CN117375103A - 一种氢电融合能源总成装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢电融合能源总成装置，包括：供电系统、制氢循环系统、过滤增压系统、储氢装置以及发电系统；供电系统用于为制氢循环系统提供电能；制氢循环系统用于制备氢气和氧气，制氢循环系统可接受供电系统和/或电网提供的电能；过滤增压系统用于分离并且输出氢气与氧气；储氢装置用于收集过滤增压系统提供的氢气；发电系统用于产生电能，发电系统的输出端分别设有储电装置以及逆变器，发电系统所提供的电能进入储电装置和/或通过逆变器并入电网，能够根据需要实现氢能与电能的互相转化，提高能源的利用率，将驱动制氢循环系统的方式设置为供电系统供电和/或电网供电，进一步提升本发明应用场景，本发明属于氢电能源领域。

Description

一种氢电融合能源总成装置

技术领域

本发明属于氢电能源领域，更具体而言，涉及一种氢电融合能源总成装置。

背景技术

在石油等不可再生能源日益枯竭的背景下，能源消费观念正在向绿色环保可持续发展的方向转变。可再生能源因其可再生性、环保性、能源安全性等特点，成为应对气候变化和能源转型的重要选择。随着技术的进步和相关政策的支持，可再生能源在世界范围内得到了广泛的推广和应用。

氢能作为一种常见的可再生资源，具有高能量热值密度且排放无污染的特点，有助于改善大气环境，减少导致污染的温室效应，因此被认为是主导未来能源消费结构的可再生能源之一，具有巨大的潜力和广泛的应用前景。

能源储存一直是可再生能源领域的重要挑战之一。随着可再生能源的快速发展，迫切需要高效可靠的储能解决方案来应对能源产生和消耗之间的不平衡性。

在这个背景下，氢能电能联合储能技术成为了备受关注的热门话题。氢能电能联合储能技术将氢能与电能储存相结合，开创了一种新的储能方式，旨在解决可再生能源的长期储存和高功率输出的难题。通过电能和氢能的相互转化，并将其储存在锂电池和氢气瓶中，可以实现大规模、高密度的能量储存，并能够长时间地供应电力需求。

其中中国专利CN115751767A公开了一种多系统耦合的热电水联供系统及方法，包括太阳能系统、水电解槽系统、燃料电池系统、热泵系统和膜蒸馏系统；原理是利用太阳能系统和燃料电池系统提供电能和热能；水电解槽系统利用太阳能系统提供的电能制取氢气，提供给燃料电池系统；膜蒸馆系统的料液处理水利用太阳能系统和燃料电池系统的热量制取可饮用淡水；实现了提供电能、可饮用淡水、生活热水以及储能的目的。该专利在太阳辐射不足时利用太阳能与燃料电池系统共同给用户提供电能，为膜蒸馏系统热能。但在特殊情况下，如太阳辐射不足且用户无需过多的电能又需要膜蒸馏系统工作时，燃料电池系统工作所产生附加的电能无法被消纳而造成浪费，降低了能源的利用率。

中国专利CN219204104U公开了一种电、氢、热一体多功能应用系统，原理是在利用光伏发电系统、制氢系统和燃料电池系统结合，形成一种制氢，加氢，储能，光伏发电，充电，燃料电池发电，供暖供热等多功能一体化建站的系统。但该专利的应用范围限制于制氢站，加氢站，充电站等能源站中，适用面不够广，不适用于工业园区，商超等其他场所使用。

中国专利CN108313981 B公开了一种太阳能氢电甲醇联产储能系统及其使用方法，实现了太阳能氢能化学能的联合储能，该系统对于能量转化时产生的热量部分进行了再次利用，但其多余的热量造成了流失，存在能源浪费问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种能够适应多场景使用、且能够进一步提高能源利用率的氢电融合能源总成装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种氢电融合能源总成装置，包括：供电系统、制氢循环系统、过滤增压系统、储氢装置以及发电系统；所述供电系统用于为制氢循环系统提供电能；所述制氢循环系统用于制备氢气和氧气，所述制氢循环系统可接受所述供电系统和/或电网提供的电能；所述过滤增压系统输入端与所述制氢循环系统输出端连接，所述过滤增压系统用于分离并且输出氢气与氧气；所述储氢装置用于收集所述过滤增压系统提供的氢气，所述储氢装置可对所述发电系统输出氢气；所述发电系统可根据所述储氢装置所提供的氢气耦合产生电能，所述发电系统的输出端分别设有储电装置以及逆变器，所述发电系统所提供的电能可进入所述储电装置和/或通过所述逆变器并入电网，所述储电装置可根据需要对所述发电系统进行供电进而产生氢气存储于所述储氢装置中。

本发明的一个特定实施例中，所述供电系统包括光伏发电设备，所述供电系统的输出端与所述制氢循环系统连接。

本发明的一个特定实施例中，所述制氢循环系统包括制氢机、冷水机以及储水装置，所述储水装置用于为所述制氢机提供纯水，所述制氢机内部设有电解槽，所述电解槽用于容置纯水，所述冷水机用于为所述制氢机降温。

本发明的一个特定实施例中，所述储水装置包括纯水机以及储水罐，所述纯水机用于提纯供给水源，所述纯水机的输出端与所述储水罐连接，所述储水罐的输出端与所述制氢机连接，所述制氢机一端还设有排水口。

本发明的一个特定实施例中，所述过滤增压系统包括过滤净化器和增压机，所述增压机输入端与所述过滤净化器的输出端连接，所述增压机的输出端与所述储氢装置连接，所述增压机上还设有安全泄压阀门。

本发明的一个特定实施例中，所述储氢装置的输出端与所述发电系统连接，所述储氢装置与所述过滤增压系统之间设有氢气单向阀，所述储氢装置外侧设有储氧装置，所述储氧装置用于收集所述过滤增压系统提供的氧气，所述储氧装置与所述过滤增压系统之间设有氧气单向阀。

本发明的一个特定实施例中，所述储氢装置的输出端还设有减压阀，所述储氧装置的输出端设有若干耗氧设备。

本发明的一个特定实施例中，所述发电系统包括燃料电池发电装置，所述发电系统的一侧设有排放部。

本发明的一个特定实施例中，所述发电系统外还设有供热系统，所述供热系统用于储存以及输出所述发电系统在工作时所产生的热量。

本发明的一个特定实施例中，所述储电装置用于储存或释放所述发电系统所产生的电能。

本发明上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：

本发明将驱动制氢循环系统的方式设置为供电系统供电和/或电网供电，进一步丰富了本发明的应用场景，通过设置过滤增压系统来分离制氢循环系统所产生的氢气与氧气，并且进一步的输出氢气与氧气，通过储氢装置来收集过滤增压系统所提供的氢气，进而能够对发电系统输出氢气，从而保证发电系统的持续工作，通过在发电系统的输出端分别设置储电装置以及逆变器，使得发电系统所提供的电能可进入储电装置和/或通过逆变器并入电网，从而在需要长时间储存能源时，可通过储电装置对发电系统供电，进而将电能转化成氢能储存，在电网供电不稳定或需求超过储电装置容量时，进一步的通过储氢装置释放氢气，并将氢气经过发电系统转换为电能，从而能够提供额外的能量补充，进而提高了能源的利用率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1是本发明一个实施例的整体结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号自始至终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方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指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发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

此外，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”以及“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接或活动连接，也可以是可拆卸连接或不可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；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、间接连通或两个元件的相互作用关系。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同方案。

参照图1所示，一种氢电融合能源总成装置，包括：供电系统1、制氢循环系统2、过滤增压系统3、储氢装置4以及发电系统5，本氢电融合能源总成装置适用于储能总量1-50MWh，储氢量30-1500kg，功率10-1000KW，储电量30-1000kWh的产业园、商超、楼宇等各种场景，可以根据用户的使用需求输出电能、氢气、热能或氧气，也可以根据不同场景的需求进行灵活布置和使用，使得本氢电融合能源总成装置可以在不同环境中进行部署和应用，从而提供定制化的能源解决方案。

本发明的一个实施例中，供电系统1用于为制氢循环系统2提供电能；供电系统1包括光伏发电设备11，供电系统1的输出端与制氢循环系统2连接，当光伏发电设备11受到光照辐射时，太阳能转化为电能，为制氢机21供电，同时制氢机21也受电网的直接供电。

本发明的一个实施例中，制氢循环系统2用于制备氢气和氧气，制氢循环系统2可接受供电系统1和/或电网提供的电能，制氢循环系统2包括制氢机21、冷水机22以及储水装置23，储水装置23用于为制氢机21提供纯水，在制氢机21工作过程中，散发的热量由冷水机22提供的低温冷却水通过内置管道流入带回，形成一个冷却循环为制氢机21降温。

本发明的一个实施例中，储水装置23包括纯水机231以及储水罐232，纯水机231用于提纯供给水源，纯水机231的输出端与储水罐232连接，储水罐232的输出端与制氢机21连接，制氢机21的一端还设有排水口24，自来水经纯水机231提纯后进入储水罐232中储存起来备用，当制氢机21开始工作时，被提纯后的水由储水罐232进入制氢机21内部的电解槽，电解槽用于容置纯水，进而纯水被电解成氢气和氧气。

本发明的一个实施例中，过滤增压系统3用于分离并且输出氢气与氧气，过滤增压系统3的输入端与制氢循环系统2的输出端连接，过滤增压系统3包括过滤净化器31和增压机32，增压机32的输入端与过滤净化器31的输出端连接，增压机32的输出端与储氢装置4和储氧装置41连接，氢气通过过滤净化器31进入增压机32中，其中增压机32上还设有安全泄压阀门33，安全泄压阀门33用于设备内压强异常时的安全泄压。

本发明的一个实施例中，储氢装置4用于收集过滤增压系统3提供的氢气，储氧装置41用于收集过滤增压系统3提供的氧气，储氢装置4的输出端与发电系统5连接，储氢装置4与过滤增压系统3之间设有氢气单向阀43，储氧装置41与过滤增压系统3之间设有氧气单向阀44，储氢装置4可对发电系统5单向输出氢气，氢气和氧气在增压机32的作用下气压增大，形成高压气，经过内部装置分离，氢气通过氢气单向阀43进入储氢装置4中，氧气通过氧气单向阀44进入储氧装置41中，该过程实现了太阳能和/或电能到氢能的转化。

本发明的一个实施例中，储氢装置4的输出端还设有减压阀45，储氢装置4与发电系统5通过减压阀45连接，储氧装置41的输出端外接若干耗氧设备46，从而进一步提升能源的利用率。

本发明的一个实施例中，发电系统5可根据储氢装置4所提供的氢气耦合，进而产生电能，发电系统5的输出端分别设有储电装置6以及逆变器7，发电系统5所提供的电能可进入储电装置6和/或通过逆变器7并入电网，储电装置6可根据需要对发电系统5进行供电进而产生氢气存储于储氢装置4中，进而能够实现在需要长时间储存能源时，通过储电装置6也可以对发电系统5进行供电，进而将电能转化成氢能进行储存，在电网供电不稳定或需求超过储电装置6的容量时，进一步的通过储氢装置4释放氢气，并将氢气经过发电系统5转换为电能，从而能够提供额外的能量补充，进一步的提高了能源的利用率。

本发明的一个实施例中，发电系统5包括燃料电池发电装置51，发电系统5的一侧还设有排放部52，反应所生成的水和废气则通过排放部52排出，发电系统5外还设有供热系统8，供热系统8用于储存以及输出发电系统5在工作时所产生的热量，这样设置实现了氢能到热能的转换。

本发明的一个实施例中，发电系统5包括3个子系统，分别是空气系统、氢气系统和冷却系统。在燃料电池发电装置51的空气入口设置有空气系统；在氢气入口和出口处分别设置氢气系统，在进水口和出水口处设置有冷却系统；空气系统包括空气入口、过滤器、空气增压机以及中冷器。

工作原理是，空气经空气入口进入过滤器，过滤掉部分杂质气体后受空气压缩机增压，通过中冷器降温后输入到燃料电池电堆中。氢气系统包括多氢瓶组联结，在瓶口的加氢口处设有单向阀，在出氢口处通过减压阀，电磁阀，氢气循环泵与燃料电池电堆的进氢口相连，出氢口处连接氢气循环泵和排氢阀，用于排氢。氢气从加氢口通过单向阀储存至氢瓶中，当燃料电池电堆工作时，氢气从氢瓶中通过减压阀和电磁阀进入氢气循环泵，在空气循环泵中与燃料电池电堆的出氢口处的氢气混合，形成高效用氢，供给燃料电池电堆的进氢口，在燃料电池电堆的出氢口处连有氢气循环泵，用来二次循环用氢，提高氢气利用率，利用不了的废气通过排氢阀排出。氢气出口和空气出口处连有消声器，减少噪声污染。冷却系统包括水泵，离子交换器和散热器。燃料电池电堆正常工作时产生的水通过排水口进入冷却系统，在水泵的作用下利用离子交换器进行提纯，同时受散热器的冷却作用后，再次从燃料电池电堆的入水口进入燃料电池电堆中，带走燃料电池电堆工作产生的热量，再经燃料电池电堆的出水口排出，形成冷却循环。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种氢电融合能源总成装置，其特征在于，包括：供电系统(1)、制氢循环系统(2)、过滤增压系统(3)、储氢装置(4)以及发电系统(5)；

所述供电系统(1)用于为制氢循环系统(2)提供电能；

所述制氢循环系统(2)用于制备氢气和氧气，所述制氢循环系统(2)可接受所述供电系统(1)和/或电网提供的电能；

所述过滤增压系统(3)的输入端与所述制氢循环系统(2)的输出端连接，所述过滤增压系统(3)用于分离并且输出氢气与氧气；

所述储氢装置(4)用于收集所述过滤增压系统(3)提供的氢气，所述储氢装置(4)可对所述发电系统(5)输出氢气；

所述发电系统(5)可根据所述储氢装置(4)所提供的氢气耦合产生电能，所述发电系统(5)的输出端分别设有储电装置(6)以及逆变器(7)，所述发电系统(5)所提供的电能可进入所述储电装置(6)和/或通过所述逆变器(7)并入电网，所述储电装置(6)可根据需要对所述发电系统(5)进行供电进而产生氢气存储于所述储氢装置(4)中。

2.根据权利要求1所述的氢电融合能源总成装置，其特征在于：所述供电系统(1)包括光伏发电设备(11)，所述供电系统(1)的输出端与所述制氢循环系统(2)连接。

3.根据权利要求1所述的氢电融合能源总成装置，其特征在于：所述制氢循环系统(2)包括制氢机(21)、冷水机(22)以及储水装置(23)，所述储水装置(23)用于为所述制氢机(21)提供纯水，所述制氢机(21)内部设有电解槽，所述电解槽用于容置纯水，所述冷水机(22)用于为所述制氢机(21)降温。

4.根据权利要求3所述的氢电融合能源总成装置，其特征在于：所述储水装置(23)包括纯水机(231)以及储水罐(232)，所述纯水机(231)用于提纯供给水源，所述纯水机(231)的输出端与所述储水罐(232)连接，所述储水罐(232)的输出端与所述制氢机(21)连接，所述制氢机(21)的一端还设有排水口(24)。

5.根据权利要求1所述的氢电融合能源总成装置，其特征在于：所述过滤增压系统(3)包括过滤净化器(31)和增压机(32)，所述增压机(32)的输入端与所述过滤净化器(31)的输出端连接，所述增压机(32)的输出端与所述储氢装置(4)连接，所述增压机(32)上还设有安全泄压阀门(33)。

6.根据权利要求5所述的氢电融合能源总成装置，其特征在于：所述储氢装置(4)的输出端与所述发电系统(5)连接，所述储氢装置(4)与所述过滤增压系统(3)之间设有氢气单向阀(43)，所述储氢装置(4)外侧设有储氧装置(41)，所述储氧装置(41)用于收集所述过滤增压系统(3)提供的氧气，所述储氧装置(41)与所述过滤增压系统(3)之间设有氧气单向阀(44)。

7.根据权利要求6所述的氢电融合能源总成装置，其特征在于：所述储氢装置(4)的输出端还设有减压阀(45)，所述储氧装置(41)的输出端设有若干耗氧设备(46)。

8.根据权利要求1所述的氢电融合能源总成装置，其特征在于：所述发电系统(5)包括燃料电池发电装置(51)，所述发电系统(5)的一侧还设有排放部(52)。

9.根据权利要求8所述的氢电融合能源总成装置，其特征在于：所述发电系统(5)外还设有供热系统(8)，所述供热系统(8)用于储存以及输出所述发电系统(5)在工作时所产生的热量。

10.根据权利要求1所述的氢电融合能源总成装置，其特征在于：所述储电装置(6)用于储存或释放所述发电系统(5)所产生的电能。