CN116995794A - 一种耦合氢气制备的光柴储供电系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耦合氢气制备的光柴储供电系统及其运行方法，包括：电力供应单元，以光伏发电为主，同时耦合氢燃料电池、储能电池、柴油发电机组作为三级的备用储能；超临界水制氢单元包括反应器、废液支路、氧气支路、余热回收支路和残液循环支路，用于制备氢气；光柴热利用单元，用于太阳能和柴油发电余热的回收，获得高温高压蒸汽输入超临界水制氢单元中协调有机废液和循环残液的预热；氢气提纯及供气单元，对超临界水制氢单元输出的氢气进行提纯，获得高纯氢气和燃料气。本发明提供的光柴储能供电系统实现系统储能配置分散和高效有序启动，同时兼顾废液处理和氢气、燃料气和蒸汽制备，提高了系统的稳定性和经济性。

Description

一种耦合氢气制备的光柴储供电系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及能源利用供给技术领域，尤其涉及一种耦合氢气制备的光柴储供电系统及其运行方法。

背景技术

光柴储发电系统是太阳能资源丰富地区的重要供能方式，受太阳能波动影响大，需要配备大容量的储能电池保证发电稳定性，但存在能量效率低和高投资问题。此外，单独依靠光伏发电的太阳能利用效率较低，且未被利用的太阳辐射会被电池吸收转化成为热能，如果不能排除，会进一步降低光伏电池的发电效率。此外，单独的光伏发电模式下，由于太阳能的能量密度低及利用效率不高，整体的经济性差。

超临界水(温度大于374℃，压力大于22.1MPa)是一种特殊的反应介质，其在有机废弃物的降解和能源化利用具有广阔前景。在超临界水的环境下，有机物和气体可完全互溶，气液两相的相界面消失，形成均一相体系，反应速度大大加快，在较短的停留时间内，有机物迅速气化产生富氢气体。由于有机物超临界水气化制氢是一个吸热反应，反应物和介质需要预热至超临界温度。为了进一步提高反应效率，物料需要预热至更高温度，而该过程一般需要消耗大量电能，进而造成工艺成本高，效率低，应用推广难。

发明内容

鉴于现有技术的上述不足，本发明提供一种耦合氢气制备的光柴储供电系统及其运行方法，将光柴储发电系统与超临界水制氢单元相结合，有效解决光柴储发电系统利用效率低和经济性差的问题。

第一方面，本发明提供一种耦合氢气制备的光柴储供电系统，包括：

电力供应单元，包括共同连接在供电母线上的光伏发电模块、柴油发电机组、储能电池、氢燃料电池和电力用户，其中所述光伏发电模块设置冷却换热器对光伏电池进行冷却并回收热量，所述柴油发电机组内设置缸套冷却水余热回收装置；

超临界水制氢单元，包括反应器、废液支路、氧气支路、余热回收支路和残液循环支路，其中：

所述反应器用于实现有机废液的超临界水气化处理，输出气化反应产物，所述废液支路用于有机废液的预处理并向所述反应器提供预处理后的有机废液，所述氧气支路向所述反应器提供反应所需的氧气，所述余热回收支路处理所述反应器输出的气化反应产物，获得富氢气体和残液，所述残液循环支路处理所述余热回收支路输出的残液获得循环残液注入所述反应器，所述循环残液与氧气在所述反应器内进一步发生超临界水氧化反应，形成热液火焰；

光柴热利用单元，所述光柴热利用单元连接所述光伏发电模块和柴油发电机组，用于太阳能和柴油发电余热的回收，获得高温高压蒸汽输入所述超临界水制氢单元中协调有机废液和循环残液的预热；

氢气提纯及供气单元，所述氢气提纯及供气单元连接所述超临界水制氢单元，对所述超临界水制氢单元输出的富氢气体进行提纯，获得高纯氢气和燃料气。

作为优选的，所述反应器包括依次连接的顶部圆形端盖、上部圆柱外壳、下部圆锥外壳和底部圆形端盖，所述上部圆柱外壳内部同轴设置圆柱内壳，所述圆柱内壳的上边缘与所述顶部圆形端盖连接，所述圆柱内壳的下边缘高于上部圆柱外壳的下边缘，所述圆柱内壳内部为气化反应区，所述圆柱内壳与所述上部圆柱外壳间的环隙为废液预热区，所述顶部圆形端盖中心设置所述气化反应区的气化反应产物出口，所述废液预热区与顶部圆形端盖的交汇圆环处设置废液注入口，所述上部圆柱外壳外部同轴设置加热外壳套，与所述上部圆柱外壳构成加热流体的密闭流动空间，所述加热外壳套与上部圆柱外壳形成的上圆环处设置加热流体入口，所述加热外壳套与上部圆柱外壳形成的下圆环处设置加热流体出口，所述底部圆形端盖上同轴设置同轴喷嘴，所述同轴喷嘴由内管和外管组成，所述外管上设置氧气注入口，所述内管上设置循环残液注入口，所述同轴喷嘴出口伸入所述下部圆锥外壳的内部空间，所述同轴喷嘴出口位置不超过所述上部圆柱外壳的下边缘，所述下部圆锥外壳内部设置第一温度信号装置，所述底部圆形端盖还设置盐渣出口。

作为优选的，所述废液支路包括废液罐、废液增压泵和第一预热器，所述废液罐中的有机废液经所述废液增压泵增压至23MPa以上，再经所述第一预热器进行预热从所述废液注入口进入所述反应器。

作为优选的，所述氧气支路包括氧气罐、氧气增压泵，所述氧气罐中的氧气经所述氧气增压泵增压至23MPa以上，从所述氧气注入口注入所述反应器。

作为优选的，所述余热回收支路包括降压阀、高压气液分离器、冷却器、背压阀和常压气液分离器，所述气化反应产物出口输出的气化反应产物进入所述第一预热器对废液进行初步预热，所述气化反应产物温度初步冷却至350℃以下，再经降压阀降压至10-20MPa后进入所述高压气液分离器分离获得残液和高温富氢气体，所述高温富氢气体经所述冷却器冷却后通过所述背压阀降压至常压，再输入所述常压气液分离器进行分离，获得富氢气体和排放液。

作为优选的，所述残液循环支路包括循环泵、喷射器、第二预热器、电加热器和第二温度信号装置，所述高压气液分离器输出的残液经所述循环泵增压至23MPa以上，再经所述喷射器混合调压，然后通过所述第二预热器预热和所述电加热器加热后从所述残液注入口注入所述反应器，所述电加热器出口设置第二温度信号装置，所述温度信号装置连接所述循环泵，用于控制残液预热温度和所述循环泵的出口压力。

作为优选的，所述光柴热利用单元包括太阳能聚光器、分频器、集热器、冷却水罐、冷却水泵、烟气回收换热器和第三温度信号装置，其中：

太阳光经所述太阳能聚光器高倍聚集，通过所述分频器进行光谱分频，能被光伏电池高效利用的太阳光进入光伏发电模块进行发电，其余的太阳光进入所述集热器回收；

所述冷却水罐中的冷却水经所述冷却水泵增压至23MPa以上，再进入冷却换热器对所述光伏发电模块进行冷却，然后进入所述集热器进行快速升温；

经过所述集热器进行快速升温后的冷却水后续进入所述柴油发电机组的缸套冷却水余热回收装置，回收缸套冷却水余热，再进入所述烟气回收换热器，回收柴油发电机组排烟的高温余热并形成高温高压蒸汽；

所述烟气回收换热器的出口处设置所述第三温度信号装置，所述第三温度信号装置连接所述冷却水泵，用于控制冷却水泵的流量。

作为优选的，所述光柴热利用单元输出的高温高压蒸汽从所述加热流体入口进入所述反应器，对所述废液预热区中的废液进行协调预热，再从所述加热流体出口流出进入所述第二预热器对循环残液进行预热，最后经调压阀调压形成工业蒸汽输出。

作为优选的，所述氢气提纯及供气单元包括提纯装置、储氢罐、燃料气罐和截止阀，从所述常压气液分离器输出的富氢气体经所述提纯装置提纯形成高纯氢气和燃料气，所述燃料气进入所述燃料气罐，所述燃料气罐经截止阀与所述喷射器连接，所述燃料气用于补充循环残液中的有机物浓度，所述高纯氢气进入所述储氢罐，后续供给所述氢燃料电池。

第二方面，本发明提供一种如本发明第一方面所述的耦合氢气制备的光柴储供电系统的运行方法，所述运行方法包括：

在系统运行初期，供电系统主要由光伏发电模块发电进行供电，氢燃料电池结合储氢罐作为第一级备用电源，储能电池作为第二级备用电源，柴油发电机组作为第三级备用电源；

当所述光伏发电模块产生的电力可以满足用电用户并具有富余电力时，截止阀关闭，富余电力驱动所述超临界水制氢单元的电加热器，通过提升循环残液的温度保证反应器内的热液火焰形成，实现有机废液降解和气化，产生氢气、燃气、蒸汽进行存储和输出，此时，柴油发电机组处于关闭状态，光柴热利用单元中第三温度信号装置控制冷却水的流量对所述光伏发电模块进行冷却并吸收集热器的热量形成高温高压蒸汽，进入所述反应器对有机废液进行协同预热，加速气化反应进程；

当光伏发电模块产生的电力不足以满足用电用户时，启动第一级备用电源，所述截止阀打开，所述电加热器处于备用状态，通过第二温度信号装置控制循环泵的出口压力与氧气增压泵的出口压力高2-5MPa，燃料气通过喷射器与循环残液混合实现增压，并补充循环残液的有机浓度在所述反应器内形成热液火焰，此时系统通过光伏发电模块和氢燃料电池进行供给，系统同时产生氢气、燃料气和蒸汽；

当光伏发电模块产生的电力持续降低，且第一级备用电源不足以满足用电用户时，启动第二级备用电源，所述截止阀打开，所述电加热器处于备用状态，通过第二温度信号装置控制循环泵的出口压力与氧气增压泵的出口压力高2-5MPa，燃料气通过喷射器与循环残液混合实现增压，并补充循环残液的有机浓度在所述反应器内形成热液火焰，此时系统通过光伏发电模块、氢燃料电池和储能电池进行供给，系统同时产生氢气、燃料气和蒸汽；

当光伏发电模块产生的电力进一步降低，且第一级备用电源和第二级备用电源都不足以满足用电用户时，启动第三级备用电源，所述截止阀打开，通过柴油发电机组的余热产生高温高压蒸汽。

本发明提供的光柴储能供电系统通过光伏发电为主，同时耦合氢燃料电池、储能电池和柴油发电机组作为三级的储能，系统通过太阳能分频装置，同时实现全频谱的热电高效利用，形成电力和高温高压蒸汽，降低了供电系统的储能投入，提高了稳定性。在光伏电力富余时，驱动超临界水制氢单元进行废液处理，产生氢气、燃气和蒸汽，而当太阳能不足时，依据用电负荷大小，依次启动氢燃料电池、储能电池和柴油发电机组，实现系统储能配置分散和高效有序启动，同时兼顾废物处理和氢气、燃料气和蒸汽制备。通过独特的分区反应器设计实现物料的高效预热及强化气化，在反应器内形成热液火焰，加速废液的高效预热，同时反应器结合光柴热利用单元的高温蒸汽，对热液火焰温度和气化温度进行补充，可提高气化温度和废液处理量，从而提高废液的气化效率和产氢效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本发明实施例提供的耦合氢气制备的光柴储供电系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的耦合氢气制备的光柴储供电系统中反应器的结构示意图；

其中，图1和图2中附图标记与部件之间的对应关系为：

1.反应器；2.截止阀；3.降压阀；4.第一预热器；5.废液增压泵；6.废液罐；7.燃料气罐；8.储能电池；9.氢燃料电池；10.储氢罐；11.提纯装置；12.常压气液分离器；13.背压阀；14.冷却器；15.冷却水罐；16.冷却水泵；17.光伏发电模块；18.分频器；19.太阳能聚光器；20.用电用户；21.供电母线；22.集热器；23.冷却换热器；24.烟气回收换热器；25.缸套冷却水余热回收装置；26.柴油发电机组；27.第三温度信号装置；28.高压气液分离器；29.调压阀；30.循环泵；31.喷射器；32.第二温度信号装置；33.第二预热器；34.电加热器；35.氧气增压泵；36.氧气罐；101.顶部圆形端盖；102.气化反应产物出口；103.废液注入口；104.上部圆柱外壳；105.圆柱内壳；106.下部圆锥外壳；107.底部圆形端盖；108.外管；109.内管；110.循环残液注入口；111.氧气注入口；112.灰渣排出口；113.加热流体出口；114.第一温度信号装置；115.加热外壳；116.加热流体入口。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，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。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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列部件或单元的系统、产品或设备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本发明实施例提供一种耦合氢气制备的光柴储供电系统及其运行方法，将光柴储发电系统与超临界水制氢单元相结合，有效解决光柴储发电系统利用效率低和经济性差的问题。图1为本发明实施例提供的耦合氢气制备的光柴储供电系统结构示意图，该系统包括：电力供应单元、超临界水制氢单元、光柴热利用单元和氢气提纯及供气单元，其中：

电力供应单元，包括共同连接在供电母线21上的光伏发电模块17、柴油发电机组26、储能电池8、氢燃料电池9和电力用户20，其中光伏发电模块17设置冷却换热器23对光伏电池进行冷却并回收热量，柴油发电机组26内设置缸套冷却水余热回收装置25。电力供应单元通过光伏发电为主，同时耦合氢燃料电池、储能电池、柴油发电机组作为三级的储能，避免储能电池配置过大、成本高昂。

超临界水制氢单元包括反应器1、废液支路、氧气支路、余热回收支路和残液循环支路，图2为本发明实施例提供的耦合储氢储水的多能互补供电系统中反应器的结构示意图，该反应器1包括：

依次连接的顶部圆形端盖101、上部圆柱外壳104、下部圆锥外壳106和底部圆形端盖107，其中上部圆柱外壳104内同轴设置圆柱内壳105，圆柱内壳105的上边缘与顶部圆形端盖101连接，圆柱内壳105的下边缘高于上部圆柱外壳104的下边缘。圆柱内壳105内部为气化反应区，圆柱内壳105和上部圆柱外壳104间的环隙为废液预热区，顶部圆形端盖101中心设置气化反应区的气化反应产物出口102，圆柱内壳105和上部圆柱外壳104间的环隙与顶部圆形端盖101交汇圆环设置废液注入口103。上部圆柱外壳104外部同轴设置加热外壳套115，与上部圆柱外壳104构成加热流体的密闭流动空间，加热外壳套115与上部圆柱外壳104形成的上圆环处设置加热流体入口116，加热外壳套115与上部圆柱外壳104形成的下圆环处设置加热流体出口113。底部圆形端盖107上同轴设置同轴喷嘴，同轴喷嘴由外管108和内管109组成，外管108上设置氧气注入口111，内管109上设置循环残液注入口110，同轴喷嘴出口深入下部圆锥外壳106的内部空间，其高端低于上部圆柱外壳104的下边缘。底部圆形端盖107与同轴喷嘴交汇的外环上设置盐渣出口108。下部圆锥外壳106内部设置第一温度信号装置114，用于监控热液火焰核心区的温度，该第一温度信号装置114还连接废液增压泵5，用于控制废液增压泵5的废液流量。

废液支路用于有机废液的预处理并向反应器1提供预处理后的有机废液，包括废液罐6、废液增压泵5和第一预热器4，废液罐6中的有机废液罐经废液增压泵5增压至23MPa以上，经第一预热器4预热后从废液注入口103进入反应器1。

氧气支路用于向反应器1中提供氧气，包括氧气罐36和氧气增压泵35，氧气罐36的氧气经氧气增压泵35增压至23MPa以上，从同轴喷嘴外管108的氧气注入口111注入反应器1中。

余热回收支路用于对反应器1输出的气化反应产物进行处理获得富氢气体和残液，包括降压阀3、高压气液分离器28、冷却器14、背压阀13和常压气液分离器12，气化反应产物从气化反应产物出口102输入第一预热器5对废液进行初步预热，自身温度初步冷却至350℃以下，经降压阀3降压至10-20MPa后进入高压气液分离器28分离获得残液和高温富氢气体。高温富氢气体进入冷却器14进行冷却后经背压阀13降压至常压，进入常压气液分离器12分离获得富氢气体和排放液。

残液循环支路处理余热回收支路输出的残液获得循环残液注入反应器，包括循环泵30、喷射器31、第二预热器33、电加热器34和第二温度信号装置32，高压气液分离器28输出的残液经循环泵30增压至23MPa以上，再经喷射器31混合调压后输入第二预热器33预热以及电加热器29加热，然后从循环残液注入口110注入反应器1。该电加热器29出口设置第二温度信号装置32连接循环泵30，用于控制循环残液预热温度和循环泵30的出口压力。

氧气支路输出的氧气和循环残液在下部圆锥外壳106的内部空间发生剧烈超临界水氧化反应，形成热液火焰，实现残液高效彻底降解，高温低密度的气流向上运动。废液在圆柱内壳105和上部圆柱外壳104间的环隙逐步向下流动进行预热(接近或大于374℃)，在下部锥形空间经热液火焰进一步快速预热，经热液火焰充分预热的废液逆流向上，在圆柱内壳105内充分气化，形成富氢气体，从反应器1的气化反应产物出口102排出。不反应的灰渣在重力作用下从灰渣排出口112排出。

光柴热利用单元，该光柴热利用单元连接光伏发电模块17和柴油发电机组26，用于太阳能和柴油发电余热的回收，获得高温高压蒸汽输入超临界水制氢单元中协调有机废液和循环残液的预热。

该光柴利用系统包括太阳能聚光器19、分频器18、集热器22、冷却水罐15、冷却水泵16、烟气回收换热器24和第三温度信号装置27，其中：太阳光经聚光器19高倍聚集，经分频器18进行光谱分频，能被光伏电池高效利用的太阳光进入光伏发电组件17进行发电，其余的太阳光进入集热器22回收。冷却水罐15中的冷却水经冷却水泵16增压至23MPa以上，进入冷却换热器23，对光伏发电模块17进行冷却，后续进入集热器22进行快速升温。冷却水后续可进入柴油发电机组的冷却水余热回收装置25，回收缸套冷却水余热，再进入烟气回收换热器24，回收柴油发电机组26排烟的高温余热同时输出高温高压蒸汽。烟气回收换热器24的出口处设置第三温度信号装置27，该第三温度信号装置27连接冷却水泵16，用于控制冷却水泵16的流量。该第三温度信号装置27的控制的温度优选为500-550℃。

光柴热利用单元输出的高温高压蒸汽从反应器1的加热流体入口116进入，对废液进行协调预热，后续从加热流体出口113流出，再进入第二预热器33对循环残液进行预热，最后经调压阀29调压形成工业蒸汽输出。

氢气提纯及供应系统包括提纯装置11、储氢罐10、燃料气罐7和截止阀2，从常压气液分离器12流出的富氢气体经提纯装置11提纯，形成高纯氢气和燃料气，该提纯装置11包括变压吸附装置、膜分离装置和化学吸收装置的一种或多种。燃料气进入燃料气罐7，一部分供给用户，另一部燃料气经截止阀2与喷射器31连接，用于补充循环残液中的有机物浓度。高纯氢气进入储氢罐10，后续供给氢燃料电池9。

在本发明实施例的另一方面，还提供一种上述实施例中耦合氢气制备的光柴储供电系统的运行方法，该方法包括：

在系统运行初期，供电系统主要由光伏发电模块17发电进行供电，氢燃料电池9结合储氢罐10作为第一级备用电源，储能电池8作为第二级备用电源，柴油发电机组26作为第三级备用电源；

当所述光伏发电模块17产生的电力可以满足用电用户并具有富余电力时，截止阀2关闭，富余电力驱动所述超临界水制氢单元的电加热器34，通过提升循环残液的温度保证反应器1内的热液火焰形成，实现有机废液降解和气化，产生氢气、燃气、蒸汽进行存储和输出，此时，柴油发电机组26处于关闭状态，光柴热利用单元中第三温度信号装置27控制冷却水的流量对光伏发电模块17进行冷却并吸收集热器22的热量形成高温高压蒸汽，进入反应器1对有机废液进行协同预热，加速气化反应进程。同时，第一温度信号装置114控制废液增压泵增大废液流量，实现废物处理和产氢量提升。

当光伏发电模块17产生的电力不足以满足用电用户时，启动第一级备用电源，所述截止阀2打开，所述电加热器34处于备用状态，通过第二温度信号装置32控制循环泵30的出口压力比氧气增压泵35的出口压力高2-5MPa，燃料气通过喷射器31与循环残液混合实现增压，并补充循环残液的有机浓度在反应器1内形成热液火焰，此时系统通过光伏发电模块17和氢燃料电池9进行供电，系统同时产生氢气、燃料气和蒸汽。同时，第一温度信号装置114控制废液增压泵5降低废液流量。

当光伏发电模块17产生的电力持续降低，且第一级备用电源不足以满足用电用户时，启动第二级备用电源，截止阀2打开，电加热器34处于备用状态，通过第二温度信号装置32控制循环泵30的出口压力比氧气增压泵35的出口压力高2-5MPa，燃料气通过喷射器31与循环残液混合实现增压，并补充循环残液的有机浓度在反应器1内形成热液火焰，此时系统通过光伏发电模块17、氢燃料电池9和储能电池8进行供给，系统同时产生氢气、燃料气和蒸汽。同时，第一温度信号装置114控制废液增压泵5进一步降低废液流量。

当光伏发电模块17产生的电力进一步降低，且第一级备用电源和第二级备用电源都不足以满足用电用户时，启动第三级备用电源，截止阀2打开，通过柴油发电机组26的余热产生高温高压蒸汽。同时，第一温度信号装置114控制废液增压泵5再次降低废液流量。

综上所述，本发明提供的光柴储能供电系统通过光伏发电为主，同时耦合氢燃料电池、储能电池和柴油发电机组作为三级的储能，系统通过太阳能分频装置，同时实现全频谱的热电高效利用，形成电力和高温高压蒸汽，降低了供电系统的储能投入，提高了稳定性。在光伏电力富余时，驱动超临界水制氢单元进行废液处理，产生氢气、燃气和蒸汽，而当太阳能不足时，依据用电负荷大小，依次启动氢燃料电池、储能电池和柴油发电机组，实现系统储能配置分散和高效有序启动，同时兼顾废物处理和氢气、燃料气和蒸汽制备。通过独特的分区反应器设计实现物料的高效预热及强化气化，在反应器内形成热液火焰，加速废液的高效预热，同时反应器结合光柴热利用单元的高温蒸汽，对热液火焰温度和气化温度进行补充，可提高气化温度和废液处理量，从而提高废液的气化效率和产氢效率。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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 (10)

1.一种耦合氢气制备的光柴储供电系统，其特征在于，所述系统包括：

电力供应单元，包括共同连接在供电母线上的光伏发电模块、柴油发电机组、储能电池、氢燃料电池和电力用户，其中所述光伏发电模块设置冷却换热器对光伏电池进行冷却并回收热量，所述柴油发电机组内设置缸套冷却水余热回收装置；

超临界水制氢单元，包括反应器、废液支路、氧气支路、余热回收支路和残液循环支路，其中：

所述反应器用于实现有机废液的超临界水气化处理，输出气化反应产物，所述废液支路用于有机废液的预处理并向所述反应器提供预处理后的有机废液，所述氧气支路向所述反应器提供反应所需的氧气，所述余热回收支路处理所述反应器输出的气化反应产物，获得富氢气体和残液，所述残液循环支路处理所述余热回收支路输出的残液，获得循环残液注入所述反应器，所述循环残液与氧气在所述反应器内进一步发生超临界水氧化反应，形成热液火焰；

光柴热利用单元，所述光柴热利用单元连接所述光伏发电模块和柴油发电机组，用于太阳能和柴油发电余热的回收，获得高温高压蒸汽输入所述超临界水制氢单元中协调有机废液和循环残液的预热；

氢气提纯及供气单元，所述氢气提纯及供气单元连接所述超临界水制氢单元，对所述超临界水制氢单元输出的富氢气体进行提纯，获得高纯氢气和燃料气。

2.根据权利要求1所述的耦合氢气制备的光柴储供电系统，其特征在于，所述反应器包括依次连接的顶部圆形端盖、上部圆柱外壳、下部圆锥外壳和底部圆形端盖，所述上部圆柱外壳内部同轴设置圆柱内壳，所述圆柱内壳的上边缘与所述顶部圆形端盖连接，所述圆柱内壳的下边缘高于上部圆柱外壳的下边缘，所述圆柱内壳内部为气化反应区，所述圆柱内壳与所述上部圆柱外壳间的环隙为废液预热区，所述顶部圆形端盖中心设置所述气化反应区的气化反应产物出口，所述废液预热区与顶部圆形端盖的交汇圆环处设置废液注入口，所述上部圆柱外壳外部同轴设置加热外壳套，与所述上部圆柱外壳构成加热流体的密闭流动空间，所述加热外壳套与上部圆柱外壳形成的上圆环处设置加热流体入口，所述加热外壳套与上部圆柱外壳形成的下圆环处设置加热流体出口，所述底部圆形端盖上同轴设置同轴喷嘴，所述同轴喷嘴由内管和外管组成，所述外管上设置氧气注入口，所述内管上设置循环残液注入口，所述同轴喷嘴出口伸入所述下部圆锥外壳的内部空间，所述同轴喷嘴出口位置不超过所述上部圆柱外壳的下边缘，所述下部圆锥外壳内部设置第一温度信号装置，所述底部圆形端盖还设置盐渣出口。

3.根据权利要求2所述的耦合氢气制备的光柴储供电系统，其特征在于，所述废液支路包括废液罐、废液增压泵和第一预热器，所述废液罐中的有机废液经所述废液增压泵增压至23MPa以上，再经所述第一预热器进行预热从所述废液注入口进入所述反应器。

4.根据权利要求3所述的耦合氢气制备的光柴储供电系统，其特征在于，所述氧气支路包括氧气罐、氧气增压泵，所述氧气罐中的氧气经所述氧气增压泵增压至23MPa以上，从所述氧气注入口注入所述反应器。

5.根据权利要求4所述的耦合氢气制备的光柴储供电系统，其特征在于，所述余热回收支路包括降压阀、高压气液分离器、冷却器、背压阀和常压气液分离器，所述气化反应产物出口输出的气化反应产物进入所述第一预热器对废液进行初步预热，所述气化反应产物温度初步冷却至350℃以下，再经降压阀降压至10-20MPa后进入所述高压气液分离器分离获得残液和高温富氢气体，所述高温富氢气体经所述冷却器冷却后通过所述背压阀降压至常压，再输入所述常压气液分离器进行分离，获得富氢气体和排放液。

6.根据权利要求5所述的耦合氢气制备的光柴储供电系统，其特征在于，所述残液循环支路包括循环泵、喷射器、第二预热器、电加热器和第二温度信号装置，所述高压气液分离器输出的残液经所述循环泵增压至23MPa以上，再经所述喷射器混合调压，然后通过所述第二预热器预热和所述电加热器加热后从所述残液注入口注入所述反应器，所述电加热器出口设置第二温度信号装置，所述温度信号装置连接所述循环泵，用于控制残液预热温度和所述循环泵的出口压力。

7.根据权利要求6所述的耦合氢气制备的光柴储供电系统，其特征在于，所述光柴热利用单元包括太阳能聚光器、分频器、集热器、冷却水罐、冷却水泵、烟气回收换热器和第三温度信号装置，其中：

太阳光经所述太阳能聚光器高倍聚集，通过所述分频器进行光谱分频，能被光伏电池高效利用的太阳光进入光伏发电模块进行发电，其余的太阳光进入所述集热器回收；

所述冷却水罐中的冷却水经所述冷却水泵增压至23MPa以上，再进入冷却换热器对所述光伏发电模块进行冷却，然后进入所述集热器进行快速升温；

经过所述集热器进行快速升温后的冷却水后续进入所述柴油发电机组的缸套冷却水余热回收装置，回收缸套冷却水余热，再进入所述烟气回收换热器，回收柴油发电机组排烟的高温余热并形成高温高压蒸汽；

所述烟气回收换热器的出口处设置所述第三温度信号装置，所述第三温度信号装置连接所述冷却水泵，用于控制冷却水泵的流量。

8.根据权利要求7所述的耦合氢气制备的光柴储供电系统，其特征在于，所述光柴热利用单元输出的高温高压蒸汽从所述加热流体入口进入所述反应器，对所述废液预热区中的废液进行协调预热，再从所述加热流体出口流出进入所述第二预热器对循环残液进行预热，最后经调压阀调压形成工业蒸汽输出。

9.根据权利要求8所述的耦合氢气制备的光柴储供电系统，其特征在于，所述氢气提纯及供气单元包括提纯装置、储氢罐、燃料气罐和截止阀，从所述常压气液分离器输出的富氢气体经所述提纯装置提纯形成高纯氢气和燃料气，所述燃料气进入所述燃料气罐，所述燃料气罐经截止阀与所述喷射器连接，所述燃料气用于补充循环残液中的有机物浓度，所述高纯氢气进入所述储氢罐，后续供给所述氢燃料电池。

10.一种权利要求1至9中任一项所述的耦合氢气制备的光柴储供电系统的运行方法，其特征在于，所述运行方法包括：

系统运行初期，供电系统主要由光伏发电模块发电进行供电，氢燃料电池结合储氢罐作为第一级备用电源，储能电池作为第二级备用电源，柴油发电机组作为第三级备用电源；

当所述光伏发电模块产生的电力可以满足用电用户并具有富余电力时，截止阀关闭，富余电力驱动所述超临界水制氢单元的电加热器，通过提升循环残液的温度保证反应器内的热液火焰形成，实现有机废液降解和气化，产生氢气、燃气、蒸汽进行存储和输出，此时，柴油发电机组处于关闭状态，光柴热利用单元中第三温度信号装置控制冷却水的流量对所述光伏发电模块进行冷却并吸收集热器的热量形成高温高压蒸汽，进入所述反应器对有机废液进行协同预热，加速气化反应进程；

当光伏发电模块产生的电力不足以满足用电用户时，启动第一级备用电源，所述截止阀打开，所述电加热器处于备用状态，通过第二温度信号装置控制循环泵的出口压力与氧气增压泵的出口压力高2-5MPa，燃料气通过喷射器与循环残液混合实现增压，并补充循环残液的有机浓度在所述反应器内形成热液火焰，此时系统通过光伏发电模块和氢燃料电池进行供给，系统同时产生氢气、燃料气和蒸汽；

当光伏发电模块产生的电力持续降低，且第一级备用电源不足以满足用电用户时，启动第二级备用电源，所述截止阀打开，所述电加热器处于备用状态，通过第二温度信号装置控制循环泵的出口压力与氧气增压泵的出口压力高2-5MPa，燃料气通过喷射器与循环残液混合实现增压，并补充循环残液的有机浓度在所述反应器内形成热液火焰，此时系统通过光伏发电模块、氢燃料电池和储能电池进行供给，系统同时产生氢气、燃料气和蒸汽；

当光伏发电模块产生的电力进一步降低，且第一级备用电源和第二级备用电源都不足以满足用电用户时，启动第三级备用电源，所述截止阀打开，通过柴油发电机组的余热产生高温高压蒸汽。