CN114353365B - 一种太阳能驱动的分布式能源系统 - Google Patents
一种太阳能驱动的分布式能源系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114353365B CN114353365B CN202210011259.0A CN202210011259A CN114353365B CN 114353365 B CN114353365 B CN 114353365B CN 202210011259 A CN202210011259 A CN 202210011259A CN 114353365 B CN114353365 B CN 114353365B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ammonia
- evaporator
- heat exchanger
- regulating valve
- 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.)
- Active
Links
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 415
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 193
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 86
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 77
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 77
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 73
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 48
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 90
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 39
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 11
- 229910001252 Pd alloy Inorganic materials 0.000 claims description 10
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical class [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 6
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract 1
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- 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
- 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
Landscapes
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
本发明提出一种太阳能驱动的分布式能源系统，其特征在于：所述能源系统的供氢机构包括氨压缩式制冷循环系统和用于产氢的氨分解膜反应器；所述氨分解膜反应器的电炉电源、氨压缩式制冷循环系统的压缩机电源均包括光伏组件的太阳能光伏板，氨分解膜反应器催化剂床层的热源包括光伏组件的太阳能集热器；氨压缩式制冷循环系统的第一蒸发器提供用于冷却光伏组件的冷量，第二蒸发器则用于冷却氨分解产物；本发明能克服现有氨制氢工艺需要的较高温度水平的难题，并能利用氨制氢反应器的压力实现对氢气纯化。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能利用技术领域，尤其是一种太阳能驱动的分布式能源系统。
背景技术
传统的分布式能源系统，主要实现冷热电的联供，随着氢能技术的不断发展，氢气作为新型能源载体也将越来越广泛的应用于生活和生产中，因此氢气的供给也需纳入分布式能源系统。由于氢气体积能量密度低，储运是制约氢能发展的一个重要环节。如何实现方便高效的现场制氢是分布式能源实现供氢的关键所在。
氨以质量储氢密度和体积储氢密度两大优势，正在成为具有发展前景的氢载体。但是现有的氨分解制氢技术存在以下几方面的不足。
首先，传统的氨分解工艺通常在650~800℃的温度水平，才能实现几乎完全分解（接近平衡转化率），因此对热量的温度水平（能量品味）要求较高，一般的工业余热或太阳能集热器无法满足氨分解制氢的工艺需求。
其次，传统氨分解的装置完全采用电加热，由于电的能量品味高，因此系统的能效较低。对于需要高纯氢的应用场景，还需要对氨分解产物气进行氢气提纯，不仅需要消耗额外的能量，也使得整体系统更为复杂。
第三，由于传统氨分解制氢工艺的温度较高，不易构建集成氨制氢的太阳能多联供系统。
因此传统的氨制氢工艺在热能利用、系统能效、与可再生能源系统耦合方面存在不足，一定程度上限制了氨制氢技术的推广以及在分布式能源中的应用。
发明内容
本发明提出一种太阳能驱动的分布式能源系统，能克服现有氨制氢工艺需要的较高温度水平的难题，并能利用氨制氢反应器的压力实现对氢气纯化。
本发明采用以下技术方案。
一种太阳能驱动的分布式能源系统，所述能源系统的供氢机构包括氨压缩式制冷循环系统和用于产氢的氨分解膜反应器；所述氨分解膜反应器的电炉电源、氨压缩式制冷循环系统的压缩机电源均包括光伏组件的太阳能光伏板，氨分解膜反应器催化剂床层的热源包括光伏组件的太阳能集热器；氨压缩式制冷循环系统的第一蒸发器提供用于冷却光伏组件的冷量，第二蒸发器则用于冷却氨分解产物。
所述光伏组件包括太阳能光伏板（1）、太阳能集热器（3）或太阳能光伏光热一体化模块（2）；氨压缩式制冷循环系统和用于产氢的氨分解膜反应器共享氨气气源；所述氨分解膜反应器为钯合金膜反应器，其输入的氨气需由换热器机构加热。
所述换热器机构包括第一换热器（17）和第二换热器（19）；第一蒸发器、第二蒸发器提供的冷量可分别通过调节阀进行调节；
所述氨气气源包括第一贮氨罐（7）；第一贮氨罐输出的液氨进入节流阀（10）后，再经绝热节流降压降温成为湿氨蒸汽，分别从第一支路、第二支路输出；
所述第一支路设有第一调节阀（11）和第一蒸发器（12），湿氨蒸汽经第一调节阀进入第一蒸发器后，经定温定压吸热后气化为饱和氨蒸汽，产生的冷量一部分用于冷却太阳能光伏板，保证光伏转化效率，另一部分对外输出，供用户使用；
所述第二支路设有第三调节阀（14）和第二蒸发器（15），湿氨蒸汽经第三调节阀进入第二蒸发器对来自第一换热器（17）的氨分解产物进行冷却。
所述太阳能光伏板或太阳能光伏光热一体化模块的电能通过逆变器（4）进行转换处理，转换后的电能一部分电量直接对外输出供用户使用，一部分电量驱动电炉（22）对氨分解膜反应器进行加热，另一部分电量驱动第一压缩机（5）对来自第一蒸发器（12）和第二蒸发器（15）的氨蒸汽进行绝热压缩成为过热氨蒸汽，接着过热氨蒸汽进入冷凝器（6）进行定压放热冷凝为饱和氨溶液，氨溶液进入第一贮氨罐实现循环利用；所述第一贮氨罐的补充氨罐为第二贮氨罐（9），通过调节旋拧阀（8）为第一贮氨罐补充氨溶液以减少共享氨罐的频繁拆装。
所述第一蒸发器（12）还对能源系统的用户提供冷量，湿氨蒸汽通过节流阀（10）后分别通过第一调节阀（11）和第三调节阀（14），通过判断用户的冷量需求来调节第一调节阀和第三调节阀以实现冷量的灵活调节，如果用户冷量需求大，则调节阀使流经第一调节阀进入第一蒸发器的工质量增加，如果用户冷量需求小，则调节阀使流经第三调节阀进入第二蒸发器的工质量增加；
所述第一蒸发器和第二蒸发器输出的氨蒸汽分别进入用于调节产氢量的第二调节阀（13）和第四调节阀（16），通过判断氢气的需求量来调节第二调节阀和第四调节阀，如果氢气需求量大，则调节阀使流经第四调节阀进入换热器机构的工质量增加，如果氢气需求量小，则调节阀使流经第二调节阀进第一压缩机的工质量增加。
所述分布式能源系统还包括氨分解膜反应器、膨胀机（29）和第二压缩机（20）；所述氨分解膜反应器用于氨分解反应，包括无缝不锈钢外管（21）、电炉（22）、催化剂床层（23）、无缝不锈钢内管（24）、钯合金膜（25）、多孔不锈钢内管（26）、不锈钢管（27）和不锈钢螺杆（28）；
来自第一换热器和第二换热器的氨气通过不锈钢螺杆进入氨分解膜反应器，在催化剂的作用下进行氨分解反应，反应所需的热量来自电炉的加热，以及不锈钢管（27）内装填的熔融盐；所述熔融盐在不锈钢管（27）与太阳能集热器之间流动，并从太阳能集热器处收集热量；
所述氨分解反应产生的大部分氢气会透过钯合金膜（25）穿过多孔不锈钢内管（26），通过生成物的减少来推动氨分解反应的正向进行，从而实现在较低的温度下达到较高的氨转化率；
所述膨胀机用于膨胀氨分解产物以对第二压缩机做功，来自氨分解膜反应器的高温高压产物包含氮气、小部分氢气和微量未分解的氨，膨胀机将来自不锈钢螺杆（28）的分解产物膨胀到常压，膨胀过程产生的功用于驱动第二压缩机工作；第二压缩机用于氢气的增压，来自第二换热器的常压氢气经第二压缩机加压后输出具有一定压力的氢气给用户，以满足后端用氢设备的压力需求。
所述第一换热器（17）、第二换热器（19）用于氨气的升温；第一换热器具有第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，来自第四调节阀（16）的低温氨气从第一进口进入第一换热器（17），来自膨胀机（29）的高温氨分解产物从第二进口进入第一换热器（17），低温氨气与高温氨分解产物在第一换热器内换热后，升温后的氨气从第一出口离开第一换热器（17），进入氨分解膜反应器，降温后的氨分解产物从第二出口离开第一换热器（17），进入第二蒸发器（15）；
第二换热器具有第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，来自第四调节阀（16）的低温氨气从第一进口进入第二换热器（19），来自无缝不锈钢外管（21）的高温常压氢气从第二进口进入第二换热器（19）；低温氨气与高温氢气在第二换热器内换热后，升温后的氨气从第一出口离开第二换热器（19），进入膜反应器；降温后的氢气从第二出口离开第二换热器（19），进入第二压缩机（20）。
所述第二蒸发器（15）用于处理氨分解产物，具有第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，来自第三调节阀（14）的湿氨蒸汽从第一进口进入第二蒸发器，来自第一换热器（17）的尾气从第二进口进入第二蒸发器，湿氨蒸汽经过蒸发器的定温定压吸热处理后，气化为饱和蒸汽，从第一出口离开第二蒸发器，被冷却的氨分解产物形成尾气从第二出口离开第二蒸发器进入燃烧器（18）。
所述燃烧器（18）对第二蒸发器（15）的尾气进行燃烧处理，并通过燃烧产生的热量向用户提供热水。
本发明提供了一种新型高效的太阳能驱动的分布式能源系统，能克服现有氨制氢工艺需要的较高温度水平的难题，并能利用氨制氢反应器的压力实现对氢气纯化。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供的太阳能冷热电氢联供系统，综合采用了太阳能集热器、太阳能光伏板或太阳能光伏光热一体化模块，利用太阳能的热能和电能驱动氨压缩式制冷循环系统和氨分解膜反应器工作，大幅提高太阳能的利用率；
2、本发明提供的氨压缩式制冷循环系统，采用了第一调节阀和第三调节阀，根据用户对制冷量的需求来调节阀，实现冷量的灵活调节；
3、本发明提供的氨压缩式制冷循环系统，采用了第一贮氨罐和第二贮氨罐，第一贮氨罐作为与氨分解反应的共享氨罐，固定在整个系统中，便于拆装，第二贮氨罐作为第一贮氨罐的补充氨罐；
4、本发明提供的氨分解反应器，采用了钯膜反应器，氨在催化剂床层分解的过程中，产物氢气会透过钯膜离开反应区域，推动氨分解反应的正向进行，从而实现在较低的反应温度下达到较高的氨转化率；
5、本发明提供的氨分解反应器，在反应器内管和外管出口分别设置了压缩机和膨胀机，通过膨胀机和压缩机实现对氨分解反应器内压力能的回收，并提高用户端的供氢压力水平。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的示意图；
图中：1-太阳能光伏板；2-太阳能光伏光热一体化模块；3-太阳能集热器；4-逆变器；5-第一压缩机；6-冷凝器；7-第一贮氨罐；8-旋拧阀；9-第二贮氨罐；10-节流阀；
11-第一调节阀；12-第一蒸发器；13-第二调节阀；14-第三调节阀；15-第二蒸发器；16-第四调节阀；17-第一换热器；18-燃烧器；19-第二换热器；20-第二压缩机；
21-无缝不锈钢外管；22-电炉；23-催化剂床层；24-无缝不锈钢内管；25-钯合金膜；26-多孔不锈钢内管；27-不锈钢管；28-不锈钢螺杆；29-膨胀机；
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图所示，一种太阳能驱动的分布式能源系统，所述能源系统的供氢机构包括氨压缩式制冷循环系统和用于产氢的氨分解膜反应器；所述氨分解膜反应器的电炉电源、氨压缩式制冷循环系统的压缩机电源均包括光伏组件的太阳能光伏板，氨分解膜反应器催化剂床层的热源包括光伏组件的太阳能集热器；氨压缩式制冷循环系统的第一蒸发器提供用于冷却光伏组件的冷量，第二蒸发器则用于冷却氨分解产物。
所述光伏组件包括太阳能光伏板1、太阳能集热器3或太阳能光伏光热一体化模块2；氨压缩式制冷循环系统和用于产氢的氨分解膜反应器共享氨气气源；所述氨分解膜反应器为钯合金膜反应器，其输入的氨气需由换热器机构加热。
所述换热器机构包括第一换热器17和第二换热器19；第一蒸发器、第二蒸发器提供的冷量可分别通过调节阀进行调节；
所述氨气气源包括第一贮氨罐7；第一贮氨罐输出的液氨进入节流阀10后，再经绝热节流降压降温成为湿氨蒸汽，分别从第一支路、第二支路输出；
所述第一支路设有第一调节阀11和第一蒸发器12，湿氨蒸汽经第一调节阀进入第一蒸发器后，经定温定压吸热后气化为饱和氨蒸汽，产生的冷量一部分用于冷却太阳能光伏板，保证光伏转化效率，另一部分对外输出，供用户使用；
所述第二支路设有第三调节阀14和第二蒸发器15，湿氨蒸汽经第三调节阀进入第二蒸发器对来自第一换热器17的氨分解产物进行冷却。
所述太阳能光伏板或太阳能光伏光热一体化模块的电能通过逆变器4进行转换处理，转换后的电能一部分电量直接对外输出供用户使用，一部分电量驱动电炉22对氨分解膜反应器进行加热，另一部分电量驱动第一压缩机5对来自第一蒸发器12和第二蒸发器15的氨蒸汽进行绝热压缩成为过热氨蒸汽，接着过热氨蒸汽进入冷凝器6进行定压放热冷凝为饱和氨溶液，氨溶液进入第一贮氨罐实现循环利用；所述第一贮氨罐的补充氨罐为第二贮氨罐9，通过调节旋拧阀8为第一贮氨罐补充氨溶液以减少共享氨罐的频繁拆装。
所述第一蒸发器12还对能源系统的用户提供冷量，湿氨蒸汽通过节流阀10后分别通过第一调节阀11和第三调节阀14，通过判断用户的冷量需求来调节第一调节阀和第三调节阀以实现冷量的灵活调节，如果用户冷量需求大，则调节阀使流经第一调节阀进入第一蒸发器的工质量增加，如果用户冷量需求小，则调节阀使流经第三调节阀进入第二蒸发器的工质量增加；
所述第一蒸发器和第二蒸发器输出的氨蒸汽分别进入用于调节产氢量的第二调节阀13和第四调节阀16，通过判断氢气的需求量来调节第二调节阀和第四调节阀，如果氢气需求量大，则调节阀使流经第四调节阀进入换热器机构的工质量增加，如果氢气需求量小，则调节阀使流经第二调节阀进第一压缩机的工质量增加。
所述分布式能源系统还包括氨分解膜反应器、膨胀机29和第二压缩机20；所述氨分解膜反应器用于氨分解反应，包括无缝不锈钢外管21、电炉22、催化剂床层23、无缝不锈钢内管24、钯合金膜25、多孔不锈钢内管26、不锈钢管27和不锈钢螺杆28；
来自第一换热器和第二换热器的氨气通过不锈钢螺杆进入氨分解膜反应器，在催化剂的作用下进行氨分解反应，反应所需的热量来自电炉的加热，以及不锈钢管27内装填的熔融盐；所述熔融盐在不锈钢管27与太阳能集热器之间流动，并从太阳能集热器处收集热量；
所述氨分解反应产生的大部分氢气会透过钯合金膜25穿过多孔不锈钢内管26，通过生成物的减少来推动氨分解反应的正向进行，从而实现在较低的温度下达到较高的氨转化率；
所述膨胀机用于膨胀氨分解产物以对第二压缩机做功，来自氨分解膜反应器的高温高压产物包含氮气、小部分氢气和微量未分解的氨，膨胀机将来自不锈钢螺杆28的分解产物膨胀到常压，膨胀过程产生的功用于驱动第二压缩机工作；第二压缩机用于氢气的增压，来自第二换热器的常压氢气经第二压缩机加压后输出具有一定压力的氢气给用户，以满足后端用氢设备的压力需求。
所述第一换热器17、第二换热器19用于氨气的升温；第一换热器具有第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，来自第四调节阀16的低温氨气从第一进口进入第一换热器17，来自膨胀机29的高温氨分解产物从第二进口进入第一换热器17，低温氨气与高温氨分解产物在第一换热器内换热后，升温后的氨气从第一出口离开第一换热器17，进入氨分解膜反应器，降温后的氨分解产物从第二出口离开第一换热器17，进入第二蒸发器 15；
第二换热器具有第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，来自第四调节阀16的低温氨气从第一进口进入第二换热器19，来自无缝不锈钢外管21的高温常压氢气从第二进口进入第二换热器19；低温氨气与高温氢气在第二换热器内换热后，升温后的氨气从第一出口离开第二换热器19，进入膜反应器；降温后的氢气从第二出口离开第二换热器19，进入第二压缩机20。
所述第二蒸发器15用于处理氨分解产物，具有第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，来自第三调节阀14的湿氨蒸汽从第一进口进入第二蒸发器，来自第一换热器17的尾气从第二进口进入第二蒸发器，湿氨蒸汽经过蒸发器的定温定压吸热处理后，气化为饱和蒸汽，从第一出口离开第二蒸发器，被冷却的氨分解产物形成尾气从第二出口离开第二蒸发器进入燃烧器18。
所述燃烧器18对第二蒸发器15的尾气进行燃烧处理，并通过燃烧产生的热量向用户提供热水。
本例中，不锈钢螺杆28为类似螺旋绞龙的装置，可用于输送气体。
实施例1
采用太阳能光伏光热一体化模块驱动的分布式能源系统，实现冷热电氢联供，太阳能光伏光热一体化模块输出热源温度为390℃，冷凝器温度40℃~50℃，第一蒸发器温度3℃，第二蒸发器温度10℃，膨胀机的膨胀比3。
实施例2
采用太阳能光伏光热一体化模块驱动的分布式能源系统，实现冷热电氢联供，太阳能光伏光热一体化模块输出热源温度为340℃，冷凝器温度30℃~40℃，第一蒸发器温度-10℃，第二蒸发器温度5℃，膨胀机的膨胀比7。
Claims (6)
1.一种太阳能驱动的分布式能源系统，其特征在于：所述能源系统的供氢机构包括氨压缩式制冷循环系统和用于产氢的氨分解膜反应器；所述氨分解膜反应器的电炉电源、氨压缩式制冷循环系统的压缩机电源均包括光伏组件的太阳能光伏板，氨分解膜反应器催化剂床层的热源包括光伏组件的太阳能集热器；氨压缩式制冷循环系统的第一蒸发器提供用于冷却光伏组件的冷量，第二蒸发器则用于冷却氨分解产物；
所述光伏组件包括太阳能光伏板（1）、太阳能集热器（3）或太阳能光伏光热一体化模块（2）；氨压缩式制冷循环系统和用于产氢的氨分解膜反应器共享氨气气源；所述氨分解膜反应器为钯合金膜反应器，其输入的氨气需由换热器机构加热；
所述换热器机构包括第一换热器（17）和第二换热器（19）；第一蒸发器、第二蒸发器提供的冷量可分别通过调节阀进行调节；
所述氨气气源包括第一贮氨罐（7）；第一贮氨罐输出的液氨进入节流阀（10）后，再经绝热节流降压降温成为湿氨蒸汽，分别从第一支路、第二支路输出；
所述第一支路设有第一调节阀（11）和第一蒸发器（12），湿氨蒸汽经第一调节阀进入第一蒸发器后，经定温定压吸热后气化为饱和氨蒸汽，产生的冷量一部分用于冷却太阳能光伏板(1)，保证光伏转化效率，另一部分对外输出，供用户使用；
所述第二支路设有第三调节阀（14）和第二蒸发器（15），湿氨蒸汽经第三调节阀进入第二蒸发器对来自第一换热器（17）的氨分解产物进行冷却；
所述分布式能源系统还包括氨分解膜反应器、膨胀机（29）和第二压缩机（20）；所述氨分解膜反应器用于氨分解反应，包括无缝不锈钢外管（21）、电炉（22）、催化剂床层（23）、无缝不锈钢内管（24）、钯合金膜（25）、多孔不锈钢内管（26）、不锈钢管（27）和不锈钢螺杆（28）；
来自第一换热器和第二换热器的氨气通过不锈钢螺杆进入氨分解膜反应器，在催化剂的作用下进行氨分解反应，反应所需的热量来自电炉的加热，以及不锈钢管（27）内装填的熔融盐；所述熔融盐在不锈钢管（27）与太阳能集热器之间流动，并从太阳能集热器处收集热量；
所述氨分解反应产生的大部分氢气会透过钯合金膜（25）穿过多孔不锈钢内管（26），通过生成物的减少来推动氨分解反应的正向进行，从而实现在较低的温度下达到较高的氨转化率；
所述膨胀机用于膨胀氨分解产物以对第二压缩机做功，来自氨分解膜反应器的高温高压产物包含氮气、小部分氢气和微量未分解的氨，膨胀机将来自不锈钢螺杆（28）的分解产物膨胀到常压，膨胀过程产生的功用于驱动第二压缩机工作；第二压缩机用于氢气的增压，来自第二换热器的常压氢气经第二压缩机加压后输出具有一定压力的氢气给用户，以满足后端用氢设备的压力需求。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动的分布式能源系统，其特征在于：所述太阳能光伏板或太阳能光伏光热一体化模块的电能通过逆变器进行转换处理，转换后的电能一部分电量直接对外输出供用户使用，一部分电量驱动电炉（22）对氨分解膜反应器进行加热，另一部分电量驱动第一压缩机（5）对来自第一蒸发器（12）和第二蒸发器（15）的氨蒸汽进行绝热压缩成为过热氨蒸汽，接着过热氨蒸汽进入冷凝器（6）进行定压放热冷凝为饱和氨溶液，氨溶液进入第一贮氨罐实现循环利用；所述第一贮氨罐的补充氨罐为第二贮氨罐（9），通过调节旋拧阀（8）为第一贮氨罐补充氨溶液以减少共享氨罐的频繁拆装。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动的分布式能源系统，其特征在于：所述第一蒸发器（12）还对能源系统的用户提供冷量，湿氨蒸汽通过节流阀（10）后分别通过第一调节阀（11）和第三调节阀（14），通过判断用户的冷量需求来调节第一调节阀和第三调节阀以实现冷量的灵活调节，如果用户冷量需求大，则调节阀使流经第一调节阀进入第一蒸发器的工质量增加，如果用户冷量需求小，则调节阀使流经第三调节阀进入第二蒸发器的工质量增加；
所述第一蒸发器和第二蒸发器输出的氨蒸汽分别进入用于调节产氢量的第二调节阀（13）和第四调节阀（16），通过判断氢气的需求量来调节第二调节阀和第四调节阀，如果氢气需求量大，则调节阀使流经第四调节阀进入换热器机构的工质量增加，如果氢气需求量小，则调节阀使流经第二调节阀进第一压缩机的工质量增加。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能驱动的分布式能源系统，其特征在于：所述第一换热器（17）、第二换热器（19）用于氨气的升温；第一换热器具有第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，来自第四调节阀（16）的低温氨气从第一进口进入第一换热器（17），来自膨胀机（29）的高温氨分解产物从第二进口进入第一换热器（17），低温氨气与高温氨分解产物在第一换热器内换热后，升温后的氨气从第一出口离开第一换热器（17），进入氨分解膜反应器，降温后的氨分解产物从第二出口离开第一换热器（17），进入第二蒸发器 （15）；
第二换热器具有第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，来自第四调节阀（16）的低温氨气从第一进口进入第二换热器（19），来自无缝不锈钢外管（21）的高温常压氢气从第二进口进入第二换热器（19）；低温氨气与高温氢气在第二换热器内换热后，升温后的氨气从第一出口离开第二换热器（19），进入膜反应器；降温后的氢气从第二出口离开第二换热器（19），进入第二压缩机（20）。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动的分布式能源系统，其特征在于：所述第二蒸发器（15）用于处理氨分解产物，具有第一进口、第二进口、第一出口和第二出口，来自第三调节阀（14）的湿氨蒸汽从第一进口进入第二蒸发器，来自第一换热器（17）的尾气从第二进口进入第二蒸发器，湿氨蒸汽经过蒸发器的定温定压吸热处理后，气化为饱和蒸汽，从第一出口离开第二蒸发器，被冷却的氨分解产物形成尾气从第二出口离开第二蒸发器(15)进入燃烧器（18）。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能驱动的分布式能源系统，其特征在于：所述燃烧器（18）对第二蒸发器（15）的尾气进行燃烧处理，并通过燃烧产生的热量向用户提供热水。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210011259.0A CN114353365B (zh) | 2022-01-06 | 2022-01-06 | 一种太阳能驱动的分布式能源系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210011259.0A CN114353365B (zh) | 2022-01-06 | 2022-01-06 | 一种太阳能驱动的分布式能源系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114353365A CN114353365A (zh) | 2022-04-15 |
| CN114353365B true CN114353365B (zh) | 2023-12-19 |
Family
ID=81107245
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210011259.0A Active CN114353365B (zh) | 2022-01-06 | 2022-01-06 | 一种太阳能驱动的分布式能源系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114353365B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115183211A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-10-14 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 蒸汽供应系统 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007195397A (ja) * | 2006-01-17 | 2007-08-02 | I-Long Wu | 太陽光電力供給システム |
| CN101566406A (zh) * | 2009-05-18 | 2009-10-28 | 李智虎 | 太阳能光伏与光热联产式混合动力热泵 |
| CN203224067U (zh) * | 2013-04-22 | 2013-10-02 | 济南国海能源科技有限公司 | 一种太阳能联合制冷系统 |
| CN103437840A (zh) * | 2013-08-19 | 2013-12-11 | 中国科学技术大学 | 一种渗透增压热功转换循环装置 |
| TW201446321A (zh) * | 2013-04-26 | 2014-12-16 | Japan Pionics | 從氮化鎵系化合物半導體的製造步驟排出之排氣的處理方法 |
| CN108981201A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-12-11 | 浙江工业大学 | 超临界co2太阳能热发电系统的氨基热化学储能反应器 |
| CN110057135A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-07-26 | 湖南科技大学 | 用于冷藏车的太阳能辅助氨吸收/压缩式复合制冷系统 |
| CN210973870U (zh) * | 2019-07-25 | 2020-07-10 | 浙江荣鑫带钢有限公司 | 一种退火制氢阶段高效氨分解热交换装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7313926B2 (en) * | 2005-01-18 | 2008-01-01 | Rexorce Thermionics, Inc. | High efficiency absorption heat pump and methods of use |
| US8272353B2 (en) * | 2008-02-19 | 2012-09-25 | University Of Ontario Institute Of Technology | Apparatus for using ammonia as a sustainable fuel, refrigerant and NOx reduction agent |
-
2022
- 2022-01-06 CN CN202210011259.0A patent/CN114353365B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007195397A (ja) * | 2006-01-17 | 2007-08-02 | I-Long Wu | 太陽光電力供給システム |
| CN101566406A (zh) * | 2009-05-18 | 2009-10-28 | 李智虎 | 太阳能光伏与光热联产式混合动力热泵 |
| CN203224067U (zh) * | 2013-04-22 | 2013-10-02 | 济南国海能源科技有限公司 | 一种太阳能联合制冷系统 |
| TW201446321A (zh) * | 2013-04-26 | 2014-12-16 | Japan Pionics | 從氮化鎵系化合物半導體的製造步驟排出之排氣的處理方法 |
| CN103437840A (zh) * | 2013-08-19 | 2013-12-11 | 中国科学技术大学 | 一种渗透增压热功转换循环装置 |
| CN108981201A (zh) * | 2018-06-13 | 2018-12-11 | 浙江工业大学 | 超临界co2太阳能热发电系统的氨基热化学储能反应器 |
| CN110057135A (zh) * | 2019-04-24 | 2019-07-26 | 湖南科技大学 | 用于冷藏车的太阳能辅助氨吸收/压缩式复合制冷系统 |
| CN210973870U (zh) * | 2019-07-25 | 2020-07-10 | 浙江荣鑫带钢有限公司 | 一种退火制氢阶段高效氨分解热交换装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114353365A (zh) | 2022-04-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102088099B (zh) | 一种固体氧化物燃料电池驱动的冷热电联供循环系统 | |
| CN104806311A (zh) | 新型氨基热化学储能系统 | |
| CN112562879B (zh) | 一种基于核能的能源梯级利用多元供能系统 | |
| CN114353365B (zh) | 一种太阳能驱动的分布式能源系统 | |
| Babu et al. | Thermodynamic analysis of compressor operated resorption thermochemical energy storage system for heat storage, combined cooling and heat upgradation | |
| CN114198173A (zh) | 一种全回热布雷顿循环与吸收式制冷集成的电冷联供系统 | |
| CN114335635B (zh) | 一种可调节的质子交换膜燃料电池热、电、冷联产系统 | |
| CN115900409A (zh) | 一种化学热泵耦合液态空气储能的装置系统及方法 | |
| CN214581867U (zh) | S-co2再压缩布雷顿循环的氨基太阳能利用装置 | |
| CN216384330U (zh) | 一种大热电比的核电机组热电联产系统 | |
| CN113638893B (zh) | 一种带化学提质蓄热的压缩空气储能系统 | |
| CN113653548B (zh) | 一种带化学提质蓄热的多循环耦合联供系统 | |
| CN215176151U (zh) | 一种利用三聚氰胺尿洗塔余热的吸收式制冷系统 | |
| CN117905546A (zh) | 氢能型多能携同联合循环蒸汽动力装置 | |
| CN118242155A (zh) | 氢能型多能携同联合循环蒸汽动力装置 | |
| CN117780470A (zh) | 氢燃料携同光热联合循环动力装置 | |
| CN113251462A (zh) | 布雷顿循环与吸收制冷循环耦合的冷热电联供系统及方法 | |
| CN114017831A (zh) | 一种大热电比的核电机组热电联产系统及其工作方法 | |
| CN113048666A (zh) | 基于s-co2再压缩布雷顿循环的氨基太阳能利用装置 | |
| CN117967420A (zh) | 氢能型多能携同单工质联合循环蒸汽动力装置 | |
| CN117927332A (zh) | 氢能型多能携同单工质联合循环蒸汽动力装置 | |
| CN117905545A (zh) | 氢能型多能携同联合循环蒸汽动力装置 | |
| CN117927333A (zh) | 氢能型多能携同单工质联合循环蒸汽动力装置 | |
| CN118188088A (zh) | 核能型多能携同单工质联合循环蒸汽动力装置 | |
| CN117869242A (zh) | 光热型多能携同联合循环蒸汽动力装置 |
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 |