CN219513803U - 复合制氢用氢与多能联供系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种复合制氢用氢与多能联供系统，包括：供电及配电装置，用于以预设的电量分配比例向至少两个制氢装置供电；所述至少两个制氢装置，与所述供电及配电装置连接，用于分别以与所述电量分配比例相应的制氢分配比例，来制造氢气。本申请解决了相关技术中氢气利用率较低的技术问题。

Description

复合制氢用氢与多能联供系统

技术领域

本申请涉及能源领域，具体而言，涉及一种复合制氢用氢与多能联供系统。

背景技术

氢能是一种能量密度高、应用场景丰富、灵活高效的二次能源，具有热值高、来源多样及适于大容量、长时间存储等特性。因此，对于具有波动性、间断性以及季节性的大量弃风、弃光资源，氢能是一种理想的能量储存介质。

采用氢储能技术可以有效解决我国可再生能源消纳及并网稳定性问题。通过弃风、弃光生产的电力电解水制氢实现电氢转换，合理利用风光能源，同时平抑可再生能源并网波动，实现能源的时空平移。

目前，利用可再生能源制氢的氢能综合能源系统主要采用单一类型制氢设备和用氢设备，所制备的氢气通过燃料电池的利用率最高可达90％左右，仍存在一定提升空间，系统的热管理通常面临跨温区的热调节需求，从而导致系统热管理结构复杂。

针对上述问题，尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本申请的主要目的在于提供一种复合制氢用氢与多能联供系统，以解决现有技术中氢气利用率较低的问题。

为了实现上述目的，本申请提供了一种复合制氢用氢与多能联供系统，包括：供电及配电装置，用于以预设的电量分配比例向至少两个制氢装置供电；所述至少两个制氢装置，与所述供电及配电装置连接，用于分别以与所述电量分配比例相应的制氢分配比例，来制造氢气。

应用本申请的技术方案，供电及配电装置以预设的电量分配比例向多个制氢装置供电，多个制氢装置分别以与所述电量分配比例相应的制氢分配比例来制造氢气，从而能够充分利用氢气，解决了相关技术中氢气利用率较低的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例公开的一种复合制氢用氢与多能联供系统的结构示意图；

图2是本申请实施例公开的另一种复合制氢用氢与多能联供系统的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

100、供电及配电装置；200、制氢装置；102、供电装置；104、配电装置；300、氢负荷装置；1、光伏发电装置；2、风力发电装置；3、质子交换膜电解水制氢装置；4、碱性电解水制氢装置；6、质子交换膜燃料电池；7、碱性燃料电池；5、储氢装置；8、催化燃烧器；13、电负荷装置；14、热负荷装置；15、其他氢负荷装置；16、直流母线；9、第一换热装置；10、第二换热装置；11、第三换热装置；12、第四换热装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

实施例1

本申请实施例提供了一种复合制氢用氢与多能联供系统，如图1所示，该复合制氢用氢与多能联供系统包括供电及配电装置100和多个制氢装置200。

供电及配电装置100用于以预设的电量分配比例向至少两个制氢装置供电；制氢装置200与所述供电及配电装置100连接，用于分别以与所述电量分配比例相应的制氢分配比例，来制造氢气。

其中，所述供电及配电装置100包括供电装置102和配电装置104。供电装置102包括光伏发电装置和风力发电装置，分别用于通过光伏和风力产生电能，并将所产生的电能汇聚至配电装置104；配电装置104，与所述供电装置102连接，为直流母线，用于将所述电能以所述预设的电量分配比例分配至所述至少两个制氢装置200。

所述制氢装置200包括质子交换膜电解水制氢装置3和碱性电解水制氢装置4，其中，质子交换膜电解水制氢装置3与所述配电装置104连接，用于基于所分配的电能利用质子交换膜来电解水生成氢气；碱性电解水制氢装置4与所述配电装置104连接，用于基于所分配的电能在碱性环境下电解水来生成氢气。

该系统还包括储氢装置5、氢负荷装置300、电负荷装置13。

储氢装置5与制氢装置200连接，用于存储所述质子交换膜电解水制氢装置3生成的氢气以及所述碱性电解水制氢装置4生成的氢气，并按照预设的供氢量分配比例向氢负荷装置300输出氢气。氢负荷装置300与所述储氢装置5连接，用于基于所述储氢装置5输出的氢气进行工作。

在一个示例中，氢负荷装置300可以包括质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池，用于基于所述储氢装置按所述供氢量分配比例输出的氢气产生电能。本实施例中，仅示出一个氢负荷装置和一个储氢装置，在其他的一些示例中，氢负荷装置和储氢装置可以为多个。

电负荷装置13与氢负荷装置300连接，用于基于所述电能进行操作。

所述系统还包括催化燃烧器8、热负荷装置14和换热装置(未示出)。催化燃烧器8与所述氢负荷装置300例如质子交换膜燃料电池和所述碱性燃料电池连接，用于通过催化燃烧反应来将所述质子交换膜燃料电池和所述碱性燃料电池多次循环利用后剩余的氢气转换为热能。热负荷装置14与所述催化燃烧器8连接，用于基于所述热能进行操作。

本实施例中，通过在质子交换膜燃料电池和所述碱性燃料电池后接催化燃烧器的方式，提升了氢气利用率和供热品质。此外，本实施例联合对制氢、用氢设备进行热管理，进一步提高了氢气的利用率。

在一个示例中，所述热负荷装置14与所述系统中的换热装置并联连接，对所述换热装置进行热管理。其中，所述质子交换膜电解水制氢装置、所述碱性电解水制氢装置、所述质子交换膜燃料电池和所述碱性燃料电池并联连接。

在一个示例中，所述质子交换膜电解水制氢装置3、所述碱性电解水制氢装置4、氢负荷装置300中的例如所述质子交换膜燃料电池和所述碱性燃料电池、以及所述热负荷装置14形成共温区。

本实施例，通过共温区的质子交换膜电解水制氢装置3、碱性电解水制氢装置4和共温区的质子交换膜燃料电池6、碱性燃料电池7联合构建的方式，提高了氢气的利用率。

在所述共温区中，当所述共温区内的所述质子交换膜电解水制氢装置、所述碱性电解水制氢装置、所述质子交换膜燃料电池或所述碱性燃料电池的温度小于预设的温度阈值时，通过所述热负荷装置向所述换热装置供热。

在所述共温区中，当所述质子交换膜电解水制氢装置、所述碱性电解水制氢装置、所述质子交换膜燃料电池或所述碱性燃料电池的温度大于等于所述预设的温度阈值时，通过所述换热装置回收热量并将所回收的热量供给至所述热负荷装置。

本实用新型提供了一种复合制氢用氢与多能联供系统，通过共温区制氢与用氢的方式建立一种复合氢能系统，并结合催化燃烧技术和热管理技术提出该系统的电、热、氢多能联供方法，从而提高了请利用率。

实施例2

本申请实施例提供了另一种复合制氢用氢与多能联供系统，如图2所示，该系统包括光伏发电装置1、风力发电装置2、质子交换膜电解水制氢装置3、碱性电解水制氢装置4、质子交换膜燃料电池6、碱性燃料电池7、储氢装置5、催化燃烧器8、电负荷装置13、热负荷装置14、其他氢负荷装置15、直流母线16和换热装置，其中，本实施例中，换热装置包括第一换热装置9、第二换热装置10、第三换热装置11和第四换热装置12。

由光伏发电装置1和风力发电装置2产生的电能汇聚至直流母线16，再由直流母线16分配至质子交换膜电解水制氢装置3和碱性电解水制氢装置4，通过电量的分配调节质子交换膜电解水制氢装置3和碱性电解水制氢装置4的制氢分配比例。

质子交换膜电解水制氢装置3和碱性电解水制氢装置4产生的氢气储存于储氢装置5中。储氢装置5用于向质子交换膜燃料电池6、碱性燃料电池7以及其他氢负荷装置15供氢。本实施例通过调节向两种燃料电池的供氢量分配比例，实现了成本与产电水平兼顾的效果。

质子交换膜燃料电池6、碱性燃料电池7产生的电量可供给电负荷装置13使用，由于氢气在质子交换膜燃料电池6、碱性燃料电池7中经过一次利用后约有20％左右剩余氢气排出，即使多次循环利用后仍有5％左剩余氢气排出，因此，本实施例将质子交换膜燃料电池6、碱性燃料电池7的余氢通入催化燃烧器8中，通过催化燃烧反应可获得大量高品位热能，以用于提高供给给热负荷装置14的热能温度，并实现氢气的近100％高效利用。

由于质子交换膜电解水制氢装置3、碱性电解水制氢装置4、质子交换膜燃料电池6、碱性燃料电池7的工作温度均在60至90℃温区范围内，可以通过换热装置例如第一换热装置9、第二换热装置10、第三换热装置11和第四换热装置12并联的方式对制氢、用氢装置例如质子交换膜电解水制氢装置3、碱性电解水制氢装置4、质子交换膜燃料电池6、碱性燃料电池7进行热管理。例如，当质子交换膜电解水制氢装置3、碱性电解水制氢装置4、质子交换膜燃料电池6、碱性燃料电池7温度过低时，可通过热负荷装置14向通过换热装置向质子交换膜电解水制氢装置3、碱性电解水制氢装置4、质子交换膜燃料电池6、碱性燃料电池7供热，而当质子交换膜电解水制氢装置3、碱性电解水制氢装置4、质子交换膜燃料电池6、碱性燃料电池7温度过高时，可通过换热装置回收热量并供给至热负荷装置14。

本实施例提出的一种复合制氢用氢与多能联供系统具有以下优点：通过共温区的质子交换膜电解水制氢装置、碱性电解水制氢装置和共温区的质子交换膜燃料电池、碱性燃料电池联合构建的方式，可实现成本与制氢电耗、燃料电池产电效率方面的兼顾；将余氢通入催化燃烧器中，通过催化燃烧反应可获得大量高品位热能用于提高供给给热负荷的热能温度，并实现氢气的近100％高效利用。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种复合制氢用氢与多能联供系统，其特征在于，包括：

供电及配电装置，用于以预设的电量分配比例向至少两个制氢装置供电；

所述至少两个制氢装置，与所述供电及配电装置连接，用于分别以与所述电量分配比例相应的制氢分配比例，来制造氢气；

其中，所述供电及配电装置包括：

供电装置，包括光伏发电装置和风力发电装置，分别用于通过光伏和风力产生电能，并将所产生的电能汇聚至配电装置；

配电装置，为直流母线，与所述供电装置连接，用于将所述电能以所述预设的电量分配比例分配至所述至少两个制氢装置；其中，所述至少两个制氢装置包括：

质子交换膜电解水制氢装置，与所述配电装置连接，用于基于所分配的电能、利用质子交换膜来电解水来生成氢气；

碱性电解水制氢装置，与所述配电装置连接，用于基于所分配的电能、在碱性环境下电解水来生成氢气；其中，所述系统还包括：

储氢装置，与所述至少两个制氢装置连接，用于存储所述质子交换膜电解水制氢装置生成的氢气以及所述碱性电解水制氢装置生成的氢气，并按照预设的供氢量分配比例向至少一个氢负荷装置输出氢气；

所述至少一个氢负荷装置，与所述储氢装置连接，用于基于所述储氢装置输出的氢气进行工作；

其中，

所述至少一个氢负荷装置包括：质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池，用于基于所述储氢装置按所述供氢量分配比例输出的氢气产生电能；

所述系统还包括电负荷装置，与所述至少一个氢负荷装置连接，用于基于所述电能进行操作。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

催化燃烧器，与所述质子交换膜燃料电池和所述碱性燃料电池连接，用于通过催化燃烧反应来将所述质子交换膜燃料电池和所述碱性燃料电池多次循环利用后剩余的氢气转换为热能；

热负荷装置，与所述催化燃烧器连接，用于基于所述热能进行操作。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述热负荷装置与所述系统中的换热装置并联连接，对所述换热装置进行热管理。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述质子交换膜电解水制氢装置、所述碱性电解水制氢装置、所述质子交换膜燃料电池、所述碱性燃料电池和所述热负荷装置形成共温区。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，在所述共温区中，当所述共温区内的所述质子交换膜电解水制氢装置、所述碱性电解水制氢装置、所述质子交换膜燃料电池或所述碱性燃料电池的温度小于预设的温度阈值时，通过所述热负荷装置向所述换热装置供热。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，在所述共温区中，当所述质子交换膜电解水制氢装置、所述碱性电解水制氢装置、所述质子交换膜燃料电池或所述碱性燃料电池的温度大于等于所述预设的温度阈值时，通过所述换热装置回收热量并将所回收的热量供给至所述热负荷装置。