CN114059083A - 利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统及方法，系统包括：废弃油气藏、电缆井、采氢井、电解水制氢反应槽装置、氢气干燥装置、太阳能发电装置、电缆、控制器和氧气释放装置；所述电解水制氢反应槽装置和所述氢气干燥装置均设置在所述废弃油气藏内，分别经电缆和控制器与太阳能发电装置电气连接；所述氧气释放装置，设置在所述废弃油气藏上的地面处，通过穿设在所述电缆井内的管道连接至所述电解水制氢反应槽装置的阴、阳极板处。该系统及方法能安全、低成本的制氢，并直接储存，自动化程度高，也方便后续使用。

Description

利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统及方法

技术领域

本发明涉及氢气的制备和储存领域，尤其涉及一种利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统及方法。

背景技术

氢是自然界中存在最多的元素，其分布也十分广泛，水便是氢的“仓库”。氢能作为一种清洁型能源，其利用形式多种多样，如供暖、发电等。氢气在空气中的含量很低，制取氢气最常见的方法是电解水制氢，即消耗电能转化为化学能。利用太阳能发电制氢产生的氢气称为绿氢，在其制取过程中没有碳排放，对环境影响非常小。氢气是一种良好的储能载体，可将具有间接性、不稳定性的太阳能通过发电制氢的方法储存，实现太阳能高效利用和稳定输出，开发和利用太阳能有利于解决环境污染问题。

利用储气罐存储氢气有很大的安全隐患，相比之下废弃油气藏存储氢气有诸多优点，如建库周期短、投资运行费用低、安全可靠等。利用太阳能发电制氢会持续产生氢气，废弃油气藏满足存储大量氢气的条件，且其本身地下构造、储层情况清楚，无需投入大量资金进行地质勘探。废弃油气藏的生产井可以经特殊改造后继续使用，油气藏内部含有部分气体，添充少量垫层气量便可防止地下水侵入，保证油气藏的结构稳定性。

中国发明专利(CN111439520A)公开的方案中，是在电解水制取氢气后通过氢气压缩设备将氢气输入至缓冲罐，缓冲罐连接三通阀，最终将氢气注入地下油气藏中，该方法可以稳定的将氢气输送至油气藏存储，但是氢气压缩设备消耗大量电能，可能无法高效的利用风能发电并制取氢气，浪费资源，购买及维护氢气压缩设备会浪费人力物力，存在经济性低的问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供了一种利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统及方法，能实现在废弃油气藏内直接制氢并进行储存，不需要对制得的氢气进行压缩和输送，不会浪费对应的人力物力，进而解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统，包括：

废弃油气藏、电缆井、采氢井、电解水制氢反应槽装置、氢气干燥装置、太阳能发电装置、电缆、控制器和氧气释放装置；其中，

所述废弃油气藏上分别设置与地面连通的所述电缆井和所述采氢井；

所述电缆井的井口为密封结构；

所述采氢井的井口为密封结构，其上设有连接外部输氢管网的接口；

所述电解水制氢反应槽装置和所述氢气干燥装置均设置在所述废弃油气藏内；

所述电解水制氢反应槽装置底部通过设有第二液体单向阀的输水管路与所述废弃油气藏下方的地下水层连通；

所述电解水制氢反应槽装置的顶部出气口与所述废弃油气藏内连通；

所述氢气干燥装置分别通过氢气进气管路和回液管路与所述电解水制氢反应槽装置内气体容置空间内连通，该氢气干燥装置设有与所述废弃油气藏内连通的干燥氢气出口；

所述太阳能发电装置的供电端通过所述控制器和穿设在所述电缆井内的电缆与所述电解水制氢反应槽装置电解水制氢用的阴、阳极板电气连接；

所述太阳能发电装置的供电端通过所述控制器和穿设在所述电缆井内的电缆与所述氢气干燥装置供电端电气连接；

所述氧气释放装置，设置在所述废弃油气藏上的地面处，通过穿设在所述电缆井内的输氧管道连接至所述电解水制氢反应槽装置的阴、阳极板处。

与现有技术相比，本发明所提供的利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统及方法，其有益效果包括：

通过采用废弃油气藏作为储库，并在废弃油气藏内设置电解水制氢反应槽装置和氢气干燥装置，通过地面上设置的太阳能发电装置为电解水制氢反应槽装置供电，在制氢过程中没有碳排放，低碳环保，清洁无污染；制得的氢气不需要压缩和输送，直接存储在废弃油气藏中，降低了制氢、存储的成本，也提升的制氢和存储的安全性。由于不需要人工干预，提升了制氢的自动化程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统的构成示意图；

图2为本发明实施例提供的利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统的生产井的俯视图；

图3为本发明实施例提供的地下制储氢系统的电解水制氢反应槽装置的各部件连接示意图；

图4为本发明实施例提供的地下制储氢系统的氢气干燥装置的内部结构示意图；

图5为本发明实施例提供的地下制储氢系统的太阳能发电、储电、电解水制氢电路连接示意图；

图中：1-观测井；2-电缆井；3-采氢井；4-注气井；5-太阳能发电装置；6-太阳能发电装置的正极接线柱；7-太阳能发电装置的负极接线柱；8-非渗透性地层；9-地下水层；10-控制器；11-电缆；12-输氧管道；13-第一气体单向阀；14-输氧管道；15-氧气释放装置；16-采氢井口；17-输氢管网；18-渗透性地层；19-泥岩层；20-氢气入口；21-电缆井；22-采氢井；23-废弃油气藏；24-第二气体单向阀；25-输氢管道；26-氢气干燥装置；27-第一液体单向阀；28-电解水制氢反应槽装置；29-氢气出口；30-电解水制氢正极板；31-电解水制氢负极板；32-第二液体单向阀；33-电缆接入口；34-装料口；35-电加热元件；36-吸附剂；37-卸料口；38-干燥器密封外壳。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：

术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。

术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。

术语“由……组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。

术语“质量份”是表示多个组分之间的质量比例关系，例如：如果描述了X组分为x质量份、Y组分为y质量份，那么表示X组分与Y组分的质量比为x:y；1质量份可表示任意的质量，例如：1质量份可以表示为1kg也可表示3.1415926kg等。所有组分的质量份之和并不一定是100份，可以大于100份、小于100份或等于100份。除另有说明外，本文中所述的份、比例和百分比均按质量计。

除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。

当浓度、温度、压力、尺寸或者其它参数以数值范围形式表示时，该数值范围应被理解为具体公开了该数值范围内任何上限值、下限值、优选值的配对所形成的所有范围，而不论该范围是否被明确记载；例如，如果记载了数值范围“2～8”时，那么该数值范围应被解释为包括“2～7”、“2～6”、“5～7”、“3～4和6～7”、“3～5和7”、“2和5～7”等范围。除另有说明外，本文中记载的数值范围既包括其端值也包括在该数值范围内的所有整数和分数。

术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。

下面对本发明所提供的利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

如图1所示，本发明实施例提供一种利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统，包括：

废弃油气藏23、电缆井21、采氢井22、电解水制氢反应槽装置28、氢气干燥装置26、太阳能发电装置5、电缆、控制器10和氧气释放装置15；其中，

所述废弃油气藏23上分别设置与地面连通的所述电缆井21和所述采氢井22；

所述电缆井21的井口为密封结构；

所述采氢井22的井口为密封结构，其上设有连接外部输氢管网的接口；

所述电解水制氢反应槽装置28和所述氢气干燥装置26均设置在所述废弃油气藏23内；

所述电解水制氢反应槽装置28底部通过设有第二液体单向阀32的输水管路与所述废弃油气藏23下方的地下水层连通；

所述电解水制氢反应槽装置28的顶部出气口与所述废弃油气藏23内连通；

所述氢气干燥装置26分别通过氢气进气管路和回液管路与所述电解水制氢反应槽装置28内气体容置空间内连通，该氢气干燥装置26设有与所述废弃油气藏23内连通的干燥氢气出口；优选的，氢气进气管路上设置第二气体单向阀24，回液管路上设置第一液体单向阀27；

所述太阳能发电装置5的供电端通过所述控制器和穿设在所述电缆井21内的电缆与所述电解水制氢反应槽装置28电解水制氢用的阴、阳极板电气连接；

所述太阳能发电装置5的供电端通过所述控制器和穿设在所述电缆井21内的电缆与所述氢气干燥装置26供电端电气连接；

所述氧气释放装置15，设置在所述废弃油气藏23上的地面处，通过穿设在所述电缆井21内的输氧管道连接至所述电解水制氢反应槽装置28的阴、阳极板处。

上述地下制储氢系统中，所述废弃油气藏23采用内部压力范围为8.0～10.0MPa的开发后废弃的油气藏；

所述电缆井21为经所述废弃油气藏23生产井改造而成的电缆输送井；

所述采氢井22采用所述废弃油气藏23遗留的采油通道或采气通道。优选的，废弃油气藏一般具有多个生产井(参见图2)，选取适宜的生产井经过特殊改造后成为输送氢气的采氢井，将其与外部输氢管道相连，可将废弃油气藏中储存的氢气采出供人类使用。

上述的地下制储氢系统中，所述采氢井22和所述电缆井21的内壁上均覆盖设置氢气渗透防护层。

上述的地下制储氢系统中，所述氢气渗透防护层采用奥氏体不锈钢制成的防护层。

上述的地下制储氢系统中，所述电缆采用铜芯聚氯乙烯绝缘电线的电力电缆。

参见图3，上述地下制储氢系统中，所述电解水制氢反应槽装置28包括：电解水槽、阴极板和阳极板；其中，

所述电解水槽内设有塑料合金垫片，能提升电解水槽的使用寿命；

所述电解水槽内用隔膜分隔成阳极室和阴极室，所述阳极室和阴极室之间通过上部的气体容置空间连通；

所述阴极板设置在所述阴极室内，通过电缆与所述太阳能发电装置5的正极电气连接；

所述阳极板设置在所述阳极室内，通过电缆与所述太阳能发电装置5的负极电气连接。

参见图4，上述地下制储氢系统中，所述氢气干燥装置26包括：

电缆接入口33、装料口34、电加热元件35、吸附剂内腔36、卸料口37、干燥器密封外壳38、干燥氢气出口29和氢气入口20；其中，

所述干燥器密封外壳38内设置所述吸附剂内腔36，所述吸附剂内腔36内设置所述电加热元件35，所述电加热元件35通过上端的电缆接入口33与连接所述太阳能发电装置5的电缆电气连接；

所述吸附剂内腔36上端设置所述氢气入口20，该氢气入口20与所述氢气进气管路连接；

所述干燥器密封外壳38的上端设置所述干燥氢气出口29，该干燥氢气出口29与所述废弃油气藏23内连通；

所述吸附剂内腔36的上下端分别设置安装和卸除吸附剂的装料口34和卸料口37。

参见图5，上述的地下制储氢系统中，所述太阳能发电装置5包括：

多个多晶硅太阳能电池；其中，

各多晶硅太阳能电池的正极相互电气连接，负极相互电气连接，连接后的正、负极通过电缆11与所述控制器10的正负极电气连接；

具体的，太阳能发电装置是由若干多晶硅太阳能电池组成，将每个多晶硅太阳能电池的正极连接至一起，负极也连接至一起，从其中任意一块多晶硅太阳能电池的正负极上将导线引出，接在控制器的正负极上，便可在阳光充足的情况下发电。

上述的太阳能发电装置5中，各多晶硅太阳能电池的结构相同，均包括：

多个晶硅太阳能电池片、钢化玻璃、粘贴层、密封绝缘背板和接线盒；其中，

以设定串、并联方式连接的多个晶硅太阳能电池片通过所述粘贴层粘贴在所述密封绝缘背板上；

所述钢化玻璃覆盖在黏贴有多个电池片的所述密封绝缘背板上，覆盖住多个晶硅太阳能电池片；

所述多个晶硅太阳能电池片的正、负极与所述接线盒的接线端子电气连接。

优选的，上述的钢化玻璃采用透光率91％以上经超白钢化处理的钢化玻璃；

所述的粘贴层优选采用粘贴性好的EVA粘贴层。

进一步的，在采氢井的接口与连接的外部输氢管网之间设置氯气过滤设备，能有效去除氢气中的氯气，提升氢气的纯度。

本发明实施例还提供一种利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢方法，采用上述的地下制储氢系统，包括以下步骤：

通过所述地下制储氢系统的太阳能发电装置5利用太阳能转化为电能，转化得到的电能经控制器10和电缆为设置在所述废弃油气藏23内的所述地下制储氢系统的电解水制氢反应槽装置28的阴、阳极板进行供电；

所述电解水制氢反应槽装置28通过阴、阳极板电解地下水层的水制得氢气，制得的氢气通过所述氢气干燥装置26干燥后，排入所述废弃油气藏23内进行储存；

所述电解水制氢反应槽装置28电解制氢过程中产生的氧气通过所述地下制储氢系统的氧气释放装置15外排至所述废弃油气藏23上地面的空气中。

上述方法中，在适宜的光线下，太阳能发电装置产生的电流经控制器、电缆到达电解水制氢反应槽装置的阴阳极板进行电解水制氢作业；控制器能为电解水制氢反应槽装置提供稳定可靠的电力输入，一般控制器向电解水制氢反应槽装置提供电压12V电流2A的直流电。

上述方法中，电解水制氢反应槽装置顶部连接氢气干燥装置，将制取的氢气干燥处理后存储在作为氢气储库的废弃油气藏中；具体的，所述电解水制氢反应槽装置的电解水槽底部设有单向阀的管路，控制外部地层水进入电解水槽，顶部设有单向排气阀，可将电解水在阴极板上产生的氢气输送至废弃油气藏中存储；制取氢气同时，阳极板上产生的氧气通过输氧管道、第一气体单向阀经氧气释放装置15输送至地表并释放到大气中。

上述方法中，氢气干燥装置是利用吸附剂在常温(或低温)下吸附气体中的水分，吸附剂吸附的水分接近饱和时，采用升高温度的方法使水分从吸附剂中解吸出来(再生)，从而达到循环工作的目的；控制被干燥的氢气从进气口进入该氢气干燥装置，流经吸附剂空腔(即吸附剂床层)，气体中的水分被吸附剂吸附，干燥后的气体从干燥氢气出口流出该氢气干燥装置，干燥过程电加热元件不工作，再生过程气体流向相反，电加热元件工作。

综上可见，本发明实施例的利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统及方法，至少具有以下优点：

(1)通过设置太阳能发电装置利用太阳能发电配合设置在废弃油气藏内的电解水制氢反应槽装置制取氢气，此过程中产生的氢气为“绿氢”，在制氢过程中没有碳排放，低碳环保，清洁无污染；并且，由于利用太阳能发电装置产生的电能流经控制器后直接电解水制取氢气，不将产生的电能存入太阳能电池，减少了电能损耗，提高了太阳能发电制氢的效率，同时还降低了实施的成本。

(2)由于直接在废弃油气藏内制取氢气，能直接利用废弃油气藏存储氢气，由于是废弃油气藏，这种类型的油气藏已被开采过，其地下构造情况清晰，无需对其进行地质勘探。存储的氢气可以利用废弃油气藏原有的生产井开采，无需新建采气井；废弃油气藏中本身就含有气体，待补充注入的垫层气量不多，投资和运行费用低。

(3)将产生的氢气存储在废弃油气藏中，重新利用废弃的油气藏，形成新的“氢气藏”供人类使用。与现有常见的四种储存成本比较高的储氢技术(如高压气态储氢技术、低温液态储氢技术，固态储氢技术及有机物液体储氢技术)相比，本实施例的储氢方法只需前期投入固定资产便可以一直制取并存储氢气，相对成本较低，且储氢的安全性非常高，几乎不会威胁到人类的生命财产安全。

(4)本实施例利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢方法是一种无人看守式的、全自主运行的制储氢系统，在建成后只需定期前往实施现场对设备进行例行检查，无需额外付出人力物力对其进行实时调控，将人工成本降到了最低。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统及方法进行详细描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统，包括：

太阳能发电装置5、控制器10、电缆井21、采氢井22、废弃油气藏23、电解水制氢反应槽装置28、氢气干燥装置26和氧气释放装置15。

其中，太阳能发电装置5由多个多晶硅太阳能电池组成，太阳能发电装置接入接线盒，防止组件短路而烧坏整个发电系统，同时起到电流中转和连接接线端子的作用，确保发电系统可以长时间稳定运行。

该太阳能发电装置5中，多个多晶硅太阳能电池的结构相同，均由多个多晶硅太阳能电池片、钢化玻璃、粘贴层、背板和接线盒组成；其中，将多个多晶硅太阳能电池片经串、并联后置于背板的适当位置，使用透明度高、抗氧化能力强、黏性强度高的作为粘贴层的EVA将串、并联的多晶硅太阳能电池片与背板相黏贴；

背板使用密封性、绝缘性、防水性能较好的材料制作，例如耐老化的TPT或TPE材料，防止太阳能发电装置在未达到正常使用年限的情况下产生背板老化的现象，导致太阳能发电装置不能正常工作

采用的多晶硅太阳能电池片，其制作成本与薄膜太阳能电池片相比较为低廉，制作简单，电耗较低，光电转换效率为14％～16％。

上述的钢化玻璃，选用透光率91％以上的钢化玻璃，经过超白钢化处理后，覆盖在贴有太阳能电池片的背板上。

上述系统中的废弃油气藏23为已经开发过的油气藏(其上部从上至下依次为渗透性地层18、泥岩层19和非渗透性地层8，下方为地下水层9)，其构造类型及形态、裂缝密度及分布规律、储层特征等情况清楚，无需对油气藏重新进行地质勘探，利用所述废弃油气藏建立氢气储气库周期短。

开采油气藏建设的部分气井可重复利用于氢气储气库，所述废弃油气藏内部含有部分气体，只需添充少量垫层气量，以防止地下水侵入，保证油气藏稳定的工作，投资和运行所述废弃油气藏的经济性较好。

电解水制取的氢气经过干燥后输送至所述废弃油气藏内部存储，其内部可能存在地层水环境、原生气体环境等复杂环境，氢气在油气藏内部特殊的环境作用下发生一系列化学反应后，氢气可能被转变为固体矿物存储在油气藏内部，或是在经历一段时间后吸附在油气藏内部的岩石表面，溶解圈闭和矿物圈闭形成了一个更为稳定的气体圈闭机制，以吸附或氢化物的形式实现氢气的地下存储。

所述废弃油气藏内部压力范围在8.0～10.0MPa之间可以使氢气的地下存储具备合理的经济效益。

氢气作为密度最小的气体更容易快速扩散，氢气流通速度较快的情况下指进现象更为突出明显。存储氢气要充分考虑其扩散性。

所述废弃油气藏的储气层应采用具备多孔、高渗透性特点，其地层压力应相对较高且具备足够厚的非渗透性地层，在采入和采出氢气过程中速度不易过快，以防止氢气指进发生气体逃逸。

本实施例中的电缆井21为经废弃油气藏生产井改造的电缆输送井，井内主要包含了电缆和输氧管道，电缆采用电力电缆，使用一根或多根相互绝缘的导体外包绝缘层和保护层制成，其输电的可靠性和抗干扰能力优良。电缆主要由线芯、绝缘层和保护层三部分组成。线芯是电力电缆的导电部分，用来输送电能，是电力电缆的主要部分，其质量的好坏直接影响本发明实施例的使用年限，因此电芯需要采用优质的导电材料加工制造，例如使用铜芯作为电力电缆的电芯。绝缘层是将线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上彼此隔离，可以保证电能稳定输送，是电力电缆结构中不可缺少的组成部分。在电缆井中环境潮湿，保护层的作用尤为重要，它可以起到保护电力电缆免受外界杂质和水分的侵入，以及防止外力直接损坏电力电缆。

本实施例中采用铜芯聚氯乙烯绝缘电线作为电力电缆，它具有良好的耐腐蚀性，导体接触电阻小，该类型电线可以长期工作在最低温度-15℃，最高温度65℃的环境中，其工作直流电压最大可以达到1000V。在购置电力电缆时，需注意辨别电线的真伪，合格电线的外保护层应外观光滑、表面印字清晰。从电线头处观察，绝缘应均匀，不偏芯，此外优质的电线还需要满足重量范围要求，有些伪劣电线绝缘层看上去似乎很厚实，实际上大多是用再生塑料制成的，时间一长，绝缘层会老化而漏电。

本实施例中的采氢井22为废弃油气藏遗留的采油或采气通道。考虑到氢气的密度小、扩散性强等物理特性，需测试所述生产井在氢气从油气藏内部采出时能否穿透井壁屏障渗透至外部。

若废弃油气藏的生产井井壁为水泥材质时，在任何温度下都不能完全防止氢气渗透。生产井为金属材质时，长时间输送氢气会导致金属材质的井壁出现爆皮、裂纹、脆化等严重损害现象，井壁以镍含量高的不锈钢为原料制作能够有效的减小氢气对井壁的破坏性，若向输送氢气的生产井中加入一定量的氮气也可以减小氢气对管壁的损害。使用纯度高、稳定性能好的奥氏体不锈钢为原料改造的生产井使用寿命会有明显提高，该类型钢材镍的含量高于12％，最大屈服强度为80MPa。因此，可在采氢井22上设置采用奥氏体不锈钢制成的氢气渗透防护层，防止氢气损坏井壁。

采氢井22与地面的输氢管网17连接，将废弃油气藏中储存的氢气通过输氢管网输送至用户。

所述电解水制氢反应槽装置28主要由电解水槽、阴极板和阳极板组成，大多数用隔膜将阳极室和阴极室隔开，当直流电通过电解水槽时，在阳极板与溶液界面处发生氧化反应生成氧气，在阴极板与溶液界面处发生还原反应生成氢气；阳极板附近生成的氧气通过输氧管道12到达地表，流经第一气体单向阀13后由氧气释放装置15释放到大气中；阴极板附近生成的氢气流经第二气体单向阀24进入氢气干燥装置28，经干燥后释放至废弃油气藏23中储存，干燥过程中生成的水则通过第一液体单向阀27重新流入电解水槽内。

电解水制取氢气过程中会产生一定量的热能，导致电解水槽膨胀，密封性垫片持续承受高压而损坏，大大降低电解水槽的使用年限，本发明中使用的电解水槽垫片制作原料为塑料合金垫片，此类材料的抗冲击性、耐热性能优良，抗压强度远远高于普通垫片，线胀系数接近刚的线胀系数，使用该类型材料制作而成的电解水槽垫片抗蠕变性能好，大大增加电解水槽的使用寿命。

电解水制氢反应槽装置的阳极板采用不可溶性类的材料制作而成，它们在电解过程基本不发生变化，对在电极表面上所进行的阳极反应具有催化作用。使用二氧化钌为原料制作的二氧化钌阳极板对析氧有很好的催化作用，其最突出特点是具有很好的化学稳定性，此外还具有耐腐蚀，工作寿命长，尺寸稳定等特点。

电解水制氢反应槽装置的阴极板以金属或合金为原料制作，长时间在负电位下工作,可以起到阴极保护作用。本发明实施例中阴极为析氢反应，其过电位较高，因此阴极材料的主要改进方向是降低析氢过电位，可以使用低碳钢为原料制作阴极，为了减少电能消耗，也可以使用比表面积大且具有催化活性的阴极，如多孔镍镀层阴极板。

随着日益增长的低碳减排需求，氢的绿色制取技术受到广泛重视，利用可再生能源进行电解水制氢是目前众多氢气来源方案中碳排放最低的工艺，氢气作为零碳的能源载体，正在得到越来越多的关注。

本发明实施例提供一种利用上述的地下制储氢系统的地下制氢方法，是一种太阳能发电制氢并将其储存于废弃油气藏中的方法，包括：

太阳能发电装置与控制器相连，在光线适宜的条件下，太阳能发电装置产生的电流经控制器、电缆到达电解水制氢反应槽装置28的阴、阳电极板进行电解水制氢作业；

控制器通过电缆与电解水制氢反应槽装置相连，为其提供稳定可靠的电力输入。电解水制氢装置顶部连接氢气干燥装置，将制取的氢气干燥处理后存储在作为储库的废弃油气藏中，制取氢气同时产生的氧气通过输氧管道经氧气释放装置输送至地表并释放到大气中。

废弃油气藏可采用具有多个生产井的废弃油气藏，选取适宜的生产井经过特殊改造后成为采氢井。废弃油气藏周围或底部的地层水为盐水，主要成分是氯化钙，在电解水生成氢气和氧气的同时还会产生少量的氯气，因此在采氢井出口的采气装置上还可设置去除氯气的氯气过滤设备，提高产出氢气的纯度，把经处理过的氢气通过输氢管网输送至城市或工厂，以供人类使用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统，其特征在于，包括：

废弃油气藏(23)、电缆井(21)、采氢井(22)、电解水制氢反应槽装置(28)、氢气干燥装置(26)、太阳能发电装置(5)、电缆、控制器(10)和氧气释放装置(15)；其中，

所述废弃油气藏(23)上分别设置与地面连通的所述电缆井(21)和所述采氢井(22)；

所述电缆井(21)的井口为密封结构；

所述采氢井(22)的井口为密封结构，其上设有连接外部输氢管网的接口；

所述电解水制氢反应槽装置(28)和所述氢气干燥装置(26)均设置在所述废弃油气藏(23)内；

所述电解水制氢反应槽装置(28)底部通过设有第二液体单向阀(32)的输水管路与所述废弃油气藏(23)下方的地下水层连通；

所述电解水制氢反应槽装置(28)的顶部出气口与所述废弃油气藏(23)内连通；

所述氢气干燥装置(26)分别通过氢气进气管路和回液管路与所述电解水制氢反应槽装置(28)内气体容置空间内连通，该氢气干燥装置(26)设有与所述废弃油气藏(23)内连通的干燥氢气出口；

所述太阳能发电装置(5)的供电端通过所述控制器和穿设在所述电缆井(21)内的电缆与所述电解水制氢反应槽装置(28)电解水制氢用的阴、阳极板电气连接；

所述太阳能发电装置(5)的供电端通过所述控制器和穿设在所述电缆井(21)内的电缆与所述氢气干燥装置(26)供电端电气连接；

所述氧气释放装置(15)，设置在所述废弃油气藏(23)上的地面处，通过穿设在所述电缆井(21)内的管道连接至所述电解水制氢反应槽装置(28)的阴、阳极板处。

2.根据权利要求1所述的利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统，其特征在于，所述废弃油气藏(23)采用内部压力范围为8.0～10.0MPa的开发后废弃的油气藏；

所述电缆井(21)为经所述废弃油气藏(23)生产井改造而成的电缆输送井；

所述采氢井(22)采用所述废弃油气藏(23)遗留的采油通道或采气通道。

3.根据权利要求2所述的利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统，其特征在于，所述采氢井(22)和所述电缆井(21)的内壁上均覆盖设置氢气渗透防护层。

4.根据权利要求3所述的利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统，其特征在于，所述氢气渗透防护层采用奥氏体不锈钢制成的防护层。

5.根据权利要求1至4任一项所述的利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统，其特征在于，所述电缆采用铜芯聚氯乙烯绝缘电线的电力电缆。

6.根据权利要求1至4任一项所述的利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统，其特征在于，所述电解水制氢反应槽装置(28)包括：电解水槽、阴极板和阳极板；其中，

所述电解水槽内设有塑料合金垫片；

所述电解水槽内用隔膜分隔成阳极室和阴极室，所述阳极室和阴极室之间通过上部的气体容置空间连通；

所述阴极板设置在所述阴极室内，通过电缆与所述太阳能发电装置(5)的正极电气连接；

所述阳极板设置在所述阳极室内，通过电缆与所述太阳能发电装置(5)的负极电气连接。

7.根据权利要求1至4任一项所述的利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统，其特征在于，所述氢气干燥装置(26)包括：

电缆接入口(33)、装料口(34)、电加热元件(35)、吸附剂内腔(36)、卸料口(37)、干燥器密封外壳(38)、干燥氢气出口(29)和氢气入口(20)；其中，

所述干燥器密封外壳(38)内设置所述吸附剂内腔(36)，所述吸附剂内腔(36)内设置所述电加热元件(35)，所述电加热元件(35)通过上端的电缆接入口(33)与连接所述太阳能发电装置(5)的电缆电气连接；

所述吸附剂内腔(36)上端设置所述氢气入口(40)，该氢气入口(40)与所述氢气进气管路连接；

所述干燥器密封外壳(38)的上端设置所述干燥氢气出口(29)，该干燥氢气出口(29)与所述废弃油气藏(23)内连通；

所述吸附剂内腔(36)的上下端分别设置安装和卸除吸附剂的装料口(34)和卸料口(37)。

8.根据权利要求1至4任一项所述的利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统，其特征在于，所述太阳能发电装置(5)包括：

多个多晶硅太阳能电池；其中，

各多晶硅太阳能电池的正极相互电气连接，负极相互电气连接，连接后的正、负极通过电缆(11)分别与所述控制器(10)的正、负极电气连接。

9.根据权利要求7所述的利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢系统，其特征在于，各多晶硅太阳能电池的结构相同，均包括：

多个晶硅太阳能电池片、钢化玻璃、粘贴层、密封绝缘背板和接线盒；其中，

以设定串、并联方式连接的多个晶硅太阳能电池片通过所述粘贴层粘贴在所述密封绝缘背板上；

所述钢化玻璃覆盖在黏贴有多个电池片的所述密封绝缘背板上，覆盖住多个晶硅太阳能电池片；

所述多个晶硅太阳能电池片的正、负极与所述接线盒的接线端子电气连接。

10.一种利用太阳能和废弃油气藏的地下制储氢方法，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的地下制储氢系统，包括以下步骤：

通过所述地下制储氢系统的太阳能发电装置(5)利用太阳能转化为电能，转化得到的电能经控制器(10)和电缆为设置在所述废弃油气藏(23)内的所述地下制储氢系统的电解水制氢反应槽装置(28)的阴、阳极板进行供电；

所述电解水制氢反应槽装置(28)通过阴、阳极板电解地下水层的水制得氢气，制得的氢气通过所述氢气干燥装置(26)干燥后，排入所述废弃油气藏(23)内进行储存；

所述电解水制氢反应槽装置(28)电解制氢过程中产生的氧气通过所述地下制储氢系统的氧气释放装置(15)外排至所述废弃油气藏(23)上地面的空气中。

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