CN222160386U - 一种风光储能制氢系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种风光储能制氢系统，所述风光储能制氢系统包括风光发电模块、供热模块、SOEC模块和储能模块；风光发电模块包括风力发电单元和光伏发电单元；供热模块的输出端连接SOEC模块并为SOEC模块供热；SOEC模块分别连接风力发电单元、光伏发电单元、供热模块和储能模块；储能模块至少电连接于风力发电单元、光伏发电单元和SOEC模块。所述风光储能制氢系统能够有效为SOEC模块稳定供应电力和热量，达到了SOEC模块工作的条件，以使SOEC模块能够正常工作并稳定、高效产出氢气，实现高效制氢。同时，风光发电模块产生的风光电为所述风光储能制氢系统供电，实现了对风光电这类低品位电力的利用，实现了新能源的就地消纳。
Description
技术领域
本实用新型属于氢气制取技术领域，具体涉及一种风光储能制氢系统。
背景技术
固体氧化物电解槽(SOEC)是一种固体氧化物燃料电池，在电解模式，外加电压、高温下，电解H2O，产生H2与O2，实现将电能和热能转化为化学能。在各种制氢技术中，固体氧化物电解槽(SOEC)能量转换效率最高，但SOEC技术成本最高，因为需要在高温环境下发生电解反应。
现有技术中，为了降低成本，使用风光电进行电加热实现供热，但风光电具有间歇性、随机性和波动性的特点，而电网对于并网风电与光电的品质有着较高的要求，所以可能会出现大量弃风弃光现象；同时，风光电仅用于SOEC，热媒温度低于SOEC所需温度后即弃用，热效率低，存在大量热损失。
或者，现有技术中也通过燃煤锅炉或其他化石燃料进行热量供应，不仅需要制造相关的设备管路，大大提高了生产成本，还需要消耗化石能源，造成环境污染。
基于此，由于供电供热条件存在较大缺陷，SOEC难以推广应用。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种风光储能制氢系统，用以解决现有技术中存在的上述问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种风光储能制氢系统，包括风光发电模块、供热模块、SOEC模块和储能模块；
风光发电模块包括风力发电单元和光伏发电单元，风力发电单元的输出端分别电连接SOEC模块和储能模块，光伏发电单元的输出端分别电连接SOEC模块和储能模块；
供热模块的输出端连接SOEC模块并为SOEC模块供热；
SOEC模块分别连接风力发电单元、光伏发电单元、供热模块和储能模块；
储能模块至少电连接于风力发电单元、光伏发电单元和SOEC模块，以储存风光发电模块的电能并为SOEC模块供电。
在一种可能的设计中，SOEC模块包括依次相连的制氢层、电解质层和制氧层，制氢层具有相对的两端，其中一端构造为氢气产气端，另一端构造为第一电源端，制氧层具有相对的两端，其中一端构造为副产品产气端，另一端构造为第二电源端，且制氧层上设有供热接口，供热模块通过供热接口为SOEC模块供热。
在一种可能的设计中，供热模块包括熔盐储罐、热熔盐管路、冷熔盐管路、换热器和供热管；
熔盐储罐上设有加热器，熔盐储罐内存有熔盐；换热器通过供热管连接SOEC模块；
熔盐储罐通过热熔盐管路连接换热器的进口，以输送热熔盐至换热器内，换热器的出口通过冷熔盐管路连接熔盐储罐，以送回冷熔盐至熔盐储罐内。
在一种可能的设计中，当供热模块选用熔盐供热时，SOEC模块上设有电伴热设备。
在一种可能的设计中，储能模块的输入端电连接于风力发电单元和光伏发电单元，储能模块的输出端电连接于SOEC模块和供热模块；且当SOEC模块上设有电伴热设备时，储能模块的输出端电连接于电伴热设备。
在一种可能的设计中，储能模块上设有用于收集放电热的高温蓄热装置，高温蓄热装置的输出端连接于SOEC模块并为SOEC模块供热。
在一种可能的设计中，风力发电单元包括依次串联的风力发电机组、变流器和风力发电控制器，风力发电控制器电连接于SOEC模块和储能模块。
在一种可能的设计中，光伏发电单元包括依次串联的光伏发电机组、逆变器和光伏发电控制器，光伏发电控制器电连接于SOEC模块和储能模块。
有益效果：
所述风光储能制氢系统能够有效为SOEC模块稳定供应电力和热量，达到了SOEC模块工作的条件，以使SOEC模块能够正常工作并稳定、高效产出氢气，实现高效制氢。同时，风光发电模块产生的风光电为所述风光储能制氢系统供电，实现了对风光电这类低品位电力的利用，实现了新能源的就地消纳，减少了对化石燃料的依赖，对环境更友好，也符合绿色发展的理念。
附图说明
图1为一种风光储能制氢系统的结构示意图。
图中：
100、风光发电模块；110、风力发电单元；120、光伏发电单元；200、供热模块；210、熔盐储罐；220、热熔盐管路；230、冷熔盐管路；240、换热器；250、供热管；300、SOEC模块；310、制氢层；320、电解质层；330、制氧层；340、电伴热设备；400、储能模块；500、高温蓄热装置。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本实用新型作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。
实施例：
如图1所示，一种风光储能制氢系统，包括风光发电模块100、供热模块200、SOEC模块300和储能模块400；
风光发电模块100包括风力发电单元110和光伏发电单元120，风力发电单元110的输出端分别电连接SOEC模块300和储能模块400，光伏发电单元120的输出端分别电连接SOEC模块300和储能模块400；
供热模块200的输出端连接SOEC模块300并为SOEC模块300供热；
SOEC模块300分别连接风力发电单元110、光伏发电单元120、供热模块200和储能模块400；
储能模块400至少电连接于风力发电单元110、光伏发电单元120和SOEC模块300，以储存风光发电模块100的电能并为SOEC模块300供电。
所述风光储能制氢系统中，风光发电模块100包括风力发电单元110和光伏发电单元120，风力发电单元110通过风力发电实现对风能的利用，光伏发电单元120通过光伏发电实现对太阳能的利用，二者同时发电并为SOEC模块300供电，由此，满足SOEC模块300正常工作时的用电需求。同时，还设置了储能模块400，在风力发电单元110和光伏发电单元120发电高峰期，满足SOEC模块300用电的同时还能向储能模块400供电，通过储能模块400实现储电；在风力发电单元110和光伏发电单元120发电低谷期，其发电量难以满足SOEC模块300的用电，储能模块400放电以补足SOEC模块300的供电缺口。基于此，有效克服了风光电在实际使用过程中所存在的间歇性、随机性和波动性的缺陷，不仅可以实现长时间稳定供电，还可以避免发电高峰期的弃风弃光现象。
对于储能模块400，理论上来说，在其储存有电能时，其可以随时向外送电，从而为SOEC模块300和/或供热模块200供电。在实际使用中，为了克服风光电间歇性、随机性和波动性的缺陷，储能模块400优选在风光电供电不稳时为SOEC模块300供电。
供热模块200为SOEC模块300供热，以满足SOEC模块300工作时的供热需求，创造SOEC模块300工作所需的高温环境。且供热模块200优选通过储能模块400供电，减少对外界电力的需求，提高了所述风光储能制氢系统的独立性，又能够降低供热成本，提高经济性。
基于此，所述风光储能制氢系统能够有效为SOEC模块300稳定供应电力和热量，达到了SOEC模块300工作的条件，以使SOEC模块300能够正常工作并稳定、高效产出氢气，实现高效制氢。同时，风光发电模块100产生的风光电为所述风光储能制氢系统供电，实现了对风光电这类低品位电力的利用，实现了新能源的就地消纳，减少了对化石燃料的依赖，对环境更友好，也符合绿色发展的理念。
综上所述，所述风光储能制氢系统优选布设在山区、戈壁、荒漠等风光资源丰富但偏远的地区，不仅能够实现对偏远地区的开发，带动当地发展，又能够保证风光发电模块100的发电量，保障SOEC模块300能够长期稳定、高效工作。
在本实施例中，SOEC模块300包括依次相连的制氢层310、电解质层320和制氧层330，制氢层310具有相对的两端，其中一端构造为氢气产气端，另一端构造为第一电源端，制氧层330具有相对的两端，其中一端构造为副产品产气端，另一端构造为第二电源端，且制氧层330上设有供热接口，供热模块200通过供热接口为SOEC模块300供热。
基于上述设计方案，制氢层310即为氢电极，输入水并供电，从而通过电解水生成氢气，即H2O+2e-＝H2+4O2-，对于生成物，氢气经氢气产气端流出SOEC模块300，氧离子经电解质层320移动至制氧层330。制氧层330即氧电极，供电供热后，O2-＝1/2O2+2e-，从而制得氧气，氧气经副产品产气端流出SOEC模块300。
在本实施例中，供热模块200包括熔盐储罐210、热熔盐管路220、冷熔盐管路230、换热器240和供热管250；
熔盐储罐210上设有加热器，熔盐储罐210内存有熔盐；换热器240通过供热管250连接SOEC模块300；
熔盐储罐210通过热熔盐管路220连接换热器240的进口，以输送热熔盐至换热器240内，换热器240的出口通过冷熔盐管路230连接熔盐储罐210，以送回冷熔盐至熔盐储罐210内。
基于上述设计方案，熔盐具有较宽液体温度，储热温差大、储热密度高、传热性能好、工作状态稳定、成本低等优势，适合大规模储热。熔盐存放在熔盐储罐210内，加热器启动并加热熔盐；熔盐被加热后流入换热器240内，通过换热器240生成高温蒸汽；高温蒸汽经供热管250流向SOEC模块300并为SOEC模块300供热。熔盐换热后流回熔盐储罐210，从而实现熔盐的循环及循环供热。
在本实施例中，当供热模块200选用熔盐供热时，SOEC模块300上设有电伴热设备340。基于上述设计方案，实际使用过程中，热熔盐在换热器240换热所生成的高温蒸汽的温度为500-550℃，而SOEC模块300所需的高温为800-850℃，故采用熔盐供热时，SOEC模块300上设有电伴热设备340，通过电伴热设备340补充热量，确保SOEC模块300达到工作所需的高温。
容易理解的，电伴热设备340可以选用任意合适的市售型号。
在本实施例中，储能模块400的输入端电连接于风力发电单元110和光伏发电单元120，储能模块400的输出端电连接于SOEC模块300和供热模块200；且当SOEC模块300上设有电伴热设备340时，储能模块400的输出端电连接于电伴热设备340。
基于上述设计方案，所述风光储能制氢系统中，除风光发电模块100以外的功能模块，如供热模块200和SOEC模块300，均可以通过储能模块400供电，所述风光储能制氢系统实现自给自足，减少对外界电力的依赖，提高了工作的独立性。
容易理解的，当所述风光储能制氢系统设置其他功能模块时，在条件允许的情况下，也可以通过储能模块400供电。
在本实施例中，储能模块400上设有用于收集放电热的高温蓄热装置500，高温蓄热装置500的输出端连接于SOEC模块300并为SOEC模块300供热。基于上述设计方案，储能模块400在工作时也将产生一定的热量，通过高温蓄热装置500收集该部分热量并供应为SOEC模块300，增加了热量供应来源，不仅可以提高能源利用率，也可以减轻供热模块200的供热负担。
在本实施例中，风力发电单元110包括依次串联的风力发电机组、变流器和风力发电控制器，风力发电控制器电连接于SOEC模块300和储能模块400。基于上述设计方案，风力发电机组将风的动能转换为电能；变流器调整风力发电机组发电的电压、频率、相数等参数；风力发电控制器既可以控制风力发电机组的工作，又可以控制对外供电，实现风力发电单元110的自动化工作。
在本实施例中，光伏发电单元120包括依次串联的光伏发电机组、逆变器和光伏发电控制器，光伏发电控制器电连接于SOEC模块300和储能模块400。基于上述设计方案，光伏发电机组将太阳能转换为电能；逆变器器调整光伏发电机组发电的电压、频率、相数等参数；光伏发电控制器既可以控制光伏发电机组的工作，又可以控制对外供电，实现光伏发电单元120的自动化工作。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种风光储能制氢系统，其特征在于，包括风光发电模块(100)、供热模块(200)、SOEC模块(300)和储能模块(400)；
风光发电模块(100)包括风力发电单元(110)和光伏发电单元(120)，风力发电单元(110)的输出端分别电连接SOEC模块(300)和储能模块(400)，光伏发电单元(120)的输出端分别电连接SOEC模块(300)和储能模块(400)；
供热模块(200)的输出端连接SOEC模块(300)并为SOEC模块(300)供热；
SOEC模块(300)分别连接风力发电单元(110)、光伏发电单元(120)、供热模块(200)和储能模块(400)；
储能模块(400)至少电连接于风力发电单元(110)、光伏发电单元(120)和SOEC模块(300)，以储存风光发电模块(100)的电能并为SOEC模块(300)供电。
2.根据权利要求1所述的风光储能制氢系统，其特征在于，SOEC模块(300)包括依次相连的制氢层(310)、电解质层(320)和制氧层(330)，制氢层(310)具有相对的两端，其中一端构造为氢气产气端，另一端构造为第一电源端，制氧层(330)具有相对的两端，其中一端构造为副产品产气端，另一端构造为第二电源端，且制氧层(330)上设有供热接口，供热模块(200)通过供热接口为SOEC模块(300)供热。
3.根据权利要求1所述的风光储能制氢系统，其特征在于，供热模块(200)包括熔盐储罐(210)、热熔盐管路(220)、冷熔盐管路(230)、换热器(240)和供热管(250)；
熔盐储罐(210)上设有加热器，熔盐储罐(210)内存有熔盐；换热器(240)通过供热管(250)连接SOEC模块(300)；
熔盐储罐(210)通过热熔盐管路(220)连接换热器(240)的进口，以输送热熔盐至换热器(240)内，换热器(240)的出口通过冷熔盐管路(230)连接熔盐储罐(210)，以送回冷熔盐至熔盐储罐(210)内。
4.根据权利要求1或3所述的风光储能制氢系统，其特征在于，当供热模块(200)选用熔盐供热时，SOEC模块(300)上设有电伴热设备(340)。
5.根据权利要求1所述的风光储能制氢系统，其特征在于，储能模块(400)的输入端电连接于风力发电单元(110)和光伏发电单元(120)，储能模块(400)的输出端电连接于SOEC模块(300)和供热模块(200)；且当SOEC模块(300)上设有电伴热设备(340)时，储能模块(400)的输出端电连接于电伴热设备(340)。
6.根据权利要求1或5所述的风光储能制氢系统，其特征在于，储能模块(400)上设有用于收集放电热的高温蓄热装置(500)，高温蓄热装置(500)的输出端连接于SOEC模块(300)并为SOEC模块(300)供热。
7.根据权利要求1所述的风光储能制氢系统，其特征在于，风力发电单元(110)包括依次串联的风力发电机组、变流器和风力发电控制器，风力发电控制器电连接于SOEC模块(300)和储能模块(400)。
8.根据权利要求1所述的风光储能制氢系统，其特征在于，光伏发电单元(120)包括依次串联的光伏发电机组、逆变器和光伏发电控制器，光伏发电控制器电连接于SOEC模块(300)和储能模块(400)。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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