CN205489554U - 基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统 - Google Patents

基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统，包括控制装置、甲醇水储存输送装置、至少两组甲醇水重整制氢发电模组、电力转换装置、负载及电子开关；控制装置与甲醇水储存输送装置、甲醇水重整制氢发电模组、电力转换装置及电子开关均电性连接并控制其工作状态；电子开关用于接通或切断市电电源；市电处于用电高峰时，控制装置控制电子开关切断市电电源，并根据负载的用电功率控制适量甲醇水重整制氢及发电模组运转，为负载供电；市电处于用电低谷时，控制装置控制甲醇水重整制氢及发电模组停止运转，并控制电子开关接通市电电源，为负载供电。本实用新型供电连续性好、控制容易、削峰填谷、节能减排、供电安全性高。

Description

基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统
技术领域
本实用新型涉及供电系统技术领域，特别涉及一种基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统。
背景技术
目前国内的电力用电需求越来越大，但是，国内的电力需求管理仍然处于较低级阶段。一个发电厂发电能力通常是固定的不轻易改变的，但是用电高峰通常在白天，造成白天电不够用，晚上则是低谷，有多余用不掉发的电都浪费了。为了能够实现科学用电、有序用电、节约用电，提高电力用电的效率，以达到节能环保的目的，国家电力部门引入了阶梯电价策略，采用峰谷电价来调节电力用户的用电行为，以达到节约能源的目的。
针对电力系统发电特性和峰谷电价标准，削峰填谷供电系统逐渐在电力用户中得到使用。在现有技术中，削峰填谷供电系统主要包括两大类，一是采用蓄电池储能的削峰填谷供电系统，二是采用太阳能、风能、沼气能等自然能源发电的削峰填谷供电系统。
采用蓄电池储能的削峰填谷供电系统，可参照中国专利申请201510405570.3一种基于新型削峰填谷控制器的储能系统、200910015008.4一种利用超级电容实施电力削峰填谷的节能方法，其原理是在晚上用电低谷时期为储能装置充电，白天用电高峰期，再利用储能装置为负载供电。但是，由于大容量蓄电池的成本高，使用次数有限（一般充放电次数在1000次左右），普通电力用户往往难以负担，并且，蓄电池的电量是有限的，当较大负载使用时，蓄电池的电量很快就会用完，难以持久供电。
采用太阳能、风能、沼气能等自然能源发电的削峰填谷供电系统，可参照中国专利申请201320875673.2一种太阳能发电站智能并网发电装置系统、201510246879.2分布式风光互补发电系统灵活并网调度算法，这类供电系统依靠风能、沼气能或太阳能发电，受太阳强度和风力强度影响很大，难以实现不同环境条件下连续工作，当可再生资源发电量不够时，则难以实现连续稳定的供电。
中国专利201520555415.5公开了一种分布式智能微网结构，包括发电装置、第一电力变换装置、储能装置和用户负载，发电装置通过第一电力变换装置将交流电流的一部分输送给用户负载及存入储能装置；储能装置包括氢燃料电池储能装置，氢燃料电池储能装置包括依次连接的电解装置、氢气存储装置、氢燃料电池组和第二电力变换装置，第二电力变换装置将电能转换成与用户负载相匹配的系统。该分布式智能微网结构能利用氢燃料电池进行发电，其供电稳定性较好，但是该分布式智能微网结构还具有以下缺陷：
1、氢燃料电池的氢气来源于电解水制氢，但电解水制氢消耗的电能太多，很不划算，并且需要设置储氢装置，容易产生爆炸等危险；
2、上述分布式智能微网结构的供电系统，通常只有一套电解水制氢装置和氢燃料电池，
当该电解水制氢装置或氢燃料电池发生故障时，则只能继续使用市电供电；当单一电解水制氢装置或氢燃料电池不够用时，难以提升其制氢量及发电量，而制氢量及发电量过大时，又难以降低其制氢量及发电量。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统，其供电连续性好、控制容易、节能减排、供电安全性高。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统，包括控制装置、甲醇水储存输送装置、至少两组甲醇水重整制氢发电模组、电力转换装置、负载及电子开关；所述控制装置与甲醇水储存输送装置、甲醇水重整制氢发电模组、电力转换装置及电子开关均电性连接并控制其工作状态；所述甲醇水储存输送装置用于向甲醇水重整制氢发电模组输送甲醇和水原料；所述甲醇水重整制氢发电模组包括重整器及燃料电池，甲醇和水原料在重整器内发生重整制氢反应，制得的氢气进入燃料电池，在燃料电池内，氢气与空气中的氧气发生电化学反应，产生电能输出；所述电力转换装置用于将燃料电池输出的电能转换为负载所需求的适当电压、电流的交流电或直流电；所述电子开关用于接通或切断市电电源；所述市电处于用电高峰时，控制装置控制电子开关切断市电电源，并根据负载的用电功率控制适量甲醇水重整制氢及发电模组运转，为负载供电；所述市电处于用电低谷时，控制装置控制甲醇水重整制氢及发电模组停止运转，并控制电子开关接通市电电源，为负载供电。
所述甲醇水重整制氢发电模组的重整器内设有重整室及氢气纯化装置，重整室内的温度为300-570℃温度，重整室内设有催化剂，甲醇和水在重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应制得含氢气体，重整室与氢气纯化装置通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室内，能通过重整室内的高温继续加热从重整室输出的气体；所述连接管路作为重整室与氢气纯化装置之间的缓冲，使得从重整室输出的气体的温度与氢气纯化装置的温度相同或接近，从氢气纯化装置的产气端得到氢气，供应给燃料电池。
所述甲醇水重整制氢发电模组整合有换热器，所述换热器安装于甲醇水储存输送装置与重整器之间的输送管道上，低温的甲醇和水原料在换热器中，与重整室输出的高温氢气进行换热，甲醇和水原料温度升高、汽化；所述重整器的氢气纯化装置的产气端输出的氢气，经换热器后温度降低，再供应给燃料电池。
所述甲醇水重整制氢发电模组整合有变频器，用于将低频电压或直流电压转换为电磁加热器之电磁线圈所需要的高频电压，所述变频器设置有液冷散热器，所述甲醇水原料在输送泵的泵送过程中，流经该液冷散热器，使变频器产生的热量被甲醇水原料带走；所述重整器内设有电磁加热器，该电磁加热器包括电磁线圈及金属受磁体，所述电磁线圈输入高频电压后能产生高频磁场，使金属受磁体受磁场感应而发热，为重整室提供热能。
所述重整器内设有燃烧室，所述燃烧室用于部分制得的氢气在燃烧室中燃烧，为重整室的运行提供热能。
所述氢气纯化装置为膜分离装置，该膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金。
所述甲醇水重整制氢发电模组的燃料电池包括水循环降温系统，该水循环降温系统用于对燃料电池进行散热降温，该水循环降温系统包括散热装置、至少两个水泵、水容器及集水器，所述散热装置位于燃料电池内，所述水容器中的水可在水泵的驱动作用下，经集水器集水后，从燃料电池之进水口进入散热装置，再从燃料电池之出水口回流至水容器，所述控制装置与所述至少两个水泵电性连接，以控制每个水泵运转；该燃料电池在电化学反应产生电的过程中，将即时温度信号反馈给控制装置，控制装置根据即时温度信号控制适当数量的水泵运转，当即时温度较低时，控制较少的水泵运转，当即时温度较高时，控制较多的水泵运转，控制装置实时侦测水循环降温系统中水泵的运转状况，当任意一个水泵运转异常时，控制装置控制该异常水泵停止运转，并控制一待机的水泵运转，或者控制其他运转中的水泵加快运转速度，以补偿因该异常水泵停止运转而减少的水流量。
所述甲醇水重整制氢发电模组的燃料电池包括风冷降温与空气输送系统，该风冷降温与空气输送系统包括空气过滤器及风扇，空气过滤器位于燃料电池的一侧，风扇位于燃料电池的另一侧，在风扇的驱动下，外界空气经空气过滤器过滤后从燃料电池一侧进入，再从燃料电池另一侧排出；外界空气在通过燃料电池的过程中，为燃料电池提供电化学反应所需要的氧气，并同时为燃料电池散热降温。
本实用新型的有益效果是：其一、本实用新型将甲醇水重整制氢发电模组的供电方式与市电供电方式相结合，在市电处于用电高峰时，控制装置控制电子开关切断市电电源，并根据负载的用电功率控制适量甲醇水重整制氢及发电模组运转，为负载供电，在市电处于用电低谷时，控制装置控制甲醇水重整制氢及发电模组停止运转，并控制电子开关接通市电电源，为负载供电，因此，本实用新型能够降低电网的用电高峰负荷，节能减排、削峰填谷，并能防止市电停电的问题；其二、本实用新型的甲醇水重整制氢发电模组采用甲醇和水作为原料进行重整制氢，相比电解水制氢方式，其制氢效率非常高，能够即时即用制氢，无需设置储氢装置，安全性高；其三、本实用新型采用至少两组甲醇水重整制氢发电模组，能极大减少空载，其整体耗能较小，甲醇和水原料消耗较低、利用率高；例如，若本实用新型设置5组甲醇水重整制氢发电模组，当即时负载用电需求量较小时，控制装置只需要控制较少的甲醇水重整制氢发电模组（例如2组）运转；当即时负载用电需求量较大时，控制装置则控制较多的甲醇水重整制氢发电模组（例如4组）运转；其四、本实用新型采用至少两组甲醇水重整制氢发电模组，当一组甲醇水重整制氢发电模组发生故障时，其他甲醇水重整制氢发电模组还可以正常运转，或者可以令处于待机状态的甲醇水重整制氢发电模组顶替工作，因此，其稳定性可靠性好，智能化高，可以防止因部分甲醇水重整制氢发电模组瘫痪而造成停电。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构方框示意图。
图2为甲醇水重整制氢发电模组的结构方框示意图。
图3为甲醇水重整制氢发电模组一优选实施例的结构方框示意图。
图4为甲醇水重整制氢发电模组另一优选实施例的结构方框示意图。
图5为采用水循环降温系统的燃料电池的结构方框示意图。
图6为采用风冷降温与空气输送系统的燃料电池的结构方框示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
实施例一
如图1和图2所示，一种基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统，包括控制装置1、甲醇水储存输送装置2、至少两组甲醇水重整制氢发电模组3、电力转换装置4、负载5及电子开关6；所述控制装置1与甲醇水储存输送装置2、甲醇水重整制氢发电模组3、电力转换装置4及电子开关6均电性连接并控制其工作状态；所述甲醇水储存输送装置2用于向甲醇水重整制氢发电模组3输送甲醇和水原料；所述甲醇水重整制氢发电模组3包括重整器31及燃料电池32，甲醇和水原料在重整器31内发生重整制氢反应，制得的氢气进入燃料电池32，在燃料电池32内，氢气与空气中的氧气发生电化学反应，产生电力输出；在燃料电池32的阳极：2H2→4H++4e-，H2分裂成两个质子和两个电子，质子穿过质子交换膜（PEM），电子通过阳极板，通过外部负载，并进入阴极双极板；在燃料电池32的阴极：O2+4e-+4H+→2H2O，质子、电子和O2重新结合以形成H2O；所述电力转换装置4用于将燃料电池32输出的电能转换为负载5所需求的适当电压、电流的交流电或直流电；所述电子开关6用于接通或切断市电电源；所述市电处于用电高峰时，控制装置1控制电子开关6切断市电电源，并根据负载5的用电功率控制适量甲醇水重整制氢及发电模组3运转，为负载5供电；所述市电处于用电低谷时，控制装置1控制甲醇水重整制氢及发电模组3停止运转，并控制电子开关6接通市电电源，为负载5供电。
如图3和图4所示，所述甲醇水重整制氢发电模组3的重整器31内设有重整室311及氢气纯化装置312，重整室311内的温度为300-570℃温度，重整室311内设有催化剂，在重整室311内，甲醇与水蒸气在1-5M Pa的压力条件下通过催化剂，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统，反应方程为：(1)CH3OH→CO+2H2、(2)H2O+CO→CO2+H2 、(3)CH3OH+H2O→CO2+3H2 ，重整反应生成的H2和CO2，重整室311与氢气纯化装置312通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室内，能通过重整室311内的高温继续加热从重整室311输出的气体；所述连接管路作为重整室311与氢气纯化装置312之间的缓冲，使得从重整室311输出的气体的温度与氢气纯化装置312的温度相同或接近，从氢气纯化装置312的产气端得到氢气，供应给燃料电池32。
如图3和图4所示，所述甲醇水重整制氢发电模组3整合有换热器33，所述换热器33安装于甲醇水储存输送装置2与重整器31之间的输送管道上，低温的甲醇和水原料在换热器33中，与重整室311输出的高温氢气进行换热，甲醇和水原料温度升高、汽化；所述重整器31的氢气纯化装置312的产气端输出的氢气，经换热器33后温度降低，再供应给燃料电池32。所述甲醇水储存输送装置2包括甲醇水储存容器21及输送泵22，输送泵22可将甲醇水储存容器21中的甲醇和水原料输送至重整器31。
如图3所示，作为甲醇水重整制氢发电模组2的一种优选方式，所述甲醇水重整制氢发电模组2整合有变频器34，用于将低频电压或直流电压转换为电磁加热器313之电磁线圈所需要的高频电压，所述变频器34设置有液冷散热器341，所述甲醇水原料在输送泵22的泵送过程中，流经该液冷散热器341，使变频器34产生的热量被甲醇水原料带走；所述重整器31内设有电磁加热器313，该电磁加热器313包括电磁线圈及金属受磁体，所述电磁线圈输入高频电压后能产生高频磁场，使金属受磁体受磁场感应而发热，为重整室31提供热能。
如图4所示，作为甲醇水重整制氢发电模组2的另一优选方式，所述重整器31内设有燃烧室，所述燃烧室用于部分制得的氢气在燃烧室中燃烧，为重整室311的运行提供热能。
所述氢气纯化装置312为膜分离装置，该膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金，钯银合金的质量百分比钯占75%-78%，银占22%-25%。
如图5和图6所示，所述甲醇水重整制氢发电模组的燃料电池32可采用两种降温系统：
第一种方式，如图5所示，所述甲醇水重整制氢发电模组的燃料电池32包括水循环降温系统，该水循环降温系统用于对燃料电池32进行散热降温，该水循环降温系统包括散热装置（位于燃料电池内）、至少两个水泵321、水容器322及集水器323，所述散热装置位于燃料电池32内，所述水容器322中的水可在水泵321的驱动作用下，经集水器323集水后，从燃料电池32之进水口进入散热装置，再从燃料电池32之出水口回流至水容器322，所述至少两个水泵321与控制装置（图中未示出）电性连接，以控制每个水泵321运转；该燃料电池32在电化学反应产生电的过程中，将即时温度信号反馈给控制装置，控制装置根据即时温度信号控制适当数量的水泵321运转，当即时温度较低时，控制较少的水泵321运转，当即时温度较高时，控制较多的水泵321运转，控制装置实时侦测水循环降温系统中水泵321的运转状况，当任意一个水泵321运转异常时，控制装置控制该异常水泵321停止运转，并控制一待机的水泵321运转，或者控制其他运转中的水泵321加快运转速度，以补偿因该异常水泵321停止运转而减少的水流量。
第二种方式，如图6所示，所述甲醇水重整制氢发电模组的燃料电池32包括风冷降温与空气输送系统，该风冷降温与空气输送系统包括空气过滤器324及风扇325，空气过滤器324位于燃料电池32的一侧，风扇325位于燃料电池32的另一侧，在风扇325的驱动下，外界空气经空气过滤器324过滤后从燃料电池32一侧进入，再从燃料电池32另一侧排出；外界空气在通过燃料电池32的过程中，为燃料电池32提供电化学反应所需要的氧气，并同时为燃料电池32散热降温。
实施例二
基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统的供电方法，包括以下步骤：
a.控制装置设置用电高峰时间段和用电低谷时间段，优选地，用电高峰时间段为8：00～22：00，用电低谷时间段为22：00～8：00；
b.市电处于用电高峰时间段时，控制装置控制电子开关切断市电电源，并根据负载的用电功率控制适量甲醇水重整制氢及发电模组运转，为负载供电，当负载的用电功率较小时，控制装置控制较少的甲醇水重整制氢及发电模组运转，当负载的用电功率较大时，控制装置控制较多的甲醇水重整制氢及发电模组运转；
c.市电处于低谷时间段时，控制装置控制甲醇水重整制氢及发电模组停止运转，并控制电子开关接通市电电源，为负载供电。
以上所述，仅是本实用新型较佳实施方式，凡是依据本实用新型的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统，其特征在于：包括控制装置、甲醇水储存输送装置、至少两组甲醇水重整制氢发电模组、电力转换装置、负载及电子开关；所述控制装置与甲醇水储存输送装置、甲醇水重整制氢发电模组、电力转换装置及电子开关均电性连接并控制其工作状态；所述甲醇水储存输送装置用于向甲醇水重整制氢发电模组输送甲醇和水原料；所述甲醇水重整制氢发电模组包括重整器及燃料电池，甲醇和水原料在重整器内发生重整制氢反应，制得的氢气进入燃料电池，在燃料电池内，氢气与空气中的氧气发生电化学反应，产生电能输出；所述电力转换装置用于将燃料电池输出的电能转换为负载所需求的适当电压、电流的交流电或直流电；所述电子开关用于接通或切断市电电源；所述市电处于用电高峰时，控制装置控制电子开关切断市电电源，并根据负载的用电功率控制适量甲醇水重整制氢及发电模组运转，为负载供电；所述市电处于用电低谷时，控制装置控制甲醇水重整制氢及发电模组停止运转，并控制电子开关接通市电电源，为负载供电。
2.根据权利要求1所述的基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统，其特征在于：所述甲醇水重整制氢发电模组的重整器内设有重整室及氢气纯化装置，重整室内的温度为300-570℃温度，重整室内设有催化剂，甲醇和水在重整室内发生甲醇和水的重整制氢反应制得含氢气体，重整室与氢气纯化装置通过连接管路连接，连接管路的全部或部分设置于重整室内，能通过重整室内的高温继续加热从重整室输出的气体；所述连接管路作为重整室与氢气纯化装置之间的缓冲，使得从重整室输出的气体的温度与氢气纯化装置的温度相同或接近，从氢气纯化装置的产气端得到氢气，供应给燃料电池。
3.根据权利要求2所述的基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统，其特征在于：所述甲醇水重整制氢发电模组整合有换热器，所述换热器安装于甲醇水储存输送装置与重整器之间的输送管道上，低温的甲醇和水原料在换热器中，与重整室输出的高温氢气进行换热，甲醇和水原料温度升高、汽化；所述重整器的氢气纯化装置的产气端输出的氢气，经换热器后温度降低，再供应给燃料电池。
4.根据权利要求3所述的基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统，其特征在于：所述甲醇水重整制氢发电模组整合有变频器，用于将低频电压或直流电压转换为电磁加热器之电磁线圈所需要的高频电压，所述变频器设置有液冷散热器，所述甲醇水原料在输送泵的泵送过程中，流经该液冷散热器，使变频器产生的热量被甲醇水原料带走；所述重整器内设有电磁加热器，该电磁加热器包括电磁线圈及金属受磁体，所述电磁线圈输入高频电压后能产生高频磁场，使金属受磁体受磁场感应而发热，为重整室提供热能。
5.根据权利要求3所述的基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统，其特征在于：所述重整器内设有燃烧室，所述燃烧室用于部分制得的氢气在燃烧室中燃烧，为重整室的运行提供热能。
6.根据权利要求2所述的基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统，其特征在于：所述氢气纯化装置为膜分离装置，该膜分离装置为在多孔陶瓷表面真空镀钯银合金的膜分离装置，镀膜层为钯银合金。
7.根据权利要求2所述的基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统，其特征在于：所述甲醇水重整制氢发电模组的燃料电池包括水循环降温系统，该水循环降温系统用于对燃料电池进行散热降温，该水循环降温系统包括散热装置、至少两个水泵、水容器及集水器，所述散热装置位于燃料电池内，所述水容器中的水可在水泵的驱动作用下，经集水器集水后，从燃料电池之进水口进入散热装置，再从燃料电池之出水口回流至水容器，所述控制装置与所述至少两个水泵电性连接，以控制每个水泵运转；该燃料电池在电化学反应产生电的过程中，将即时温度信号反馈给控制装置，控制装置根据即时温度信号控制适当数量的水泵运转，当即时温度较低时，控制较少的水泵运转，当即时温度较高时，控制较多的水泵运转，控制装置实时侦测水循环降温系统中水泵的运转状况，当任意一个水泵运转异常时，控制装置控制该异常水泵停止运转，并控制一待机的水泵运转，或者控制其他运转中的水泵加快运转速度，以补偿因该异常水泵停止运转而减少的水流量。
8.根据权利要求2所述的基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统，其特征在于：所述甲醇水重整制氢发电模组的燃料电池包括风冷降温与空气输送系统，该风冷降温与空气输送系统包括空气过滤器及风扇，空气过滤器位于燃料电池的一侧，风扇位于燃料电池的另一侧，在风扇的驱动下，外界空气经空气过滤器过滤后从燃料电池一侧进入，再从燃料电池另一侧排出；外界空气在通过燃料电池的过程中，为燃料电池提供电化学反应所需要的氧气，并同时为燃料电池散热降温。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105811443A (zh) * 2016-03-30 2016-07-27 广东合即得能源科技有限公司 基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统及方法
CN107059042A (zh) * 2017-04-11 2017-08-18 赫普热力发展有限公司 一种火电厂电力通过电解池制氢系统
CN107528334A (zh) * 2017-09-18 2017-12-29 赫普科技发展（北京）有限公司 一种火电厂氢能储能调峰调频系统
CN111509833A (zh) * 2020-05-14 2020-08-07 广东能创科技有限公司 一种会议中心备电系统及供电控制方法

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