CN217602729U - 一种新能源发电与制氢联合系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新能源发电与制氢联合系统，包括太阳能子系统、布雷顿循环系统、余热回收利用系统、电解水制氢系统及压缩空气储能系统，其中，太阳能子系统的放热侧与布雷顿循环系统的吸热侧及压缩空气储能系统的吸热侧相连接，压缩空气储能系统的出口及布雷顿循环系统的出口与余热回收利用系统的入口相连接，布雷顿循环系统的输出端与电解水制氢系统的电源接口相连接，余热回收利用系统的输出端与压缩空气储能系统的电源接口相连接，该系统能够缓解太阳能发电的短板，解决电网调峰难，合理利用资源，充分的利用电力。

Description

一种新能源发电与制氢联合系统

技术领域

本实用新型属于储能技术领域，涉及一种新能源发电与制氢联合系统。

背景技术

随着工业的快速发展，我们国家现在面临着严重的空气污染和环境问题，国家应该对传统工业进行清洁可再生技术改革，但是，在大多数国家中清洁可再生能源的使用处于萌芽状态。然而，太阳能发电技术的出现为人们提供了可行办法。但是，太阳能发电技术存在出力间歇性，容易受地理条件制约。储能技术的出现刚好弥补了太阳能技术的缺点，其中压缩空气储能是未来重要的形势之一。

氢气是一种绿色无污染的能源，其燃烧后能产生水。目前国内制氢的方法主要为化石燃料制氢法、甲醇重整制氢法、工业副产品制氢法和电解水制氢法。目前，国内外利用电解水制氢的技术相对成熟，效率高，制氢过程简单。随着氢能技术的越来越成熟，氢能资源将在未来越来越受欢迎。目前还没有相关专利把氢能制造和新能源技术以及储能技术结合的专利。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种新能源发电与制氢联合系统，该系统能够缓解太阳能发电的短板，解决电网调峰难，合理利用资源，充分的利用电力。

为达到上述目的，本实用新型所述的新能源发电与制氢联合系统包括太阳能子系统、布雷顿循环系统、余热回收利用系统、电解水制氢系统及压缩空气储能系统，其中，太阳能子系统的放热侧与布雷顿循环系统的吸热侧及压缩空气储能系统的吸热侧相连接，压缩空气储能系统的出口及布雷顿循环系统的出口与余热回收利用系统的入口相连接，布雷顿循环系统的输出端与电解水制氢系统的电源接口相连接，余热回收利用系统的输出端与压缩空气储能系统的电源接口相连接。

所述布雷顿循环系统包括太阳能换热器、第一空压机电机、第一空压机、燃气轮机、第一发电机、第一预热器及ORC入口三通；

余热回收利用系统包括透平机、蒸发器、工质泵、冷凝器、第二发电机；

压缩空气储能系统包括高温换热器、第二空压机电机、A空压机、B空压机、C空压机、A冷却器、B冷却器、C冷却器、冷水泵出口四通、热水箱、第二预热器、冷水箱、储气室、节流阀、回热器、第三发电机及蓄热式燃气轮机；

太阳能子系统高温换热器的放热侧及太阳能换热器的一次侧相连通；

第一空压机的出口依次经第一预热器的一次侧及太阳能换热器的二次侧与燃气轮机的入口相连通，燃气轮机的出口经第一预热器的二次侧与ORC入口三通的第一个开口相连通，ORC入口三通的第二个开口与蒸发器的壳侧相连通；

第一空压机电机、第一空压机、燃气轮机及第一发电机相连接；

透平机的出口依次经冷凝器、工质泵及蒸发器的管侧与透平机的入口相连通；

透平机的输出轴与第二发电机的驱动轴相连接，第二发电机的输出端与电解水制氢系统的电源接口相连通；

第一发电机的输出端与第二空压机电机相连接，第二空压机电机与A空压机、B空压机及C空压机相连接；

A空压机的出口依次经A冷却器的管侧、B空压机、B冷却器的管侧、C空压机及C冷却器的管侧与储气室的入口相连通，储气室的出口经节流阀、第二预热器的一次侧、回热器的管侧及高温换热器的二次侧与蓄热式燃气轮机的入口相连通，蓄热式燃气轮机的出口经回热器的壳侧与ORC入口三通的第三个开口相连通；

冷水箱的出口经冷水泵出口四通分别与A冷却器的壳侧入口、B冷却器的壳侧入口及C冷却器的壳侧入口相连通，A冷却器的壳侧出口、B冷却器的壳侧出口及C冷却器的壳侧出口与热水箱的入口相连通，热水箱的出口经第二预热器的二次侧与冷水箱的入口相连通；

蓄热式燃气轮机的输出轴与第三发电机的驱动轴相连接。

太阳能子系统包括吸收塔、蓄热式换热器、吸收塔出口三通、吸收塔入口三通、太阳能泵、冷盐循环泵、冷盐箱、热盐循环泵及热盐箱；

吸收塔的出口与吸收塔出口三通的第一个开口相连通，吸收塔出口三通的第二个开口经蓄热式换热器的一次侧与热盐箱的入口相连通，热盐箱的出口经热盐循环泵及高温换热器的放热侧与冷盐箱的入口相连通，冷盐箱的出口经冷盐循环泵及蓄热式换热器的二次侧与吸收塔入口三通的第一个开口相连通，吸收塔入口三通的第二个开口与吸收塔的入口相连通；

吸收塔出口三通的第三个开口经太阳能换热器的一次侧及太阳能泵与吸收塔入口三通的第三个开口相连通。

吸收塔的周围布置有若干定日镜。

电解水制氢系统包括水箱、电解槽、氢气罐、气水分离器及氧气罐；第二发电机的输出端与电解槽的电源接口相连通，进水管道与水箱的入口相连通，水箱的出口与电解槽的进水口相连通，电解槽的氢气出口与氢气罐的入口相连通，电解槽的氧气出口与气水分离器的入口相连通，气水分离器的气体出口与氧气罐的入口相连通，气水分离器的液体出口与水箱的入口相连通。

第一空压机电机、第一空压机、燃气轮机及第一发电机同轴布置。

第二空压机电机与A空压机、B空压机及C空压机同轴布置。

冷水箱的出口经冷水泵及冷水泵出口四通分别与A冷却器的壳侧入口、B冷却器的壳侧入口及C冷却器的壳侧入口相连通，A冷却器的壳侧出口、B冷却器的壳侧出口及C冷却器的壳侧出口与热水箱的入口相连通；

热水箱的出口经热水泵及第二预热器的二次侧与冷水箱的入口相连通。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型所述的新能源发电与制氢联合系统在具体操作时，太阳能子系统的放热侧与布雷顿循环系统的吸热侧及压缩空气储能系统的吸热侧相连接，通过压缩空气储能系统对能量进行存储及利用缓解太阳能发电的短板，解决电网调峰难的问题，压缩空气储能系统的出口及布雷顿循环系统的出口与余热回收利用系统的入口相连接，余热回收利用系统的输出端与压缩空气储能系统的电源接口相连接，实现资源的合理利用，充分利用电力，以实现太阳能、压缩空气储能与电解水氢的有效结合。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中，1为吸收塔、2为定日镜、3为蓄热式换热器、4为吸收塔出口三通、5为太阳能换热器、6为吸收塔入口三通、7为太阳能泵7、8为冷盐循环泵、9为冷盐箱、10为高温换热器、11为热盐循环泵、12为热盐箱、13为第一空压机电机、14为第一空压机、15为燃气轮机、16为第一发电机、17为第一预热器、18为ORC入口三通、19为透平机、20为蒸发器、21为工质泵、22为冷凝器、23为第二发电机、24为水箱、25为电解槽、26为氢气罐、27为气水分离器、28为氧气罐、29为第二空压机电机、30为A空压机、31为B空压机、32为C空压机、33为A冷却器、34为B冷却器、35为C冷却器、36为冷水泵出口四通、37为冷水泵、38为热水箱、39为热水泵、40为第二预热器、41为冷水箱、42为储气室、43为节流阀、44为回热器、45为第三发电机、46为蓄热式燃气轮机。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本实用新型公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本实用新型公开的概念。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

在附图中示出了根据本实用新型公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

参考图1，本实用新型所述的新能源发电与制氢联合系统包括吸收塔1、定日镜2、蓄热式换热器3、吸收塔出口三通4、太阳能换热器5、吸收塔入口三通6、太阳能泵7、冷盐循环泵8、冷盐箱9、高温换热器10、热盐循环泵11、热盐箱12、第一空压机电机13、第一空压机14、燃气轮机15、第一发电机16、第一预热器17、ORC入口三通18、透平机19、蒸发器20、工质泵21、冷凝器22、第二发电机23、水箱24、电解槽25、氢气罐26、气水分离器27、氧气罐28、第二空压机电机29、A空压机30、B空压机31、C空压机32、A冷却器33、B冷却器34、C冷却器35、冷水泵出口四通36、冷水泵37、热水箱38、热水泵39、第二预热器40、冷水箱41、储气室42、节流阀43、回热器44、第三发电机45及蓄热式燃气轮机46；

吸收塔1的出口与吸收塔出口三通4的第一个开口相连通，吸收塔出口三通4的第二个开口经蓄热式换热器3的一次侧与热盐箱12的入口相连通，热盐箱12的出口经热盐循环泵11及高温换热器10的放热侧与冷盐箱9的入口相连通，冷盐箱9的出口经冷盐循环泵8及蓄热式换热器3的二次侧与吸收塔入口三通6的第一个开口相连通，吸收塔入口三通6的第二个开口与吸收塔1的入口相连通；

吸收塔出口三通4的第三个开口经太阳能换热器5的一次侧及太阳能泵7与吸收塔入口三通6的第三个开口相连通；

第一空压机14的出口依次经第一预热器17的一次侧及太阳能换热器5的二次侧与燃气轮机15的入口相连通，燃气轮机15的出口经第一预热器17的二次侧与ORC入口三通18的第一个开口相连通，ORC入口三通18的第二个开口与蒸发器20的壳侧相连通；

第一空压机电机13、第一空压机14、燃气轮机15及第一发电机16同轴布置；

透平机19的出口依次经冷凝器22、工质泵21及蒸发器20的管侧与透平机19的入口相连通；

透平机19的输出轴与第二发电机23的驱动轴相连接，第二发电机23的输出端与电解槽25的电源接口相连通，进水管道与水箱24的入口相连通，水箱24的出口与电解槽25的进水口相连通，电解槽25的氢气出口与氢气罐26的入口相连通，电解槽25的氧气出口与气水分离器27的入口相连通，气水分离器27的气体出口与氧气罐28的入口相连通，气水分离器27的液体出口与水箱24的入口相连通；

第一发电机16的输出端与第二空压机电机29相连接，第二空压机电机29与A空压机30、B空压机31及C空压机32同轴布置；

A空压机30出口依次经A冷却器33的管侧、B空压机31、B冷却器34的管侧、C空压机32及C冷却器35的管侧与储气室42的入口相连通，储气室42的出口经节流阀43、第二预热器40的一次侧、回热器44的管侧及高温换热器10的二次侧与蓄热式燃气轮机46的入口相连通，蓄热式燃气轮机46的出口经回热器44的壳侧与ORC入口三通18的第三个开口相连通；

冷水箱41的出口经冷水泵37及冷水泵出口四通36分别与A冷却器33的壳侧入口、B冷却器34的壳侧入口及C冷却器35的壳侧入口相连通，A冷却器33的壳侧出口、B冷却器34的壳侧出口及C冷却器35的壳侧出口与热水箱38的入口相连通，热水箱38的出口经热水泵39及第二预热器40的二次侧与冷水箱41的入口相连通。

蓄热式燃气轮机46的输出轴与第三发电机45的驱动轴相连接。

吸收塔1的周围布置有若干定日镜2。

本实用新型的具体工作过程为：

为使吸收塔1能够多吸收并储存热量，吸收塔1中的工质为混合熔融盐，熔盐在吸收塔1内吸收大量的热能，然后流到吸收塔出口三通4处，其中一部分被送入蓄热式换热器3；主要部分被输送到太阳能换热器5，以启动布雷顿循环。当在太阳能较弱的情况下，所有的太阳能热量完全输送到太阳能换热器5中，不需要储存在熔融盐中。

空气进入第一空压机14中被压缩加压，然后流入第一预热器17中进行预热，为使空气具有一定的温度和压力，继续流入到太阳能换热器5中，以获得更高的温度，随后进入燃气轮机15，以推动燃气轮机15带动第一发电机16发电，其中一部分电力上国家电网，另一部分电力用于第二空压机电机29使用，做完功的乏汽进行余热利用。

在白天，燃气轮机15的排汽进入到蒸发器20中加热有机工质；在夜间，蓄热式燃气轮机46的排汽进入蒸发器20中加热工质。被加热的有机工质进入透平机19中推动透平机19转动，以带动第二发电机23发电，第二发电机23产生的电能用于电解水制氢。做完功的有机工质进入冷凝器22中被冷却，随后通过工质泵21送到蒸发器20中。

水被输送到水箱24，然后被输送到电解槽25，水和电解水溶液在电解槽25中发生氧化还原反应。其中，在阴极处产生氢气，并存储在氢气罐26中；在阳极处产生水和氧的混合物，然后通过气水分离器27分离，其中，分离出来的氧气存储在氧气罐28中，分离出来的水回流到水箱24中。

另外，空气经过A空压机30、B空压机31及C空压机32压缩后被存储在储气室42，其中，在压缩的同时，通过A冷却器33、B冷却器34及C冷却器35冷却对应空压机出口处的气流，以提高压缩比和空压机的效率。

其中，A冷却器33、B冷却器34及C冷却器35的冷源为来自冷水箱41输出的冷却水，冷却水吸热后进入到热水箱38中，用于厂区内生活用水、供热、电解水制氢的水源和加热压缩空气。

在夜间，储气室42中的压缩空气经过节流阀43进入第二预热器40，并由热水箱38的水流加热。然后，流入回热器44，并被蓄热式燃气轮机46的排气加热，并流入高温换热器10，然后进入蓄热式燃气轮机46做功，带动第三发电机45发电。

Claims (8)

1.一种新能源发电与制氢联合系统，其特征在于，包括太阳能子系统、布雷顿循环系统、余热回收利用系统、电解水制氢系统及压缩空气储能系统，其中，太阳能子系统的放热侧与布雷顿循环系统的吸热侧及压缩空气储能系统的吸热侧相连接，压缩空气储能系统的出口及布雷顿循环系统的出口与余热回收利用系统的入口相连接，布雷顿循环系统的输出端与电解水制氢系统的电源接口相连接，余热回收利用系统的输出端与压缩空气储能系统的电源接口相连接。

2.根据权利要求1所述的新能源发电与制氢联合系统，其特征在于，所述布雷顿循环系统包括太阳能换热器(5)、第一空压机电机(13)、第一空压机(14)、燃气轮机(15)、第一发电机(16)、第一预热器(17)及ORC入口三通(18)；

余热回收利用系统包括透平机(19)、蒸发器(20)、工质泵(21)、冷凝器(22)、第二发电机(23)；

压缩空气储能系统包括高温换热器(10)、第二空压机电机(29)、A空压机(30)、B空压机(31)、C空压机(32)、A冷却器(33)、B冷却器(34)、C冷却器(35)、冷水泵出口四通(36)、热水箱(38)、第二预热器(40)、冷水箱(41)、储气室(42)、节流阀(43)、回热器(44)、第三发电机(45)及蓄热式燃气轮机(46)；

太阳能子系统高温换热器(10)的放热侧及太阳能换热器(5)的一次侧相连通；

第一空压机(14)的出口依次经第一预热器(17)的一次侧及太阳能换热器(5)的二次侧与燃气轮机(15)的入口相连通，燃气轮机(15)的出口经第一预热器(17)的二次侧与ORC入口三通(18)的第一个开口相连通，ORC入口三通(18)的第二个开口与蒸发器(20)的壳侧相连通；

第一空压机电机(13)、第一空压机(14)、燃气轮机(15)及第一发电机(16)相连接；

透平机(19)的出口依次经冷凝器(22)、工质泵(21)及蒸发器(20)的管侧与透平机(19)的入口相连通；

透平机(19)的输出轴与第二发电机(23)的驱动轴相连接，第二发电机(23)的输出端与电解水制氢系统的电源接口相连通；

第一发电机(16)的输出端与第二空压机电机(29)相连接，第二空压机电机(29)与A空压机(30)、B空压机(31)及C空压机(32)相连接；

A空压机(30)出口依次经A冷却器(33)的管侧、B空压机(31)、B冷却器(34)的管侧、C空压机(32)及C冷却器(35)的管侧与储气室(42)的入口相连通，储气室(42)的出口经节流阀(43)、第二预热器(40)的一次侧、回热器(44)的管侧及高温换热器(10)的二次侧与蓄热式燃气轮机(46)的入口相连通，蓄热式燃气轮机(46)的出口经回热器(44)的壳侧与ORC入口三通(18)的第三个开口相连通；

冷水箱(41)的出口经冷水泵出口四通(36)分别与A冷却器(33)的壳侧入口、B冷却器(34)的壳侧入口及C冷却器(35)的壳侧入口相连通，A冷却器(33)的壳侧出口、B冷却器(34)的壳侧出口及C冷却器(35)的壳侧出口与热水箱(38)的入口相连通，热水箱(38)的出口经第二预热器(40)的二次侧与冷水箱(41)的入口相连通；

蓄热式燃气轮机(46)的输出轴与第三发电机(45)的驱动轴相连接。

3.根据权利要求2所述的新能源发电与制氢联合系统，其特征在于，太阳能子系统包括吸收塔(1)、蓄热式换热器(3)、吸收塔出口三通(4)、吸收塔入口三通(6)、太阳能泵(7)、冷盐循环泵(8)、冷盐箱(9)、热盐循环泵(11)及热盐箱(12)；

吸收塔(1)的出口与吸收塔出口三通(4)的第一个开口相连通，吸收塔出口三通(4)的第二个开口经蓄热式换热器(3)的一次侧与热盐箱(12)的入口相连通，热盐箱(12)的出口经热盐循环泵(11)及高温换热器(10)的放热侧与冷盐箱(9)的入口相连通，冷盐箱(9)的出口经冷盐循环泵(8)及蓄热式换热器(3)的二次侧与吸收塔入口三通(6)的第一个开口相连通，吸收塔入口三通(6)的第二个开口与吸收塔(1)的入口相连通；

吸收塔出口三通(4)的第三个开口经太阳能换热器(5)的一次侧及太阳能泵(7)与吸收塔入口三通(6)的第三个开口相连通。

4.根据权利要求3所述的新能源发电与制氢联合系统，其特征在于，吸收塔(1)的周围布置有若干定日镜(2)。

5.根据权利要求2所述的新能源发电与制氢联合系统，其特征在于，电解水制氢系统包括水箱(24)、电解槽(25)、氢气罐(26)、气水分离器(27)及氧气罐(28)；第二发电机(23)的输出端与电解槽(25)的电源接口相连通，进水管道与水箱(24)的入口相连通，水箱(24)的出口与电解槽(25)的进水口相连通，电解槽(25)的氢气出口与氢气罐(26)的入口相连通，电解槽(25)的氧气出口与气水分离器(27)的入口相连通，气水分离器(27)的气体出口与氧气罐(28)的入口相连通，气水分离器(27)的液体出口与水箱(24)的入口相连通。

6.根据权利要求2所述的新能源发电与制氢联合系统，其特征在于，第一空压机电机(13)、第一空压机(14)、燃气轮机(15)及第一发电机(16)同轴布置。

7.根据权利要求2所述的新能源发电与制氢联合系统，其特征在于，第二空压机电机(29)与A空压机(30)、B空压机(31)及C空压机(32)同轴布置。

8.根据权利要求2所述的新能源发电与制氢联合系统，其特征在于，冷水箱(41)的出口经冷水泵(37)及冷水泵出口四通(36)分别与A冷却器(33)的壳侧入口、B冷却器(34)的壳侧入口及C冷却器(35)的壳侧入口相连通，A冷却器(33)的壳侧出口、B冷却器(34)的壳侧出口及C冷却器(35)的壳侧出口与热水箱(38)的入口相连通；

热水箱(38)的出口经热水泵(39)及第二预热器(40)的二次侧与冷水箱(41)的入口相连通。

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