CN207664150U - 基于镁基储氢材料的发电站系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种基于镁基储氢材料的发电站系统，该发电站系统包括：氢气发生装置，氢气发生装置用于产生氢气；氢气储存装置，氢气储存装置通过第一气管与氢气发生装置相连接，并且氢气储存装置内储存有镁基储氢材料以存储氢气；和氢燃料电池堆，氢燃料电池对通过第二气管与氢气储存装置相连接以发电。本实用新型提出的基于镁基储氢材料的发电站系统结构简单、易于组装，镁基储氢材料密度小、储氢容量高、安全性好，并且在氢气制备和释放中可以得到纯度较高的氢气。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发电站系统，更具体地，涉及一种基于镁基储氢材料的发电站系统。
背景技术
供电系统通常都存在用电的高峰段、平段和低谷段，如果能把低谷段的电力存储起来，在高峰段使用，则可以大大减少电力的损耗，是未来发展的主要趋势。利用太阳能发电也存在着随天气和昼夜变化的高峰和低谷问题。美国Tesla公司的powerwall系统就是一种家庭用的削峰平谷式储能电站，将夜晚的电存储在锂电池中，供白天使用，然而其大规模使用的安全性较差且成本高昂。德国的林德公司提出采用电力峰谷期间电解水，然后用高压气瓶或重金属储氢材料，如TiFe，LaNi5等将氢气存储起来，在用电高峰期间用燃料电池来发电提供电力，但是其所采用的高压气瓶安全性差，体积较大，价格昂贵，而重金属氢化物的储氢量低，不适合大规模存储。
镁基储氢材料因其密度小、储氢量大、资源丰富且成本低廉而被认为是最具应用前景的金属储氢材料之一。其原理是通过氢气与储氢合金之间进行的可逆反应，实现氢的储存与释放，即外界有热量传递给金属氢化物时，它就分解为储氢合金并放出氢气，反之，氢和储氢合金构成氢化物时，氢就以固态结合的形式储存于其中，同时放出热量。用储氢材料储存与输送氢有以下特点：(1)密度小，仅为1.74g/cm3；(2)储氢容量高，纯Mg的储氢容量为7.6％；(3)安全性好，没有爆炸危险；(4)可得到高纯度氢。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种基于镁基储氢材料的发电站系统，该发电站系统包括：
氢气发生装置，氢气发生装置与外部电源相连接，以使用电能制备氢气；
氢气储存装置，氢气储存装置通过第一气管与氢气发生装置相连接，并且氢气储存装置内储存有镁基储氢材料以存储氢气；和
氢燃料电池堆，氢燃料电池堆通过第二气管与氢气储存装置相连接以发电。
在一个实施例中，氢气发生装置为电解水产氢器、甲醇/乙醇重整产氢器、太阳能光解水产氢器、铝水反应产氢器以及工业废氢净化器中的一种。
在一个实施例中，氢气发生装置内的压力在0.2-30个大气压之间。
在一个实施例中，氢气储存装置包括：
压力容器，压力容器内具有镁基储氢材料，第一气管伸入到镁基储氢材料内，第二气管设置在镁基储氢材料的上方；
相变蓄热层，相变蓄热层包裹在压力容器的外侧，相变蓄热层由相变蓄热材料制成；和
保温层，保温层设置在相变蓄热层的外侧。
在一个实施例中，压力容器由不锈钢材料制成。
在一个实施例中，相变蓄热材料为镁铝合金、镁锌合金、硝酸钠、铅合金以及铋合金材料中的一种或两种。
在一个实施例中，当向氢气储存装置中储存氢气时，压力容器内的温度在200℃-400℃之间、压力在0.2-30个大气压之间。
在一个实施例中，保温层为电阻丝加热层。
在一个实施例中，镁基储氢材料为镁-石墨、镁-铁、镁-纳米碳管、铁-石墨烯、镁-铜以及镁-镍材料中的一种或两种。
在一个实施例中，镁基储氢材料中镁元素的重量在70wt％-99wt％之间。
在一个实施例中，发电站系统还包括蓄水池，氢燃料电池堆设置在蓄水池内以使用发电过程中氢燃料电池产生的热能加热蓄水池内的水。
本实用新型提出的基于镁基储氢材料的发电站系统结构简单、易于组装，镁基储氢材料密度小、储氢容量高、安全性好，并且在氢气制备和释放中可以得到纯度较高的氢气。
附图说明
图1为根据本实用新型一个示例性实施例的基于镁基储氢材料的发电站系统的结构示意图(其中箭头方向为氢气流动方向)；
图2示出了镁基储氢材料的吸氢曲线图；和
图3示出了镁基储氢材料的放氢曲线图。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本实用新型的说明性、非限制性实施例，对根据本实用新型的基于镁基储氢材料的发电站系统进行进一步说明。
参照图1，本实用新型提出的基于镁基储氢材料的发电站系统包括氢气发生装置1、氢气储存装置2和氢燃料电池堆3，其中氢气发生装置1用于产生氢气(H2)，产生的氢气被储存在氢气储存装置2，氢气储存装置2中储存的氢气可以被释放并被用在氢燃料电池堆3中进行发电。
氢气发生装置1使用电能电解水以产生氢气。在本实用新型的一个实施例中，氢气发生装置1为电解水产氢器，但是本领域技术人员应当理解的是，本实用新型中使用的氢气发生装置1还可以是甲醇/乙醇重整产氢器、太阳能光分解水产氢器、铝水反应产氢器以及工业费氢净化器等本领域常用的其它氢气发生装置。电解水产氢器与外部电源相连接以电解水产氢器中的水电解产生氢气。优选地，电解水产氢器内的压力在0.2-30个大气压之间，以实现更好的制氢效果。
氢气储存装置2通过第一气管4与氢气发生装置1相连接以从氢气发生装置1中接收氢气，并且氢气储存装置2内储存有镁基储氢材料以存储氢气。使用镁基储氢材料储氢的原理为：存储氢气过程中，氢气通入镁基储氢材料后，氢气与其中的镁(Mg)发生反应生成氢化镁(MgH2)，并且该反应为放热反应，即Mg+H2＝MgH2+75kJ/mol H2，镁基储氢材料的典型储氢曲线如图2所示；释放氢气时，MgH2分解生成Mg和H2，并且该反应为吸热反应，即，MgH2＝Mg+H2-75kJ/mol H2，镁基储氢材料的典型放氢曲线如图3所示。由此可知，使用镁基储氢材料存储及释放氢气时可以得到高纯度氢。另外，镁基储氢材料具有密度小、储氢容量高的优点，并且储氢的安全性高、没有爆炸危险。在一个实施例中，镁基储氢材料为镁-石墨、镁-铁、镁-纳米碳管、铁-石墨烯、镁-铜以及镁-镍材料中的一种或两种，并且优选地，镁基储氢材料中镁元素的重量在70wt％-99wt％之间，以保证更好的储氢效率。
氢燃料电池堆3通过第二气管5与氢气储存装置2相连接。氢燃料电池堆3从氢气存储装置接收镁基储氢材料中释放的氢气，并且利用氢气发电以供应局部电网的用电需要。在本实用新型的一个实施例中，该发电站系统还包括蓄水池6，氢燃料电池堆3设置在蓄水池6内。由于氢燃料电池堆3的发电过程中产生大量的热能，为了提高能源利用，在氢燃料电池堆3外围设置蓄水池6，从而使用氢燃料电池堆3发电过程中产生的热能对蓄水池6内的水进行加热，为居民提供热水供应服务。
在本实用新型的一个实施例中，氢气储存装置2包括压力容器、相变蓄热层和保温层。镁基储氢材料设置在压力容器内，第一气管4伸入到镁基储氢材料内以将氢气通入镁基储氢材料内，第二气管5设置在镁基储氢材料的上方以吸收从镁基储氢材料内释放的氢气。相变蓄热层包裹在压力容器的外侧，并且该相变蓄热层由相变蓄热材料制成。相变蓄热材料能够随着温度变化而改变其物质状态并提供潜热，这样，在镁基储氢材料吸收氢气的过程中相变蓄热材料吸收热量并存储；在镁基储氢材料释放氢气时，相变蓄热材料放出其中存储的热量以促进MgH2的分解过程。在相变蓄热层的外侧设置保温层，以在镁基储氢材料存储氢气期间维持相变蓄热材料的温度，避免氢气泄漏。在一个实施例中，保温层为电阻丝加热层，但是本领域技术人员应当理解的是，保温层还可以采用本领域常用的其它适合的保温装置。
优选地，压力容器由不锈钢材料制成。更加优选地，氢气储存装置2中储存氢气时，压力容器内的温度在200℃-400℃之间、压力在0.2-30个大气压之间。
在一个实施例中，相变蓄热材料为镁铝合金、镁锌合金、硝酸钠、铅合金以及铋合金材料中的一种或两种，但本实用新型中使用的相变蓄热层中使用的相变蓄热材料的种类不限于此。
下面结合附图说明本实用新型公开的基于镁基储氢材料的发电站系统的工作过程。在用电低谷期，给电解水产氢器通电，将电解水产氢器中的水电解为氢气和氧气，并将其中的氢气通过第一气管4传送到压力容器；氢气进入压力容器后与其中存放的镁基储氢材料的中的Mg反应生成MgH2，该反应为放热反应，释放的热量被存储在相变蓄热层中，同时为保温层通电以对相变蓄热层起到保温作用。在用点高峰期，关闭氢气发生装置1以降低氢气储存装置2中的压力，相变蓄热层中储存的热量传导入镁基储氢材料；镁基储氢材料吸热分解，释放氢气；释放的氢气通过第二气管5进入氢燃料电池堆3以进行发电，为局部电网提供电力，同时氢燃料电池堆3发电过程中产生的非热被蓄水池6内的水吸收，从而为居民提供热水供应。
由上述说明可知，本实用新型提出的基于镁基储氢材料的发电站系统结构简单、易于组装，镁基储氢材料密度小、储氢容量高、安全性好，并且在氢气制备和释放中可以得到纯度较高的氢气；另外，使用相变蓄热层和保温层辅助储存MgH2制备过程中释放的热量，并在MgH2分解过程中提供释放热量，从而提高能量利用率；在氢燃料电池堆3发电过程中产生的非热传导至蓄水池6，以为居民提供热水，进一步提高了能量综合利用率。
Claims (10)
1.一种基于镁基储氢材料的发电站系统，其特征在于，所述发电站系统包括：
氢气发生装置，所述氢气发生装置与外部电源相连接，以使用电能制备氢气；
氢气储存装置，所述氢气储存装置通过第一气管与所述氢气发生装置相连接，并且所述氢气储存装置内储存有镁基储氢材料以存储氢气；和
氢燃料电池堆，所述氢燃料电池堆通过第二气管与所述氢气储存装置相连接以发电。
2.根据权利要求1所述的发电站系统，其特征在于，所述氢气发生装置为电解水产氢器、甲醇/乙醇重整产氢器、太阳能光解水产氢器、铝水反应产氢器以及工业废氢净化器中的一种。
3.根据权利要求2所述的发电站系统，其特征在于，所述氢气发生装置内的压力在0.2-30个大气压之间。
4.根据权利要求1所述的发电站系统，其特征在于，所述氢气储存装置包括：
压力容器，所述压力容器内具有镁基储氢材料，所述第一气管伸入到所述镁基储氢材料内，所述第二气管设置在所述镁基储氢材料的上方；
相变蓄热层，所述相变蓄热层包裹在所述压力容器的外侧，所述相变蓄热层由相变蓄热材料制成；和
保温层，所述保温层设置在所述相变蓄热层的外侧。
5.根据权利要求4所述的发电站系统，其特征在于，所述压力容器由不锈钢材料制成。
6.根据权利要求4所述的发电站系统，其特征在于，所述相变蓄热材料为镁铝合金、镁锌合金、硝酸钠、铅合金以及铋合金材料中的一种。
7.根据权利要求4所述的发电站系统，其特征在于，当向所述氢气储存装置中储存氢气时，所述压力容器内的温度在200℃-400℃之间、压力在0.2-30个大气压之间。
8.根据权利要求4所述的发电站系统，其特征在于，所述保温层为电阻丝加热层。
9.根据权利要求1所述的发电站系统，其特征在于，所述镁基储氢材料为镁-石墨、镁-铁、镁-纳米碳管、铁-石墨烯、镁-铜以及镁-镍材料中的一种。
10.根据权利要求1所述的发电站系统，其特征在于，所述发电站系统还包括蓄水池，所述氢燃料电池堆设置在所述蓄水池内以使用发电过程中氢燃料电池产生的热能加热所述蓄水池内的水。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200225 Address after: 201500 building 7, No.228, jingle Road, Langxia Town, Jinshan District, Shanghai (Langxia economic community) Patentee after: Hydrogen storage (Shanghai) Energy Technology Co.,Ltd. Address before: The new town of Pudong New Area Nanhui lake west two road 201306 Shanghai City No. 888 building C Patentee before: SHANGHAI MG POWER TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20221017 Address after: 201306 C, 888, west two road, Nanhui new town, Pudong New Area, Shanghai Patentee after: SHANGHAI MG POWER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 201500 building 7 (Langxia Economic Zone), 228 jingle Road, Langxia Town, Jinshan District, Shanghai Patentee before: Hydrogen storage (Shanghai) Energy Technology Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: Power plant system based on magnesium based hydrogen storage materials Granted publication date: 20180727 Pledgee: Bank of Nanjing Limited by Share Ltd. Shanghai branch Pledgor: SHANGHAI MG POWER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2024310000264 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |