FR3128720A1 - Dispositif de stockage d'énergie destiné à la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau couplée à une basse température et procédé de stockage d'énergie - Google Patents

Dispositif de stockage d'énergie destiné à la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau couplée à une basse température et procédé de stockage d'énergie Download PDF

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Fang Tan
Xudong Peng
Lei Yao
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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de stockage d'énergie destiné à la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau couplé à une basse température et un procédé de stockage d'énergie, qui sont utilisés pour résoudre le problème de la contradiction entre les ressources photoélectriques discontinues et les exigences continues d'hydrogène vert pour la production. Le dispositif comprend un système de liquéfaction de l'hydrogène par prérefroidissement à l'azote liquide, un système d'échange de chaleur hydrogène liquide-azote liquide, un système de stockage d'énergie froide et un système d'utilisation d'énergie froide d'un dispositif de séparation de l'air. Selon la présente invention, les systèmes sont fortement couplés les uns aux autres, l'énergie renouvelable photoélectrique peut être maximisée sous forme de stockage d'hydrogène, le coût de la consommation d'énergie de la préparation et de l'utilisation de l'hydrogène vert peut être efficacement réduit tandis que le stockage d'énergie à haut rendement et la régulation des pointes sont réalisés, l'effet d'économie d'énergie est atteint et une bonne perspective de diffusion apparait.

Description

dispositif de stockage d'Énergie destinÉ À la production d'hydrogÈne par Électrolyse de l'eau couplÉe À une basse tempÉrature et procÉdÉ de stockage d'Énergie
La présente invention concerne les domaines de la production d'énergie électrique à partir d'une source d'énergie renouvelable solaire, de la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau à partir de l'électricité verte, du stockage d'énergie par liquéfaction de l'hydrogène et de l'énergie hydrogène, en particulier un dispositif de stockage d'énergie destiné à la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau couplé à une basse température et un procédé de stockage d'énergie.
L'énergie renouvelable, représentée par l'énergie solaire, est fortement influencée par les facteurs environnementaux naturels (saison et météo) et son apport énergétique et sa production d'électricité ne peuvent pas atteindre le contrôle précis comme l'énergie dans le processus de production d'énergie électrique. L'énergie renouvelable présente des caractéristiques de grande fluctuation, de discontinuité, de caractère aléatoire, d'incontrôlabilité, etc., et il est difficile d'accéder directement au réseau électrique pour l'utiliser, ce qui entraîne l'abandon de l'éclairage à grande échelle. Par conséquent, la manière d'inhiber efficacement la fluctuation de l'énergie photoélectrique et d'améliorer la capacité d'absorption photoélectrique est devenue le principal goulet d'étranglement technique qui limite le développement à grande échelle de la photoélectricité. En tant que moyen de tampon d'énergie, le système de stockage d'énergie peut inhiber efficacement la fluctuation de l'énergie photoélectrique, réduire l'abandon de l'éclairage et l'abandon de l'électricité et jouer un rôle de plus en plus important dans la promotion de l'utilisation rationnelle de l'énergie renouvelable.
L'énergie associée à l'hydrogène est excellente en matière de densité énergétique, d'efficacité d'utilisation de l'énergie et de propreté. L'énergie électrique, l'énergie nucléaire, l'énergie solaire, l'énergie éolienne et l'énergie hydraulique peuvent être converties en énergie hydrogène pour le stockage, le transport ou l'utilisation directe. L'énergie hydrogène est considérée comme le meilleur vecteur énergétique neutre en carbone et joue un rôle clé dans le processus de « décarbonisation ». L'énergie associée à l'hydrogène peut être préparée par le reformage du gaz naturel ou des combustibles fossiles, la purification de l'hydrogène sous-produit industriel, l'électrolyse électrique renouvelable et d'autres méthodes à grande échelle. L'« hydrogène vert » produit par l'utilisation d'énergie renouvelable telle que l'énergie solaire pour générer de l'électricité et procéder à l'électrolyse est le « but ultime » des futures sources d'énergie, car le processus de préparation n'entraîne pas ou peu d'émission de carbone. En tant que vecteur de l'énergie hydrogène, l'utilisation de l'hydrogène pour le traitement concentré des ressources renouvelables a été popularisée dans le monde entier, qui est propice au développement conjoint des ressources renouvelables et de l'énergie hydrogène et présente de larges perspectives de marché. À l'heure actuelle, l'énergie associée à l'hydrogène est principalement utilisée dans les domaines industriels traditionnels, tels que le raffinage du pétrole, la synthèse d'ammoniac, la production de méthanol, etc. Cependant, le débit instable de l’hydrogène comme matière première préparée par électrolyse électrique à l'aide d'une énergie renouvelable telle que l'énergie solaire aura directement un grand impact sur les processus en aval. Par conséquent, la façon de préparer de l'« hydrogène vert » fourni en continu à partir de sources d'énergie renouvelables telle que l'énergie solaire discontinue et volatile est un point chaud et difficile dans la recherche actuelle.
Afin d'assurer l'approvisionnement continu en « hydrogène vert », lorsque le système de production d'énergie électrique à partir d'une source d'énergie renouvelable dispose de suffisamment d'électricité, c'est-à-dire d'un ensoleillement suffisant, l'électricité verte générée à ce stade peut produire suffisamment d'hydrogène par la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau, qui peut être utilisé comme gaz brut pour être fourni aux usines et entreprises en aval. En même temps, un surplus d'hydrogène est également disponible. Afin d'utiliser pleinement le surplus d'hydrogène, celui-ci peut être stocké sous forme d'énergie pour une alimentation en énergie supplémentaire en cas de stade de pénurie d'énergie. À l'heure actuelle, les technologies de stockage d'hydrogène comprennent principalement le stockage d'hydrogène gazeux à haute pression, le stockage d'hydrogène liquide à basse température, le stockage d'hydrogène liquide organique et le stockage d'hydrogène solide. En raison de ses avantages en matière de densité de stockage et d'efficacité de stockage et de transport, le stockage d'énergie associée à l'hydrogène liquide est devenu une forme de stockage d'énergie à base d'hydrogène plus adaptée aux besoins de stockage et de transport à grande échelle et sur de longues distances. Le surplus d'hydrogène de la production d'hydrogène à partir d'électrolyse verte photoélectrique est liquéfié par le système de liquéfaction de l'hydrogène, puis est envoyé dans le réservoir de stockage d'hydrogène liquide pour y être stocké. Lorsque le système de production d'énergie électrique à partir d'une source d'énergie renouvelable manque d'électricité en raison de changements environnementaux, tel que le système de production d'énergie électrique solaire ne peut pas fournir l'électricité nécessaire à la production d'hydrogène par électrolyse verte la nuit, afin de fournir en permanence de l'hydrogène brut stable aux usines en aval, il suffit de vaporiser l'hydrogène liquide dans le réservoir de stockage sous forme d'hydrogène et de fournir l'hydrogène au réseau de tuyaux de traitement en aval. Cependant, en raison du point d'ébullition extrêmement bas (20 °K) de l'hydrogène dans le processus de liquéfaction de l'hydrogène, la consommation d'énergie causée par la liquéfaction et la réfrigération est élevée. Comment réduire la consommation d'énergie dans l'application industrielle de stockage de l'hydrogène à grande échelle devient la clé du stockage de l'hydrogène, qui est aussi la clé de l'« hydrogène vert » pour promouvoir l'utilisation et le développement rationnels des ressources renouvelables telles que l'énergie solaire.
Le problème technique à résoudre par la présente invention est de fournir un dispositif de stockage d'énergie pour la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau couplé à une basse température et un procédé de stockage d'énergie, qui sont utilisés pour résoudre le problème de la contradiction entre les ressources photoélectriques discontinues et les exigences continues d'hydrogène pour la production. L'énergie renouvelable photoélectrique peut être maximisée sous la forme d'un stockage d'hydrogène liquide et le coût de la consommation d'énergie de la préparation et de l'utilisation de l'hydrogène vert peut être réduit de manière efficace, tandis que le stockage d'énergie à haut rendement et la régulation des pointes sont réalisés, pour atteindre un effet d'économie d'énergie. Afin d'atteindre l'objectif ci-dessus, la présente invention utilise les technologies suivantes : un dispositif de stockage d'énergie destiné à la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau couplé à une basse température, dans lequel le dispositif comprend un système de liquéfaction de l'hydrogène par prérefroidissement à l'azote liquide, un système d'échange de chaleur hydrogène liquide-azote liquide, un système de stockage d'énergie froide et un système d'utilisation d'énergie froide d'un dispositif de séparation de l'air ; le système de liquéfaction de l'hydrogène par prérefroidissement à l'azote liquide comprend un système d'entrée d'azote liquide, un système de sortie d'azote, un système de sortie d'hydrogène liquide et un système de liquéfaction de l'hydrogène, qui sont tous reliés par des canalisations et sont contrôlés par des vannes ; le système d'échange de chaleur hydrogène liquide-azote liquide comprend un réservoir de stockage d'hydrogène liquide, une pompe à hydrogène liquide, un échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide et un réservoir de stockage d'azote liquide, qui sont tous reliés par des canalisations et sont commandés par des vannes destinées à vaporiser l'hydrogène liquide et à liquéfier l'azote, dans lequel une extrémité d'entrée d'hydrogène liquide du réservoir de stockage d'hydrogène liquide est reliée à un système de sortie d'hydrogène liquide du système de liquéfaction de l'hydrogène par prérefroidissement à l'azote liquide, une extrémité d'entrée d'hydrogène liquide de la pompe à hydrogène liquide est reliée à l'extrémité de sortie d'hydrogène liquide du réservoir de stockage d'hydrogène liquide, l'extrémité d'entrée d'hydrogène liquide de l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide est reliée à l'extrémité de sortie d'hydrogène liquide de la pompe à hydrogène liquide, l'extrémité d'entrée d'azote de l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide est reliée à une extrémité de sortie d'azote du système de sortie d'azote du produit du dispositif de séparation de l'air du système d'utilisation d'énergie froide du dispositif de séparation de l'air, l'extrémité de sortie d'azote liquide de l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide est reliée à l'extrémité d'entrée d'azote liquide du réservoir de stockage d'azote liquide et l'extrémité de sortie d'azote liquide du réservoir de stockage d'azote liquide est reliée à l'extrémité d'entrée du système d'entrée d'azote liquide du système de liquéfaction de l'hydrogène par prérefroidissement à l'azote liquide.
De préférence, le système de stockage d'énergie froide comprend un échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur, une pompe à fluide frigoporteur, un échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide, un réservoir de stockage de fluide frigoporteur et un réservoir de stockage d'énergie froide, qui sont tous reliés par des canalisations et sont commandés par des vannes pour réchauffer l'hydrogène et stocker l'énergie froide, dans lequel l'extrémité d'entrée d'hydrogène de l'échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur est reliée à l'extrémité de sortie d'hydrogène de l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide, l'extrémité de sortie de fluide frigoporteur de l'échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur est reliée à l'extrémité d'entrée de fluide frigoporteur de la pompe à fluide frigoporteur, l'extrémité de sortie du fluide frigoporteur de la pompe à fluide frigoporteur est reliée à l'extrémité d'entrée de l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide, l'extrémité de sortie du fluide frigoporteur de l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide est reliée à l'extrémité d'entrée de l'échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur, l'extrémité de sortie d'eau de l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide est reliée à l'extrémité d'entrée du réservoir de stockage d'énergie froide et le réservoir de stockage de fluide frigoporteur est relié à l'extrémité d'entrée de fluide frigoporteur de la pompe à fluide frigoporteur par des canalisations et des vannes.
De préférence, le système d'utilisation d'énergie froide du dispositif de séparation de l'air comprend un système d'eau en circulation, une tour de refroidissement de l'eau, un système de sortie d'azote d'un produit du dispositif de séparation de l'air et un système d'entrée d'eau réfrigérée d'un dispositif de séparation de l'air, qui sont tous reliés par des canalisations et sont contrôlés par des vannes, l'extrémité de sortie du système d'eau en circulation est reliée à l'extrémité d'entrée d'eau de l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide, l'extrémité de sortie du réservoir de stockage d'énergie froide est reliée à l'extrémité d'entrée supérieure de la tour de refroidissement de l'eau, l'extrémité de sortie du système de sortie d'azote est reliée à l'extrémité d'entrée inférieure de la tour de refroidissement de l'eau et l'extrémité de sortie inférieure de la tour de refroidissement de l'eau est reliée à l'extrémité d'entrée du système d'entrée d'eau réfrigérée du dispositif de séparation de l'air.
De préférence, l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide, l'échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur et l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide sont tous des échangeurs de chaleur à tubes enroulés ou des échangeurs de chaleur à plaques.
De préférence, la tour de refroidissement de l'eau est une tour à garnissage.
Un procédé de stockage d'énergie appliqué au dispositif de stockage d'énergie décrit ci-dessus comprend les étapes suivantes : Étape 1 : lorsque la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau verte photoélectrique est excessive, l'excès d'hydrogène peut être liquéfié par un système de liquéfaction de l'hydrogène, dans lequel l'azote liquide est utilisé comme source froide de prérefroidissement pour la liquéfaction de l'hydrogène, l'hydrogène liquide liquéfié est envoyé dans un réservoir de stockage d'hydrogène liquide pour être stocké, l'azote qui est vaporisé et réchauffé à une température normale entre dans la partie inférieure de la tour de refroidissement de l'eau à travers une canalisation provenant d'un système de sortie d'azote, puis est pulvérisé après que l'eau à basse température provenant du réservoir de stockage d'énergie froide entre dans la partie supérieure de la tour de refroidissement de l'eau et l'eau à basse température est refroidie davantage, ce qui est bénéfique pour le processus ultérieur du dispositif de séparation de l'air et économise la consommation d'énergie du dispositif de séparation de l'air ;
Étape 2, lorsqu'un système de production d'énergie électrique à partir d'une source d'énergie renouvelable tel que la photoélectricité manque de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau verte en raison de changements environnementaux, tels que l'affaiblissement de l'ensoleillement, l'hydrogène liquide stocké dans le réservoir de stockage d'hydrogène liquide est mis sous pression par l'intermédiaire d'une pompe à hydrogène liquide, puis entre dans un échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide pour être vaporisé et réchauffé, puis entre dans un échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur pour être réchauffé afin d'obtenir de l'hydrogène à température normale pour compléter le manque de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau verte. En même temps, l'azote à température normale du système de sortie d'azote produit entre dans l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide pour fournir une source de chaleur pour la vaporisation et le réchauffage de l'hydrogène liquide et entre dans le réservoir de stockage d'azote liquide après avoir été liquéfié et condensé en azote liquide et est utilisé comme complément partiel au prérefroidissement à l'azote liquide pendant la liquéfaction de l'hydrogène. En même temps, le fluide frigoporteur entre dans l'échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur pour fournir une source de chaleur destinée à réchauffer l'hydrogène et entre dans l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide après avoir été mis sous pression par l'intermédiaire d'une pompe à fluide frigoporteur après avoir été refroidi, de manière à refroidir l'eau à température normale du système d'eau en circulation, l'eau à température normale sort de l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide et entre dans le réservoir de stockage d'énergie froide après avoir été refroidie en eau à basse température, l'eau à basse température du réservoir de stockage d'énergie froide entre dans la partie supérieure de la tour de refroidissement de l'eau à travers des canalisations et des vannes pour être pulvérisée afin de réduire davantage la température de l'eau.
De préférence, le fluide frigoporteur est un composé inorganique ou organique ou la solution mixte ou la solution aqueuse de celui-ci. En outre, le fluide frigoporteur est de préférence une solution aqueuse de composé organique, telle qu'une solution aqueuse d'éthylène glycol, une solution aqueuse de propylène glycol, du méthanol, une solution aqueuse de méthanol ou une solution aqueuse d'éthanol.
De préférence, la tour de refroidissement de l'eau est remplie avec un garnissage.
La présente invention présente les effets bénéfiques suivants.
La présente invention utilise la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau verte photoélectrique et la technologie à basse température pour coupler le stockage d'énergie. Lorsque l'énergie renouvelable photoélectrique est suffisante, le surplus d'hydrogène produit par la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau verte liquéfie et stocke l'hydrogène au moyen du système de liquéfaction de l'hydrogène par prérefroidissement à l'azote liquide. Lorsque la production d'électricité d'énergie renouvelable photovoltaïque est réduite en raison de changements environnementaux, ce qui entraîne une production d'hydrogène par électrolyse de l'eau verte insuffisante, l'hydrogène liquide stocké est vaporisé et réchauffé par le système d'échange de chaleur hydrogène liquide-azote liquide et le système de stockage d'énergie froide, puis il est fourni au réseau de tuyaux de traitement en aval. En même temps, l'azote liquide obtenu par échange thermique à basse température peut fournir une source froide de prérefroidissement partiel pour le système de liquéfaction de l'hydrogène. L'énergie froide stockée par le système de stockage d'énergie froide peut être utilisée par le système d'utilisation d'énergie froide du dispositif de séparation de l'air. La présente invention résout le problème de la contradiction entre les ressources photoélectriques discontinues et les exigences continues de production d'hydrogène vert pour la production. L'énergie renouvelable photoélectrique peut être maximisée sous la forme d'un stockage d'hydrogène et le coût de la consommation d'énergie de la préparation et de l'utilisation de l'hydrogène vert peut être réduit de manière efficace, tandis que le stockage d'énergie à haut rendement et la régulation des pointes sont réalisés, l'effet d’économie d’énergie est atteint et une bonne perspective de diffusion apparait
La est un diagramme schématique de la présente invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DES MODES DE RÉALISATION
Afin de clarifier les problèmes techniques, les schémas techniques et les effets bénéfiques à résoudre par la présente invention, la présente invention sera expliquée plus en détail en référence aux dessins et aux modes de réalisation spécifiques ci-après. Il convient de souligner que pour l'homme du métier, plusieurs améliorations et modifications peuvent être apportées à la présente invention sans s'écarter du principe de la présente invention et ces améliorations et modifications entrent également dans le champ de protection des revendications de la présente invention.
La présente invention sera décrite en détail en référence aux dessins joints. Comme montré à la , la présente invention concerne un dispositif de stockage d'énergie pour la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau couplée à une basse température. Le dispositif comprend un système de liquéfaction de l'hydrogène à prérefroidissement à l'azote liquide, un système d'échange de chaleur hydrogène liquide-azote liquide, un système de stockage d'énergie froide et un système d'utilisation d'énergie froide d'un dispositif de séparation de l'air. Le système de liquéfaction de l'hydrogène par prérefroidissement à l'azote liquide comprend un système d'entrée d'azote liquide 11, un système de sortie d'azote 12, un système de sortie d'hydrogène liquide 13 et un système de liquéfaction de l'hydrogène 14, tous reliés par des canalisations et commandés par des vannes. Le système d'échange de chaleur hydrogène liquide-azote liquide comprend un réservoir de stockage d'hydrogène liquide 21, une pompe à hydrogène liquide 22, un échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide 23 et un réservoir de stockage d'azote liquide 24, qui sont tous reliés par des canalisations et sont commandés par des vannes destinées à vaporiser l'hydrogène liquide et liquéfier l'azote, dans lequel une extrémité d'entrée d'hydrogène liquide du réservoir de stockage d'hydrogène liquide 21 est reliée à un système de sortie d'hydrogène liquide 13 du système de liquéfaction de l'hydrogène par prérefroidissement à l'azote liquide. Une extrémité d'entrée d'hydrogène liquide de la pompe à hydrogène liquide 22 est reliée à l'extrémité de sortie d'hydrogène liquide du réservoir de stockage d'hydrogène liquide 21. L'extrémité d'entrée d'hydrogène liquide de l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide 23 est reliée à l'extrémité de sortie d'hydrogène liquide de la pompe à hydrogène liquide 22. L'extrémité d'entrée d'azote de l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide 23 est reliée à une extrémité de sortie d'azote du système de sortie d'azote 43 du produit du dispositif de séparation de l'air du système d'utilisation d'énergie froide du dispositif de séparation de l'air. L'extrémité d'entrée d'azote liquide de l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide 23 est reliée à l'extrémité de sortie d'azote liquide du réservoir de stockage d'azote liquide 24. L'extrémité de sortie d'azote liquide du réservoir de stockage d'azote liquide 24 est reliée à l'extrémité d'entrée du système d'entrée d'azote liquide 11 du système de liquéfaction de l'hydrogène par prérefroidissement à l'azote liquide. Le système de stockage d'énergie froide comprend un échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur 31, une pompe à fluide frigoporteur 32, un échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide 33, un réservoir de stockage de fluide frigoporteur 34, et un réservoir de stockage d'énergie froide 35, qui sont tous reliés par des canalisations et sont commandés par des vannes pour réchauffer l'hydrogène et stocker l'énergie froide, dans lequel l'extrémité d'entrée d'hydrogène de l'échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur 31 est reliée à l'extrémité de sortie d'hydrogène de l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide 23. L'extrémité d'entrée de fluide frigoporteur de l'échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur 31 est reliée à l'extrémité de sortie de fluide frigoporteur de la pompe à fluide frigoporteur 32. L'extrémité de sortie de fluide frigoporteur de la pompe à fluide frigoporteur 32 est reliée à l'extrémité d'entrée de fluide frigoporteur de l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide 33. L'extrémité d'entrée de fluide frigoporteur de l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide 33 est reliée à l'extrémité de sortie de fluide frigoporteur de l'échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur 31. L'extrémité de sortie d'eau de l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide 33 est reliée à l'extrémité d'entrée du réservoir de stockage d'énergie froide 35. Le réservoir de stockage de fluide frigoporteur 34 est relié à l'extrémité d'entrée de fluide frigoporteur de la pompe à fluide frigoporteur 32 par des canalisations et des vannes. Le système d'utilisation d'énergie froide du dispositif de séparation de l'air comprend un système d'eau en circulation 41, une tour de refroidissement de l'eau 42, un système de sortie d'azote 43 d'un produit du dispositif de séparation de l'air et un système d'entrée d'eau réfrigérée 44 d'un dispositif de séparation de l'air, qui sont tous reliés par des canalisations et sont commandés par des vannes. L'extrémité de sortie du système d'eau en circulation 41 est reliée à l'extrémité d'entrée d'eau de l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide 33. L'extrémité de sortie du réservoir de stockage d'énergie froide 35 est reliée à l'extrémité d'entrée supérieure de la tour de refroidissement de l'eau 42. L'extrémité de sortie du système de sortie d'azote 12 est reliée à l'extrémité d'entrée inférieure de la tour de refroidissement de l'eau 42. L'extrémité de sortie inférieure de la tour de refroidissement de l'eau 42 est reliée à l'extrémité d'entrée du système d'entrée d'eau réfrigérée 44 du dispositif de séparation de l'air. L'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide 23, l'échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur 31 et l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide 33 sont tous des échangeurs de chaleur à tubes enroulés ou des échangeurs de chaleur à plaques. La tour de refroidissement de l'eau 42 est une tour à garnissage.
Un procédé de stockage d'énergie appliqué au dispositif de stockage d'énergie décrit ci-dessus comprend les étapes suivantes : Étape 1 : lorsque la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau verte photoélectrique est excessive, l'excès d'hydrogène peut être liquéfié par un système de liquéfaction de l'hydrogène, dans lequel de l'azote liquide est utilisé comme source froide de prérefroidissement pour la liquéfaction de l'hydrogène. L'hydrogène liquide liquéfié est envoyé dans un réservoir de stockage d'hydrogène liquide 21 pour le stockage. L'azote qui est vaporisé et réchauffé à une température normale entre dans la partie inférieure de la tour de refroidissement de l'eau 42 à travers une canalisation provenant d'un système de sortie d'azote 12, puis est pulvérisé après que l'eau à basse température provenant du réservoir de stockage d'énergie froide 35 entre dans la partie supérieure de la tour de refroidissement de l'eau 42. L'eau à basse température est refroidie davantage, ce qui est bénéfique pour le processus ultérieur du dispositif de séparation de l'air et permet d'économiser la consommation d'énergie du dispositif de séparation de l'air.
Étape 2, lorsqu'un système de production d'énergie électrique à partir d'une source d'énergie renouvelable tel que la photoélectricité manque de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau verte en raison de changements environnementaux, tels que l'affaiblissement de l'ensoleillement, l'hydrogène liquide stocké dans le réservoir de stockage d'hydrogène liquide 21 est mis sous pression par l'intermédiaire d'une pompe à hydrogène liquide 22, puis entre dans un échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide 23 pour être vaporisé et réchauffé, puis entre dans un échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur 31 pour être réchauffé afin d'obtenir de l'hydrogène à température normale pour compléter le manque de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau verte. En même temps, l'azote à température normale du système de sortie d'azote produit 43 entre dans l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide 23 pour fournir une source de chaleur pour la vaporisation et le réchauffage de l'hydrogène liquide et entre dans le réservoir de stockage d'azote liquide 24 après avoir été liquéfié et condensé en azote liquide et est utilisé comme complément partiel au prérefroidissement à l'azote liquide pendant la liquéfaction de l'hydrogène et est utilisé comme supplément partiel au prérefroidissement de l’azote liquide pendant la liquéfaction de l’hydrogène. En même temps, le fluide frigoporteur entre dans l'échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur 31 pour fournir une source de chaleur destinée à réchauffer l'hydrogène et entre dans l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide 33 après avoir été mis sous pression par l'intermédiaire d'une pompe à fluide frigoporteur 32 après avoir été refroidi, de manière à refroidir l'eau à température normale provenant du système d'eau en circulation 41. L'eau à température normale sort de l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide 33 et entre dans le réservoir de stockage d'énergie froide 35 après avoir été refroidie en eau à basse température. L'eau à basse température du réservoir de stockage d'énergie froide 35 entre dans la partie supérieure de la tour de refroidissement de l'eau 42 à travers des canalisations et des vannes pour être pulvérisée afin de réduire davantage la température de l'eau.
Le fluide frigoporteur est un composé inorganique ou organique ou la solution mixte ou la solution aqueuse de celui-ci. En outre, le fluide frigoporteur est de préférence une solution aqueuse de composé organique, telle qu'une solution aqueuse d'éthylène glycol, une solution aqueuse de propylène glycol, du méthanol, une solution aqueuse de méthanol ou une solution aqueuse d'éthanol. La tour de refroidissement de l'eau 42 est remplie avec un garnissage.
Lorsque la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau verte photoélectrique est excessive, l'excès d'hydrogène est liquéfié par un système de liquéfaction de l'hydrogène 14. Le système de liquéfaction de l'hydrogène 14 utilise généralement le système de liquéfaction de l'hydrogène à circulation d'hydrogène Claude à prérefroidissement à l'azote liquide ou le système de liquéfaction d'hydrogène à circulation d'hélium Brayton largement utilisé sur le marché. L'azote liquide, qui est une source froide de prérefroidissement pour la liquéfaction de l'hydrogène, peut être introduit dans le système de liquéfaction de l'hydrogène 14 à partir du réservoir de stockage d'azote liquide 24 au moyen du système d'entrée d'azote liquide 11. L'azote vaporisé entre dans la partie inférieure de la tour de refroidissement de l'eau 42 à travers la canalisation par l'intermédiaire du système de sortie d'azote 12. L'azote est pulvérisé après que l'eau à basse température provenant du réservoir de stockage d'énergie froide 35 entre dans la partie supérieure de la tour de refroidissement de l'eau 42. L'eau à basse température est refroidie davantage. Comme cela est largement connu du dispositif de séparation de l'air, la réduction de la température de l'eau à basse température dans la tour de refroidissement de l'eau du système de prérefroidissement du dispositif de séparation de l'air dans une plage raisonnable est bénéfique pour économiser la consommation d'énergie globale du dispositif de séparation de l'air et réduire la consommation unitaire du produit du dispositif de séparation de l'air.
Lorsqu'un système de production d'énergie électrique à partir d'une source d'énergie renouvelable tel que la photoélectricité manque de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau verte en raison de changements environnementaux, tels que l'affaiblissement de l'ensoleillement, l'hydrogène liquide stocké dans le réservoir de stockage d'hydrogène liquide 21 est mis sous pression à 1,6 MPa par l'intermédiaire d'une pompe à hydrogène liquide 22, puis entre dans un échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide 23. En même temps, l'azote à température normale d'environ 25 °C provenant du système de sortie d'azote 43 du dispositif de séparation de l'air entre dans l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide 23 pour fournir une source de chaleur pour la vaporisation et le réchauffage de l'hydrogène liquide et entre dans le réservoir de stockage d'azote liquide 24 après avoir été liquéfié et condensé en azote liquide et est utilisé comme complément partiel au prérefroidissement à l'azote liquide pendant la liquéfaction de l'hydrogène. Le taux de complément peut atteindre environ 60 %. La température de l'hydrogène vaporisé et réchauffé à partir de l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide 23 est encore très basse, généralement autour de -100 ℃. L'hydrogène doit entrer dans un échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur 31 pour être réchauffé à nouveau afin d'obtenir de l'hydrogène à température normale pour compléter le manque de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau verte. En même temps, le fluide frigoporteur, tel qu'une solution aqueuse d'éthylène glycol, entre dans l'échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur 31 pour fournir une source de chaleur destinée à réchauffer l'hydrogène et entre dans l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide 33 après avoir été mis sous à environ 0,1 à 0,3 MPa par l'intermédiaire d'une pompe à fluide frigoporteur 32 après avoir été refroidi à environ 0 °C, de manière à refroidir l'eau à température normale avec une température de 30 °C provenant du système d'eau en circulation 41. Après avoir été refroidie à environ 20 ℃, l'eau à température normale devient de l'eau à basse température. L'eau à basse température sort de l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide 33 et entre dans le réservoir de stockage d'énergie froide 35 pour le stockage. L'eau à basse température du réservoir de stockage d'énergie froide 35 peut entrer de façon continue dans la partie supérieure de la tour de refroidissement de l'eau 42 à travers des canalisations et des vannes pour être pulvérisée afin de réduire davantage la température de l'eau à basse température en eau réfrigérée

Claims (8)

  1. Dispositif de stockage d'énergie destiné à la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau couplé à une basse température, dans lequel le dispositif comprend un système de liquéfaction de l'hydrogène par prérefroidissement à l'azote liquide, un système d'échange de chaleur hydrogène liquide-azote liquide, un système de stockage d'énergie froide et un système d'utilisation d'énergie froide d'un dispositif de séparation de l'air ; le système de liquéfaction de l'hydrogène par prérefroidissement à l'azote liquide comprend un système d'entrée d'azote liquide, un système de sortie d'azote, un système de sortie d'hydrogène liquide et un système de liquéfaction de l'hydrogène, qui sont tous reliés par des canalisations et sont contrôlés par des vannes ; le système d'échange de chaleur hydrogène liquide-azote liquide comprend un réservoir de stockage d'hydrogène liquide, une pompe à hydrogène liquide, un échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide et un réservoir de stockage d'azote liquide, qui sont tous reliés par des canalisations et sont commandés par des vannes destinées à vaporiser l'hydrogène liquide et à liquéfier l'azote, dans lequel une extrémité d'entrée d'hydrogène liquide du réservoir de stockage d'hydrogène liquide est reliée à un système de sortie d'hydrogène liquide du système de liquéfaction de l'hydrogène par prérefroidissement à l'azote liquide, une extrémité d'entrée d'hydrogène liquide de la pompe à hydrogène liquide est reliée à l'extrémité de sortie d'hydrogène liquide du réservoir de stockage d'hydrogène liquide, l'extrémité d'entrée d'hydrogène liquide de l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide est reliée à l'extrémité de sortie d'hydrogène liquide de la pompe à hydrogène liquide, l'extrémité d'entrée d'azote de l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide est reliée à une extrémité de sortie d'azote du système de sortie d'azote du produit du dispositif de séparation de l'air du système d'utilisation d'énergie froide du dispositif de séparation de l'air, l'extrémité de sortie d'azote liquide de l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide est reliée à l'extrémité d'entrée d'azote liquide du réservoir de stockage d'azote liquide et l'extrémité de sortie d'azote liquide du réservoir de stockage d'azote liquide est reliée à l'extrémité d'entrée du système d'entrée d'azote liquide du système de liquéfaction de l'hydrogène par prérefroidissement à l'azote liquide.
  2. Dispositif de stockage d'énergie destiné à la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau couplé à une basse température selon la revendication 1, dans lequel le système de stockage d'énergie froide comprend un échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur, une pompe à fluide frigoporteur, un échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide, un réservoir de stockage de fluide frigoporteur et un réservoir de stockage d'énergie froide, qui sont tous reliés par des canalisations et sont commandés par des vannes pour réchauffer l'hydrogène et stocker l'énergie froide, dans lequel l'extrémité d'entrée d'hydrogène de l'échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur est reliée à l'extrémité de sortie d'hydrogène de l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide, l'extrémité de sortie de fluide frigoporteur de l'échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur est reliée à l'extrémité d'entrée de fluide frigoporteur de la pompe à fluide frigoporteur, l'extrémité de sortie du fluide frigoporteur de la pompe à fluide frigoporteur est reliée à l'extrémité d'entrée de l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide, l'extrémité de sortie du fluide frigoporteur de l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide est reliée à l'extrémité d'entrée de l'échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur, l'extrémité de sortie d'eau de l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide est reliée à l'extrémité d'entrée du réservoir de stockage d'énergie froide et le réservoir de stockage de fluide frigoporteur est relié à l'extrémité d'entrée de fluide frigoporteur de la pompe à fluide frigoporteur par des canalisations et des vannes.
  3. Dispositif de stockage d'énergie destiné à la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau couplé à une basse température selon la revendication 2, dans lequel le système d'utilisation d'énergie froide du dispositif de séparation de l'air comprend un système d'eau en circulation, une tour de refroidissement de l'eau, un système de sortie d'azote d'un produit du dispositif de séparation de l'air et un système d'entrée d'eau réfrigérée d'un dispositif de séparation de l'air, qui sont tous reliés par des canalisations et sont contrôlés par des vannes, l'extrémité de sortie du système d'eau en circulation est reliée à l'extrémité d'entrée d'eau de l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide, l'extrémité de sortie du réservoir de stockage d'énergie froide est reliée à l'extrémité d'entrée supérieure de la tour de refroidissement de l'eau, l'extrémité de sortie du système de sortie d'azote est reliée à l'extrémité d'entrée inférieure de la tour de refroidissement de l'eau et l'extrémité de sortie inférieure de la tour de refroidissement de l'eau est reliée à l'extrémité d'entrée du système d'entrée d'eau réfrigérée du dispositif de séparation de l'air.
  4. Dispositif de stockage d'énergie destiné à la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau couplé à une basse température selon la revendication 3, dans lequel l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide, l'échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur et l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide sont tous des échangeurs de chaleur à tubes enroulés ou des échangeurs de chaleur à plaques.
  5. Dispositif de stockage d'énergie destiné à la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau couplé à une basse température selon la revendication 3, dans lequel la tour de refroidissement de l'eau est une tour à garnissage.
  6. Procédé de stockage d'énergie appliqué au dispositif de stockage d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant les étapes suivantes :
    - Étape 1 : lorsque la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau verte photoélectrique est excessive, l'excès d'hydrogène peut être liquéfié par un système de liquéfaction de l'hydrogène, dans lequel l'azote liquide est utilisé comme source froide de prérefroidissement pour la liquéfaction de l'hydrogène, l'hydrogène liquide liquéfié est envoyé dans un réservoir de stockage d'hydrogène liquide pour être stocké, l'azote qui est vaporisé et réchauffé à une température normale entre dans la partie inférieure de la tour de refroidissement de l'eau à travers une canalisation provenant d'un système de sortie d'azote, puis est pulvérisé après que l'eau à basse température provenant du réservoir de stockage d'énergie froide entre dans la partie supérieure de la tour de refroidissement de l'eau et l'eau à basse température est refroidie davantage, ce qui est bénéfique pour le processus ultérieur du dispositif de séparation de l'air et économise la consommation d'énergie du dispositif de séparation de l'air ;
    - Étape 2, lorsqu'un système de production d'énergie électrique à partir d'une source d'énergie renouvelable manque de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau verte en raison de changements environnementaux, tels que l'affaiblissement de l'ensoleillement, l'hydrogène liquide stocké dans le réservoir de stockage d'hydrogène liquide est mis sous pression par l'intermédiaire d'une pompe à hydrogène liquide, puis entre dans un échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide pour être vaporisé et réchauffé, puis entre dans un échangeur de chaleur hydrogène-fluide frigoporteur pour être réchauffé afin d'obtenir de l'hydrogène à température normale pour compléter le manque de production d'hydrogène par électrolyse de l'eau verte ; en même temps, l'azote à température normale du système de sortie d'azote produit entre dans l'échangeur de chaleur hydrogène liquide-azote liquide pour fournir une source de chaleur pour la vaporisation et le réchauffage de l'hydrogène liquide et entre dans le réservoir de stockage d'azote liquide après avoir été liquéfié et condensé en azote liquide et est utilisé comme complément partiel au prérefroidissement à l'azote liquide pendant la liquéfaction de l'hydrogène et est utilisé comme supplément partiel au prérefroidissement de l'azote liquide pendant la liquéfaction de l'hydrogène ; en même temps, le fluide frigoporteur entre dans l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-hydrogène pour fournir une source de chaleur destinée à réchauffer l'hydrogène et entre dans l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide après avoir été mis sous pression par l'intermédiaire d'une pompe à fluide frigoporteur après avoir été refroidi, de manière à refroidir l'eau à température normale du système d'eau en circulation, l'eau à température normale sort de l'échangeur de chaleur fluide frigoporteur-stockage d'énergie froide et entre dans le réservoir de stockage d'énergie froide après avoir été refroidie en eau à basse température, l'eau à basse température du réservoir de stockage d'énergie froid entre dans la partie supérieure de la tour de refroidissement de l'eau à travers des canalisations et des vannes pour être pulvérisée afin de réduire davantage la température de l'eau.
  7. Procédé de stockage d'énergie appliqué au dispositif de stockage d'énergie selon la revendication 6, dans lequel le fluide frigoporteur est un composé inorganique ou organique ou la solution mixte ou la solution aqueuse de celui-ci.
  8. Procédé de stockage d'énergie appliqué au dispositif de stockage d'énergie selon la revendication 6, dans lequel la tour de refroidissement de l'eau est remplie de garnissage.
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