CN202440551U - 风力发电电解海水系统 - Google Patents

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张学钊
李翔宇
杨旭
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Abstract

一种风力发电电解海水系统，包括至少一组风力发电机组和至少一组电解海水装置，风力发电机组为电解海水装置供电，该电解海水装置包括依次通过管道连接的加水泵、海水水箱、电解液过滤器和电解槽入口，该电解槽的氢气出口与氢分离器的入口连接，该氢分离器的气体出口通过氢气处理器与氢气储罐连接；该电解槽的氧气出口与氧分离器的入口连接，该氧分离器的气体出口通过氧气处理器与氧气储罐连接；在该氢分离器和该氧分离器的底端均设有液体出口。优点是：采用风力发电机组和电解海水装置结合，利用风力发电机组发电供给电解海水装置动力，不仅保证了电解海水装置拥有稳定且低廉的电力供应，而且制氢和制氧过程全程几乎不产生任何污染物排放。

Description

风力发电电解海水系统
技术领域
本实用新型涉及电解水技术，尤其指一种采用风力发电的海水电解制氢和制氧装置。
背景技术
能源危机是我们时代面临的主要课题之一。化石能源的储藏量急剧减少，以及随之而来的环境污染和气候变暖，都迫使我们不得不探索未来人类发展所需的清洁能源技术。目前包括太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能、生物质能等的开发利用技术都是科学家们极力探索的方向。
风力发电经过多年的技术进步和产业化运行，已经实现了大规模的开发运营，其中沿海地区风资源丰富，特别适宜风电场的建设。但是由于风力发电受到自然环境和天气作用因素的限制而存在不稳定性，因而接入电网后对电网负荷存在一定的危险性，即如果由于风力过大使得风机叶片切出，会导致电网负荷急速下降，损害电网的安全运行。
另一方面，人们日益认识到占据地球面积70％以上的海洋所蕴含的海水资源是人类未来发展的基础。电解海水制氢、制氧就是海水资源利用的重要方面。由于氢气燃烧不产生污染，燃烧热值高以及用途广泛而更受青睐，而海水电解生成的氧气也具备很高的医学、化工等实用价值。然而，目前电解海水存在的最大问题是制氢、制氧过程耗费的能量巨大，采用燃煤、石油或者水能发电制氢制氧经济效益较低，无法进行大规模推广。
发明内容
本实用新型公开了一种风力发电电解海水系统，该系统采用风力发电机组和电解海水装置结合，既解决了风电由于无法接入大型电网而导致资源浪费的问题，也在保证电力供给的同时大大降低了电解海水制氢和制氧的成本，为实现该技术的产业化运行奠定了基础。
本实用新型的技术方案是：一种风力发电电解海水系统，其特征在于，包括至少一组风力发电机组和至少一组电解海水装置，风力发电机组的电力输出端通过输电线路和变压整流装置与电解海水装置的电源端连接，该电解海水装置包括依次通过管道连接的加水泵、海水水箱、电解液过滤器和电解槽入口，该电解槽的氢气出口与氢分离器的入口连接，该氢分离器的气体出口通过氢气处理器与氢气储罐连接；该电解槽的氧气出口与氧分离器的入口连接，该氧分离器的气体出口通过氧气处理器与氧气储罐连接；在该氢分离器和该氧分离器的底端均设有液体出口。
所述的氢分离器和氧分离器底端的液体出口均与该海水水箱与电解液过滤器之间的管道连接；在该电解液过滤器的入口管道上装有海水冷却装置，在该电解液过滤器的出口与电解槽入口之间的管道上装有循环泵。
所述电解海水装置的电解槽的阳极采用锰或锰的氧化物材料制成。
所述的风力发电机组是通过风力带动叶片转动产生机械能，经过风机主轴等部件传递到发电机，带动发电机旋转将机械能转换为电能。
所述的风电机组和电解海水装置均通过控制装置控制。
本实用新型的优点是：采用风力发电机组和电解海水装置结合，利用风力发电机组发电供给电解海水装置动力，不仅保证了电解海水装置拥有稳定且低廉的电力供应，而且制氢和制氧过程全程几乎不产生任何污染物排放，真正实践了低碳环保和节能减排的设计理念。
附图说明
图1是本实用新型由一组风电机组和一组电解海水装置组成的实施例的构成示意图。
具体实施方式
参照图1所示，本实用新型一种风力发电电解海水系统，其特征在于，包括至少一组风力发电机组A和至少一组电解海水装置B，风力发电机组A的电力输出端通过输电线路2和变压器14和整流装置15与电解海水装置B的电解槽12的正负极电源端连接。
所述的电解海水装置B包括依次通过管道连接的加水泵10、海水水箱11、电解液过滤器17和电解槽12的入口，该电解槽12的氢气出口与氢分离器8(气液分离)的入口连接，该氢分离器8上端的气体出口通过氢气处理器5与氢气储罐4连接。该电解槽12的氧气出口与氧分离器9的入口连接，该氧分离器9上端的气体出口通过氧气处理器6与氧气储罐7连接。在该氢分离器8和该氧分离器9的底端分别设有液体出口18和19，用于排放出氢分离器8和该氧分离器9分离出的淡海水。
所述的氢分离器8和氧分离器9底端的液体出口18和19还与该海水水箱11与电解液过滤器17之间的管道连接。在该电解液过滤器17的入口管道上装有海水冷却装置13，在该电解液过滤器17的出口与电解槽12的入口之间的管道上装有循环泵16。
为了避免在电解过程中产生氯气，所述电解海水装置B的阳极采用锰、锰的氧化物或其他化合物材料。只有锰的氧化物可以在反应中在阳极主要产生氧气，只有少量的氯气析出。并且掺杂的电极对氧气的产生率更高。Ghany等人(2000年)用Mn1-xMoxO2+x/Ir O2/Ti作为电极，氧气的生成率达到了100％，完全避免了氯气的产生，使得电解海水制氢变得可行。
本实用新型的风力发电机组A为常规技术，其工作原理是通过风力带动叶片转动产生机械能，经过风机主轴等部件传递到发电机，带动发电机旋转将机械能转换为电能，以供给电解海水装置使用。
电解槽12通电后，海水从海水入口1通过加水泵10引入电解槽12并被电解成为氢气和氧气。氢气和氧气分别与一部分海水电解液分别进入氢分离器8和氧分离器9，在此氢气和氧气分别实现气液分离。随后氢气和氧气分别进入氢气处理器5和氧气处理器6，经过洗涤、干燥和净化处理后，分别被吸收进入氢气储罐4和氧气储罐7以备后用。
经氢分离器8和氧分离器9分离后的残余海水电解液从底端的液体出口18和19排出流经海水冷却装置13，在冷却完毕并由电解液过滤器17去除杂质后，由循环泵16打回电解槽12内以备再次电解。此外为了弥补海水大量电解后导致的电解液不足，当海水电解液液位下降到一定程度的时候，应通过加水泵10从海水中向海水水箱11注水并作处理后向电解槽12加水。
必须说明的是，上述实施例只给出了由一组风电机组A和一组电解海水装置B组成的风力发电电解海水系统的实施方式。将多台风电机组A联网，降压变压后转化为电解海水装置B的直流电源，并架设多组电解海水装置B，可以实现风力发电电解海水系统的大规模应用。
整套风力发电电解海水系统的运行模式如下：首先风电机组和电解海水装置均通过所述的风力发电电解海水系统的控制装置(图中未示出)控制，其控制方法是：当风力发电机组A启动时，电解海水装置B同时启动，当风力发电机组A关闭时，电解海水装置B随即关闭。当风力发电机组A的发电功率仅能支持一组电解海水装置B工作时，设定一组电解海水装置B开始工作。当风力发电机组A的发电功率能且仅能支持两组电解海水装置B工作时，设定两组电解海水装置B开始工作，依次类推。当所有电解海水装置B都已经投入运行时，如果风力发电机组A输出功率过剩，则调整风力发电机叶片的迎风角度以降低风电机组的输出功率。若风电机组输出功率仍过大，则可关闭其中一台或多台风电机组。

Claims (5)

1.一种风力发电电解海水系统，其特征在于，包括至少一组风力发电机组和至少一组电解海水装置，风力发电机组的电力输出端通过输电线路和变压整流装置与电解海水装置的电源端连接，该电解海水装置包括依次通过管道连接的加水泵、海水水箱、电解液过滤器和电解槽入口，该电解槽的氢气出口与氢分离器的入口连接，该氢分离器的气体出口通过氢气处理器与氢气储罐连接；该电解槽的氧气出口与氧分离器的入口连接，该氧分离器的气体出口通过氧气处理器与氧气储罐连接；在该氢分离器和该氧分离器的底端均设有液体出口。
2.根据权利要求1所述的风力发电电解海水系统，其特征在于，所述的氢分离器和氧分离器底端的液体出口均与该海水水箱与电解液过滤器之间的管道连接；在该电解液过滤器的入口管道上装有海水冷却装置，在该电解液过滤器的出口与电解槽入口之间的管道上装有循环泵。
3.根据权利要求1所述的风力发电电解海水系统，其特征在于，所述电解海水装置的电解槽的阳极采用锰或锰的氧化物。
4.根据权利要求1所述的风力发电电解海水系统，其特征在于，所述的风力发电机组是通过风力带动叶片转动产生机械能，经过风机主轴等部件传递到发电机，带动发电机旋转将机械能转换为电能。
5.根据权利要求1-4任何一项所述的风力发电电解海水系统，其特征在于，所述的风电机组和电解海水装置均通过控制装置控制。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111748822A (zh) * 2020-06-04 2020-10-09 同济大学 一种大型碱性电解水制氢装置的综合热管理系统
CN113088992A (zh) * 2021-04-29 2021-07-09 西安热工研究院有限公司 一种全域式海上风光能耦合制氢系统
WO2021196564A1 (zh) * 2020-04-03 2021-10-07 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种宽功率电解水制氢系统及方法

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