CN213327859U

CN213327859U - 一种水电电解水用制氢设备

Info

Publication number: CN213327859U
Application number: CN202022299485.2U
Authority: CN
Inventors: 李海明; 高小平; 李宝同; 李德润; 倪海宁
Original assignee: Nantong Ansizhuo New Energy Co ltd
Current assignee: Nantong Ansizhuo New Energy Co ltd
Priority date: 2020-10-15
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2021-06-01
Anticipated expiration: 2030-10-15

Abstract

本实用新型涉及清洁能源技术与水电解制氢技术领域，尤其为一种水电电解水用制氢设备，包括水力发电系统、电力储存系统、水电解制氢系统、氢气纯化系统和氢气储存系统，所述水力发电系统的下侧设置有电力储存系统，所述水力发电系统的一侧设置有水电解制氢系统，所述水电解制氢系统的一端设置有氢气纯化系统，所述氢气纯化系统的一端设置有氢气储存系统本实用新型中，通过设置的水力发电系统、电力储存系统、水电解制氢系统、氢气纯化系统，利用弃水发电，解决能源浪费，且电价便宜，现场制氢，利于能源储存。

Description

一种水电电解水用制氢设备

技术领域

本实用新型涉及清洁能源技术与水电解制氢技术领域，具体为一种水电电解水用制氢设备。

背景技术

随着全球变暖和相关环境问题的日益严重，可再生能源的开发变得越来越重要，可再生能源，如风能，太阳能和水能，具有瞬态特性，需要适当的能源管理和储存，根据国家能源局公布的数据，西南地区弃水严重，仅云南、四川两省去年弃水400亿千瓦时，而且水电上网电价远低于风电、光伏电价，氢是一种比其他燃料更适合的储能介质，因为氢的热值很高，氢气的能量密度为140MJ/kg，是典型固体燃料(50MJ/kg)的两倍多，氢通过燃烧产生水，使氢成为一种环保的能源储存，在储氢方面，气态和液态的氢可以储存在压力罐中，也可以储存在固态的金属氧化物中，因此，氢作为能量载体的优势不仅在于它的能量密度高，还在于它可以通过电解水将氢与电相互转化，此外，当制氢量增加时，可以在电网系统中使用氢气。

有几种可用的制氢技术，包括化石燃料的重整、分解和水解，每年大约需要40亿吨氢，其中95％的氢生产来自化石燃料，而化石燃料也会产生二氧化碳。水电解由可再生能源驱动，有望扩大制氢规模，并在水电解过程中实现零二氧化碳排放，因此，将过剩的太阳能，风能和水能转化为氢气是很有前途的，由水电解产生的氢纯度高(99.9％)，也可作为许多工业过程的反应物。

弃水，是指在水电站发电能力下可用来发电，但因各种原因导致实际未用于发电的水量，所弃水水量可发出的电量，就是弃水电量了。根据统计方式，又能分为调峰弃水电量，和装机弃水电量。现在弃水的主要解决途径为主要通过电机发电，通过特高压输电线路，把电力输送到全国各地，作为一种能量储存介质，氢在未来可用于氢加气站和氢压缩天然气，其制氢速率为100-3000nm³/h，对于这些应用，瓶装氢和重整氢是不适用的，水电解利用弃水可再生能源就地产生氢气，不需要运输，可以保证氢气的高效利用，未来，氢作为一种储能介质将得到更广泛的应用，目前，我国弃水的利用亟待解决，而弃水仅可近水源地就地解决，这无疑给水能利用增加了难度。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种水电电解水用制氢设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种水电电解水用制氢设备，包括水力发电系统、电力储存系统、水电解制氢系统、氢气纯化系统和氢气储存系统，所述水力发电系统的下侧设置有电力储存系统，所述水力发电系统的一侧设置有水电解制氢系统，所述水电解制氢系统的一端设置有氢气纯化系统，所述氢气纯化系统的一端设置有氢气储存系统。

优选的，所述水力发电系统包括导水管、水轮机组和发电机，所述导水管与水轮机组连通，所述水轮机组的顶端设置有发电机。

优选的，所述电力储存系统包括采用抽水蓄能或者大型锂电池组蓄能。

优选的，所述水电解制氢系统包括电解槽装置、碱液循环装置和纯水添加装置，所述电解槽装置与碱液循环装置连通，且纯水添加装置与氢气纯化系统连通，所述电解槽装置由多个阴阳极板组成电解小室串联组成，阴阳极板由隔膜分割开；碱液循环随氢气一同离开电解槽装置经后续分离工序与氢气分离，经循环由碱液循环装置流回电解槽。

优选的，所述氢气纯化系统包括氢碱分离装置、氢气清洗装置、氢气干燥装置、第一电磁阀、湿度检测仪、第二电磁阀和第一控制器，所述氢碱分离装置的一端氢气清洗装置，所述氢气清洗装置的一端连通有氢气干燥装置连通，所述氢气干燥装置的一端连通有湿度检测仪，所述湿度检测仪的一端固定连接有第一控制器，所述氢气干燥装置的一端连通有第二电磁阀，所述第二电磁阀的一端连通有第一电磁阀，且第一电磁阀与第二电磁阀和湿度检测仪均连通。

优选的，所述氢气储存系统包括氢气储存罐、报警灯、固定壳、备用电池、第二控制器、固定座、电磁铁、铁板、弹簧、挡块、对射光电、压力传感器和遮挡片，所述第一电磁阀的一端连通有氢气储存罐，所述氢气储存罐的顶端固定连接有压力传感器，所述氢气储存罐的顶端固定连接有报警灯，所述氢气储存罐的左端固定连接有固定壳，所述固定壳的底端内侧固定连接有备用电池，所述固定壳的右端内侧固定连接有第二控制器，所述固定壳的内侧固定连接有固定座，所述固定座的内侧固定连接有电磁铁，所述电磁铁的左侧设置有铁板，所述铁板的左端固定连接有遮挡片，且遮挡片与固定座滑动连接，所述遮挡片的外侧滑动连接有挡块，且挡块与固定座固定连接，所述遮挡片的外侧设置有弹簧，且弹簧的左右两端分别与铁板和挡块固定连接，所述固定壳的左端内侧固定连接有对射光电。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中，通过设置的水力发电系统、电力储存系统、水电解制氢系统、氢气纯化系统，利用弃水发电，解决能源浪费，且电价便宜，现场制氢，利于能源储存。

2、本实用新型中，通过设置的报警灯、备用电池、固定座、电磁铁、弹簧、挡块和对射光电，当压力传感器测试到氢气储存罐内侧的压力快到达设定的数值时，报警灯会对外报警，提醒工作人员及时处理，同时通过备用电池可以保证本装置在意外断电的情况下也不会影响报警灯的正常使用。

3、本实用新型中，通过设置的第一电磁阀、湿度检测仪、第二电磁阀和第一控制器，通过湿度检测仪的对干燥后的氢气进行检测，当氢气湿度达不到标准时，第一电磁阀关闭，第二电磁阀打开，使氢气重新干燥，当氢气湿度达标时，第一电磁阀打开，第二电磁阀关闭，可以保证进入氢气储存罐的氢气是符合标准的。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型固定壳的内部安装结构示意图。

图中：1-水力发电系统、101-导水管、102-水轮机组、103-发电机、2-电力储存系统、3-水电解制氢系统、301-电解槽装置、302-碱液循环装置、303-纯水添加装置、4-氢气纯化系统、401-氢碱分离装置、402-氢气清洗装置、403-氢气干燥装置、404-第一电磁阀、405-湿度检测仪、406-第二电磁阀、407-第一控制器、5-氢气储存系统、501-氢气储存罐、502-报警灯、503-固定壳、504-备用电池、505-第二控制器、506-固定座、507-电磁铁、508-铁板、509-弹簧、510-挡块、511-对射光电、512-压力传感器、513-遮挡片。

具体实施方式

请参阅图1-2，本实用新型提供一种技术方案：

一种水电电解水用制氢设备，包括水力发电系统1、电力储存系统2、水电解制氢系统3、氢气纯化系统4和氢气储存系统5，水力发电系统1的下侧设置有电力储存系统2，水力发电系统1的一侧设置有水电解制氢系统3，水电解制氢系统3的一端设置有氢气纯化系统4，氢气纯化系统4的一端设置有氢气储存系统5。

水力发电系统1包括导水管101、水轮机组102和发电机103，导水管101与水轮机组102连通，水轮机组102的顶端设置有发电机103，电力储存系统2包括采用抽水蓄能或者大型锂电池组蓄能，水电解制氢系统3包括电解槽装置301、碱液循环装置302和纯水添加装置303，电解槽装置301与碱液循环装置302连通，且纯水添加装置303与氢气纯化系统4连通，电解槽装置301由多个阴阳极板组成电解小室串联组成，阴阳极板由隔膜分割开；碱液循环随氢气一同离开电解槽装置301经后续分离工序与氢气分离，经循环由碱液循环装置302流回电解槽，氢气纯化系统4包括氢碱分离装置401、氢气清洗装置402、氢气干燥装置403、第一电磁阀404、湿度检测仪405、第二电磁阀406和第一控制器407，氢碱分离装置401的一端氢气清洗装置402，氢气清洗装置402的一端连通有氢气干燥装置403连通，氢气干燥装置403的一端连通有湿度检测仪405，湿度检测仪405的一端固定连接有第一控制器407，氢气干燥装置403的一端连通有第二电磁阀406，第二电磁阀406的一端连通有第一电磁阀404，且第一电磁阀404与第二电磁阀406和湿度检测仪405均连通，氢气储存系统5包括氢气储存罐501、报警灯502、固定壳503、备用电池504、第二控制器505、固定座506、电磁铁507、铁板508、弹簧509、挡块510、对射光电511、压力传感器512和遮挡片513，第一电磁阀404的一端连通有氢气储存罐501，氢气储存罐501的顶端固定连接有压力传感器512，氢气储存罐501的顶端固定连接有报警灯502，氢气储存罐501的左端固定连接有固定壳503，固定壳503的底端内侧固定连接有备用电池504，固定壳503的右端内侧固定连接有第二控制器505，固定壳503的内侧固定连接有固定座506，固定座506的内侧固定连接有电磁铁507，电磁铁507的左侧设置有铁板508，铁板508的左端固定连接有遮挡片513，且遮挡片513与固定座506滑动连接，遮挡片513的外侧滑动连接有挡块510，且挡块510与固定座506固定连接，遮挡片513的外侧设置有弹簧509，且弹簧509的左右两端分别与铁板508和挡块510固定连接，固定壳503的左端内侧固定连接有对射光电511。

工作流程：水利发电系统采用水轮机组102发电，上游水经过导水管101流进水轮机组102，将势能转换为动能，带动水轮机组102转动，同时转轴带动发电机1转动将机械能转换为电能，电能或者流入水电解制氢系统3，或者储存在电力储存系统2中，电力储存系统2采用抽水蓄能或者大型锂电池组蓄能，其中抽水蓄能是利用水泵将水力抽回上游，转换为势能储存起来；或者经过整流变为直流电存入大型锂电池组，其中电解槽装置301由多个阴阳极板组成电解小室串联组成，阴阳极板由隔膜分割开；碱液循环装置302随氢气一同离开电解槽经后续分离工序与氢气分离，经循环由碱液循环装置流回电解槽装置301；纯水添加装置303主要为系统补充水纯水，电解水产生的氧气经氢碱分离装置401分离后直接放空，氢气经氢碱分离装置401与碱液分离，后经氢气清洗装置402装置、氢气干燥装置403，从氢气干燥装置403出来的氢气会经过湿度检测仪405，通过湿度检测仪405判断氢气湿度是否达到标准，如果氢气湿度达不到标准，则第一控制器407控制第一电磁阀404关闭，控制第二电磁阀406打开，使氢气经过湿度检测仪405以及第二电磁阀406回流到氢气干燥装置403的内侧重新干燥，如果氢气湿度达到标准，则第一控制器407控制第一电磁阀404打开，控制第二电磁阀406关闭，使氢气经过第一电磁阀404进入氢气储存罐501的内侧，使纯度较高的氢气进去氢气储存罐501储存，氢气储存的方式为中高压储存，同时压力传感器512会对氢气储存罐501内侧的压强实时监测，当氢气储存罐501内侧的压强到达设定的值时，报警灯502对外报警，提醒工作人员及时进行处理，同时备用电池504与对射光电511、压力传感器512、第二控制器505以及报警灯502电性连接，当与射光电511、第二控制器505、电磁铁507以及报警灯502连接的外接电线断路时，电磁铁507不通电失去磁性，此时电磁铁507不对铁板508进行吸引，然后弹簧509带动遮挡片513移动进对射光电511之间，接着第二控制器505控制备用电池504工作，保证压力传感器512和报警灯502的正常进行。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种水电电解水用制氢设备，包括水力发电系统(1)、电力储存系统(2)、水电解制氢系统(3)、氢气纯化系统(4)和氢气储存系统(5)，其特征在于：所述水力发电系统(1)的下侧设置有电力储存系统(2)，所述水力发电系统(1)的一侧设置有水电解制氢系统(3)，所述水电解制氢系统(3)的一端设置有氢气纯化系统(4)，所述氢气纯化系统(4)的一端设置有氢气储存系统(5)。

2.根据权利要求1所述的一种水电电解水用制氢设备，其特征在于：所述水力发电系统(1)包括导水管(101)、水轮机组(102)和发电机(103)，所述导水管(101)与水轮机组(102)连通，所述水轮机组(102)的顶端设置有发电机(103)。

3.根据权利要求1所述的一种水电电解水用制氢设备，其特征在于：所述电力储存系统(2)包括采用抽水蓄能或者大型锂电池组蓄能。

4.根据权利要求1所述的一种水电电解水用制氢设备，其特征在于：所述水电解制氢系统(3)包括电解槽装置(301)、碱液循环装置(302)和纯水添加装置(303)，所述电解槽装置(301)与碱液循环装置(302)连通，且纯水添加装置(303)与氢气纯化系统(4)连通，所述电解槽装置(301)由多个阴阳极板组成电解小室串联组成，阴阳极板由隔膜分割开；碱液循环随氢气一同离开电解槽装置(301)经后续分离工序与氢气分离，经循环由碱液循环装置(302)流回电解槽。

5.根据权利要求1所述的一种水电电解水用制氢设备，其特征在于：所述氢气纯化系统(4)包括氢碱分离装置(401)、氢气清洗装置(402)、氢气干燥装置(403)、第一电磁阀(404)、湿度检测仪(405)、第二电磁阀(406)和第一控制器(407)，所述氢碱分离装置(401)的一端氢气清洗装置(402)，所述氢气清洗装置(402)的一端连通有氢气干燥装置(403)连通，所述氢气干燥装置(403)的一端连通有湿度检测仪(405)，所述湿度检测仪(405)的一端固定连接有第一控制器(407)，所述氢气干燥装置(403)的一端连通有第二电磁阀(406)，所述第二电磁阀(406)的一端连通有第一电磁阀(404)，且第一电磁阀(404)与第二电磁阀(406)和湿度检测仪(405)均连通。

6.根据权利要求5所述的一种水电电解水用制氢设备，其特征在于：所述氢气储存系统(5)包括氢气储存罐(501)、报警灯(502)、固定壳(503)、备用电池(504)、第二控制器(505)、固定座(506)、电磁铁(507)、铁板(508)、弹簧(509)、挡块(510)、对射光电(511)、压力传感器(512)和遮挡片(513)，所述第一电磁阀(404)的一端连通有氢气储存罐(501)，所述氢气储存罐(501)的顶端固定连接有压力传感器(512)，所述氢气储存罐(501)的顶端固定连接有报警灯(502)，所述氢气储存罐(501)的左端固定连接有固定壳(503)，所述固定壳(503)的底端内侧固定连接有备用电池(504)，所述固定壳(503)的右端内侧固定连接有第二控制器(505)，所述固定壳(503)的内侧固定连接有固定座(506)，所述固定座(506)的内侧固定连接有电磁铁(507)，所述电磁铁(507)的左侧设置有铁板(508)，所述铁板(508)的左端固定连接有遮挡片(513)，且遮挡片(513)与固定座(506)滑动连接，所述遮挡片(513)的外侧滑动连接有挡块(510)，且挡块(510)与固定座(506)固定连接，所述遮挡片(513)的外侧设置有弹簧(509)，且弹簧(509)的左右两端分别与铁板(508)和挡块(510)固定连接，所述固定壳(503)的左端内侧固定连接有对射光电(511)。