电池利用氢气及空气中的氧气燃烧发电，并将电能储存到储能电池组中，储能电池组的电能输送至电能用户单元，包括用电器及充电桩等；
6)余热循环利用：水电解制氢单元产生的热水及燃料电池发电产生的热量均回收利用至热水储罐，热水储罐中储存的热水输送至热水加注单元，包括热水器及采暖器等。
上述工艺方法利用在建筑屋顶、立面、室外空地等处架设风力或光伏发电系统，得到可再生能源作为水电解制氢电源；经过水电解处理的水得到氢气，氢气通过提纯和输送作为厨房燃气设备、燃料电池和车辆加氢装置气源；这一过程中产生的气体、电能、热能、水、都得到循环和阶梯利用，形成一种实现资源化、能源化循环利用的处理方法。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (4)
1.一种家用及商用氢能源发电储能一体化系统，其特征在于：包括发电单元、储能电池组、电能用电单元、预处理单元、水电解制氢单元、氢气储罐及氢气加注单元，所述发电单元连接至所述储能电池，所述储能电池组分别连接至所述预处理单元、水电解制氢单元及电能用电单元，所述预处理单元连接至所述水电解制氢单元，所述水电解制氢单元连接至所述氢气储罐，所述氢气储罐连接至所述氢气加注单元；所述预处理单元包括水源端、清水池及膜过滤预处理池。
2.根据权利要求1所述的家用及商用氢能源发电储能一体化系统，其特征在于：还包括热水储罐，所述水电解制氢单元连接至所述热水储罐，所述热水储罐连接至热水加注单元。
3.根据权利要求1所述的家用及商用氢能源发电储能一体化系统，其特征在于：还包括燃料电池，所述氢气储罐连接至所述燃料电池，所述燃料电池分别连接储能电池组及热水储罐。
4.一种家用及商用氢能源发电储能工艺方法，其特征在于：所述工艺步骤为：
1)发电储能：发电单元利用风能或太阳能光伏发电，并将电能储存在储能电池组中备用；
2)水处理：水源端的水通过清水池进行絮凝处理后产生清水，将清水输送至膜过滤预处理池进行低压反渗透过滤，产生的纯水输送至水电解制氢单元作为电解制氢的水源；
3)电解制氢：水电解制氢利用储能电池组的电能进行水电解反应，反应得到氢气、氧气及水，氢气储存到氢气储罐中储存备用，氧气直接排放；
4)氢气加注：将水电解产生的氢气储存在氢气储罐中并输送至氢气加注单元进行利用，氢气加注单元为氢燃料电池车或厨房燃气设备及燃料电池；
5)电能用电输送：燃料电池利用氢气及空气中的氧气燃烧发电，并将电能储存到储能电池组中，储能电池组的电能输送至电能用户单元，包括用电器及充电桩等；
6)余热循环利用：水电解制氢单元产生的热水及燃料电池发电产生的热量均回收利用至热水储罐，热水储罐中储存的热水输送至热水加注单元，包括热水器及采暖器。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114695934A (zh) * | 2022-04-07 | 2022-07-01 | 国网江苏电力设计咨询有限公司 | 利用可再生资源制氢及发电双模系统 |
| CN115101857A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-09-23 | 国网河南省电力公司电力科学研究院 | 一种集装箱式电化学及氢气储能一体化系统 |
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