一种清洁制氢及供能系统的制作方法

1.本发明属于制氢技术领域，更具体的说，尤其涉及一种清洁制氢及供能系统。


背景技术：

2.新能源清洁无污染，分布广，成本低，是未来能源供应体系的理想来源；因此，要加快构建以新能源为主体的新型电力系统。从传统化石能源转向新能源是全球大势所驱，是实现“双碳”目标的必然选择。当前主流的制氢技术主要是基于风电、光伏等新能源进行发电来驱动电解水制氢，但是由于风能、太阳能等受天气、气候因素影响较大，其出力存在不连续性，导致不能连续制氢。


技术实现要素：

3.鉴于此，本发明的目的在于提供一种清洁制氢及供能系统，用于可实现24小时连续驱动制氢，同时产生的氢气可以供给用氢设备使用，显著改善制氢效果。
4.本技术公开了一种清洁制氢及供能系统，包括：热化学制氢支路；所述热化学制氢支路包括：光热系统、储热系统和热化学制氢系统；
5.所述光热系统的输出端与所述储热系统的输入端相连；
6.所述储热系统的输出端与所述热化学制氢系统的输入端相连；
7.所述热化学制氢系统的出气口输出氢气。
8.可选的，在上述清洁制氢及供能系统中，还包括：电解水制氢支路；所述电解水制氢支路包括：新能源发电系统、电解水制氢系统；
9.所述新能源发电系统的输出端与所述电解水制氢系统的输入端相连；
10.所述电解水制氢系统的出气口输出氢气。
11.可选的，在上述清洁制氢及供能系统中，还包括：汽轮机；
12.所述汽轮机的输入端与所述储热系统的输出端相连；
13.所述汽轮机的输出端与所述电解水制氢系统的输入端相连。
14.可选的，在上述清洁制氢及供能系统中，还包括：电力供应系统；
15.所述电力供应系统的输入端，接收所述清洁制氢及供能系统的电能；
16.所述电力供应系统的输出端向负载供电。
17.可选的，在上述清洁制氢及供能系统中，还包括：至少一个储氢罐；
18.所述储氢罐的进气口与相应的制氢系统相连；
19.所述储气罐用于存储氢气。
20.可选的，在上述清洁制氢及供能系统中，还包括：燃料电池；
21.所述燃料电池的输入端与相应储氢罐的出气口相连；
22.所述燃料电池的输出端与所述电力供应系统相连。
23.可选的，在上述清洁制氢及供能系统中，还包括：加氢站；
24.所述加氢站的进气口与所述储氢罐出气口相连；
25.所述加氢站的出气口与用氢设备相连。
26.可选的，在上述清洁制氢及供能系统中，所述新能源发电系统，包括：光伏系统和风机系统中的至少一个。
27.可选的，在上述清洁制氢及供能系统中，所述热化学制氢系统采用氨分解制氢、金属氢化物分解制氢中的至少一种。
28.可选的，在上述清洁制氢及供能系统中，所述储热系统包括：显热储热、潜热储热和热化学储热中的至少一种。
29.从上述技术方案可知，本发明提供的一种清洁制氢及供能系统，包括：热化学制氢支路；所述热化学制氢支路包括：光热系统、储热系统和热化学制氢系统；所述光热系统的输出端与所述储热系统的输入端相连；所述储热系统的输出端与所述热化学制氢系统的输入端相连；所述热化学制氢系统的出气口输出氢气；从而通过光热系统与储热系统结合，可实现24小时连续驱动制氢，同时产生的氢气可以供给用氢设备使用，显著改善制氢效果。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
31.图1是本发明实施例提供的一种清洁制氢及供能系统的示意图；
32.图2是本发明实施例提供的另一种清洁制氢及供能系统的示意图；
33.图3是本发明实施例提供的另一种清洁制氢及供能系统的示意图；
34.图4是本发明实施例提供的另一种清洁制氢及供能系统的示意图；
35.图5是本发明实施例提供的另一种清洁制氢及供能系统的示意图；
36.图6是本发明实施例提供的另一种清洁制氢及供能系统的示意图；
37.图7是本发明实施例提供的另一种清洁制氢及供能系统的示意图；
38.图8是本发明实施例提供的另一种清洁制氢及供能系统的示意图。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
40.在本技术中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
41.本技术实施例提供了一种清洁制氢及供能系统，用于解决现有技术中风能、太阳能等受天气、气候因素影响较大，其出力存在不连续性，导致不能连续制氢的问题。
42.参见图1，该清洁制氢及供能系统，包括：热化学制氢支路。
43.需要说明的是，该热化学制氢支路主要用于获取太阳能热量，并依据该太阳能的热量进行制氢，得到氢气。
44.该热化学制氢支路制氢的过程中，所产生的氢气是清洁能源，其获取的太阳能热量，也为清洁能源，所以，该清洁制氢及供能系统制氢过程中，不会产生污染物。
45.具体的，所述热化学制氢支路包括：光热系统10、储热系统20和热化学制氢系统30。
46.所述光热系统10的输出端与所述储热系统20的输入端相连。
47.也就是说，光热系统10收集太阳能的热量之后，将收集到的热量输出至储热系统20。
48.该储热系统20接收到太阳能的热量后，将该太阳能热量存储。
49.光热系统10收集太阳能的热量的具体过程，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
50.所述储热系统20的输出端与所述热化学制氢系统30的输入端相连。
51.也就是说，储热系统20中的热量，还可以传输至热化学制氢系统30中。
52.该热化学制氢系统30接收到热量后，依据该热量进行制氢。
53.所述热化学制氢系统30的出气口输出氢气。
54.也就是说，该热化学制氢系统30将自身产生的氢气传输至外部，如为用氢设备供氢等。
55.当然，也还可以将热化学制氢系统30所产生的氢气进行存储，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
56.该热化学制氢系统30的具体制氢过程，此处不再一一赘述，详情参见相关现有技术即可，均在本技术的保护范围内。
57.在本实施例中，清洁制氢及供能系统包括：热化学制氢支路；所述热化学制氢支路包括：光热系统10、储热系统20和热化学制氢系统30；所述光热系统10的输出端与所述储热系统20的输入端相连；所述储热系统20的输出端与所述热化学制氢系统30的输入端相连；所述热化学制氢系统30的出气口输出氢气；通过光热系统10与储热系统20结合，可实现24小时连续驱动制氢，同时产生的氢气可以供给用氢设备使用，显著改善制氢效果。
58.在实际应用中，清洁制氢供能系统，还包括：电解水制氢支路。
59.需要说明的是，该电解水制氢支路主要用于，获取太阳能和/或风能等可以用于发电的新能源，并依据该新能源发电，在依据该电力进行制氢，得到氢气。
60.该电解水制氢支路制氢的过程中，所产生的氢气是清洁能源，其获取的太阳能和/风能，也为清洁能源，所以，该清洁制氢及供能系统制氢过程中，不会产生污染物。
61.具体的，参见图2，所述电解水制氢支路包括：新能源发电系统40、电解水制氢系统50。
62.所述新能源发电系统40的输出端与所述电解水制氢系统50的输入端相连。
63.也就是说，该新能源发电系统40利用太阳能或风的动能进行发电，然后将产生的电能通过自身的输出端传输至电解水制氢系统50。
64.该新能源发电系统40利用太阳能或风的动能发电的具体过程，此处不再一一赘
述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
65.所述电解水制氢系统50的出气口输出氢气。
66.该电解水制氢系统50接收到电能后，依据该电能进行制氢。
67.同时，该电解水制氢系统50将自身产生的氢气传输至外部，如为用电设备供氢等。
68.当然，也还可以将电解水制氢系统50所产生的氢气进行存储，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
69.在实际应用中，参见图3，该清洁制氢及供能系统，还包括：汽轮机60。
70.所述汽轮机60的输入端与所述储热系统20的输出端相连。
71.也就是说，该汽轮机60的输入端接收该储热系统20存储的热量，并依据该热量进行发电。
72.所述汽轮机60的输出端与所述电解水制氢系统50的输入端相连。
73.也就是说，该汽轮机60的输出端将自身产生的电能，传输至电解水制氢系统的输入端。
74.需要说明的是，可以是将汽轮机60的电能传输至电力线缆上，然后通过该电力线缆将电能传递到电解水制氢系统50的输入端。
75.也就是说，将该电力线缆作为传输介质。此时，该新能源发电系统40也可以通过该电力线缆将电能传输至电解水制氢系统50中。
76.在实际应用中，参见图4，该清洁制氢及供能系统中，还可以包括：电力供应系统70。
77.也就是说，该清洁制氢及供能系统还可以实现供电。
78.所述电力供应系统70的输入端，接收所述清洁制氢及供能系统的电能。
79.也就是说，在清洁制氢及供能系统中的发电设备仅包括新能源发电系统40时，该电力供应系统70的输入端与该新能源发电系统40的输出端相连。
80.具体的，可以是新能源发电系统40的输出端通过电力线缆分别连接电解水制氢系统50的输入端和电力供应系统70的输入端；当然也还可以是其他连接方式，此处不再一一赘述，只要保证该电解水制氢系统50以及该电力供应系统70均接收到电能即可，均在本技术的保护范围内。
81.在清洁制氢及供能系统中的发电设备包括新能源发电系统40和汽轮机60时，该电力供应系统70的输入端分别与该新能源发电系统40的输出端和汽轮机60的输出端相连。
82.具体的，可以是新能源发电系统40的输出端和汽轮机60的输出端均通过电力线缆分别连接电解水制氢系统50的输入端和电力供应系统70的输入端；当然也还可以是其他连接方式，此处不再一一赘述，只要保证该电解水制氢系统50以及该电力供应系统70均接收到电能即可，均在本技术的保护范围内。
83.所述电力供应系统70的输出端向负载供电。
84.也就是说，该电力供应系统70的输出端作为该清洁制氢及供能系统的一个输出端，向用电负载供电。
85.该电力供应系统70的具体供电过程，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
86.在实际应用中，参见图5，该清洁制氢及供能系统中，还可以包括：至少一个储氢罐
80。
87.所述储氢罐80的进气口与相应的制氢系统相连。
88.所述储气罐用于存储氢气。
89.具体的，在储氢罐80的数量为1个时，该储氢罐80需与清洁制氢及供能系统中所有制氢系统的出气口相连。
90.例如，在清洁制氢及供能系统中的制氢系统仅包括热化学制氢系统30时，该储氢罐80的进气口与该热化学制氢系统30的出气口相连。
91.在清洁制氢及供能系统中制氢系统包括电解水制氢系统50和热化学制氢系统30时，该储氢罐80的进气口分别与该热化学制氢系统30的出气口和电解水制氢系统50的出气口相连。
92.此时，该储氢罐80可以仅具备一个进气口；也即两个制氢系统的氢气汇聚之后再通过同一个进气口传输至储氢罐80中。该储氢罐80也可以具备至少两个进气口，也即，两个制氢系统的氢气分别通过各自对应的进气口传输至储氢罐80之后再汇聚。
93.在储氢罐80的数量为至少两个时，该储氢罐80可以与清洁制氢及供能系统中所有制氢系统的出气口相连，也可以是仅与清洁制氢及供能系统中其中一个制氢系统的出气口相连。
94.例如，在清洁制氢及供能系统中的制氢系统仅包括热化学制氢系统30时，各个储氢罐80的进气口分别与该热化学制氢系统30的出气口相连。
95.在清洁制氢及供能系统中制氢系统包括电解水制氢系统50和热化学制氢系统30时，各个储氢罐80的进气口分别与该热化学制氢系统30的出气口和电解水制氢系统50的出气口相连。
96.以两个储氢罐80为例，可以是两个储氢罐80与两个制氢系统一一对应，各个储氢罐80与各自对应的制氢系统相连。如第一储氢罐80的出气口与热化学制氢系统30的进气口相连；第二储氢罐80的出气口与电解水制氢系统50的进气口相连。也可以是两个储氢罐80与两个制氢系统均有连接关系，如第一储氢罐80的出气口分别与热化学制氢系统30的进气口和电解水制氢系统50的进气口相连；第二储氢罐80的出气口分别与热化学制氢系统30的进气口和电解水制氢系统50的进气口相连。
97.同理，该储氢罐80可以仅具备一个进气口；也即两个制氢系统的氢气汇聚之后再通过同一个进气口传输至储氢罐80中。该储氢罐80也可以具备至少两个进气口，也即，两个制氢系统的氢气分别通过各自对应的进气口传输至储氢罐80之后再汇聚。
98.在实际应用中，参见图6，该清洁制氢及供能系统中，还可以包括：燃料电池90。
99.所述燃料电池90的输入端与相应储氢罐80的出气口相连。
100.也就是说，该燃料电池90的输入端，获取相应储氢罐80的氢气，并依据该氢气进行发电。
101.所述燃料电池90的输出端与所述电力供应系统70相连。
102.也就是说，该燃料电池90的输出端输出自身产生的电能至电力供应系统70。
103.需要说明的是，由上述说明可知，该储氢罐80的数量可以是1个，也可以是多个。同理，该燃料电池90的数量可以是1个，也可以是多个，其具体数量视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
104.储氢罐80与燃料电池90的关系可以是一一对应关系，也可以是一对多的关系，还可以是多对一的关系。
105.具体的，储氢罐80与燃料电池90的关系为一一对应关系时，各个燃料电池90的输入端与各自对应的储氢罐80的出气口相连，各个燃料电池90依据氢气发电，并将电能传输至电力供应系统70。
106.需要说明的是，各个燃料电池90还可以通过上述电力线缆将电能传输至电力供应系统70。如各个燃料电池90均将自身产生的电能传输至该电力线缆上，该电力线缆将电能传输至电力供应系统70中。
107.具体的，储氢罐80与燃料电池90的关系为一对多的关系时，存在至少一个储氢罐80的出气口与多个燃料电池90的输入端相连，各个燃料电池90依据氢气发电，并将电能传输至电力供应系统70。
108.需要说明的是，各个燃料电池90还可以通过上述电力线缆将电能传输至电力供应系统70。如各个燃料电池90均将自身产生的电能传输至该电力线缆上，该电力线缆将电能传输至电力供应系统70中。
109.具体的，储氢罐80与燃料电池90的关系为多对一的关系时，存在至少一个燃料电池90的输入端分别与多个储氢罐80的出气口相连，各个燃料电池90依据氢气发电，并将电能传输至电力供应系统70。
110.需要说明的是，各个燃料电池90还可以通过上述电力线缆将电能传输至电力供应系统70。如各个燃料电池90均将自身产生的电能传输至该电力线缆上，该电力线缆将电能传输至电力供应系统70中。
111.需要说明的是，在储氢罐80的数量和燃料电池90的数量均为多个时，还可以将上述一一对应关系、一对多的关系和多对一的关系中的至少两种进行组合。
112.对其中一种情况进行举例说明：
113.第一储氢罐80与第一燃料电池90对应相连。
114.第二储氢罐80分别与第二燃料电池90、第三燃料电池90和第四燃料电池90相连。
115.第三储氢罐80、第四储氢罐80和第五储氢罐80、第六储氢罐80均与第五燃料电池90相连。
116.第一燃料电池90、第二燃料电池90、第三燃料电池90、第四燃料电池90和第五燃料电池90均通过电力线缆连接至电力供应系统70。
117.需要说明的是，可以在燃料电池90与储氢罐80之间设置有开关阀，进而可以通过该开关阀的开度以及开合，来实现对储氢罐80是否传输氢气至燃料电池90的控制。
118.其控制器可以是额外设置的，也可以采用系统中的控制器实现上述控制。
119.具体的，当控制器检测到用电高峰时向燃料电池90的启动开关发送信号，以使燃料电池90启动来供电。
120.其检测到用电高峰的具体过程，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
121.在实际应用中，参见图7，该清洁制氢及供能系统中，还可以包括：加氢站100。
122.也就是说，该清洁制氢及供能系统还可以实现供氢。
123.所述加氢站100的进气口与所述储氢罐80出气口相连。
124.也就是说，在清洁制氢及供能系统中的制氢系统仅包括热化学制氢系统30时，该加氢站100的输入端与该热化学制氢系统30的出气口相连。
125.具体的，可以是热化学制氢系统30的输出端通过氢气管道连接加氢站100的进气口；当然也还可以是其他连接方式，此处不再一一赘述，只要保证该加氢站100的进气口均接收到电能即可，均在本技术的保护范围内。
126.在清洁制氢及供能系统中包括燃料电池90时，热化学制氢系统30的输出端通过氢气管道连接燃料电池90的输入端。
127.在清洁制氢及供能系统中的制氢系统包括热化学制氢系统30和电解水制氢系统50时，该加氢站100的输入端分别与热化学制氢的出气口和电解水制氢系统50的出气口相连。
128.具体的，可以是热化学制氢系统30的出气口和电解水制氢系统50的出气口均通过氢气管道分别连接燃料电池90的输入端和加氢站100的进气口；当然也还可以是其他连接方式，此处不再一一赘述，只要保证该电解水制氢系统50以及该电力供应系统70均接收到电能即可，均在本技术的保护范围内。
129.需要说明的是，在该清洁制氢及供能系统还包括储氢罐80时，该加氢站100可以通过储氢罐80获取氢气。
130.具体的，该储氢罐80的数量可以是多个，也可以是1个。
131.在储氢罐80的数量为1个时，该储氢罐80汇集两个制氢系统的氢气后，传输至加氢站100。
132.在储氢罐80的数量为多个时，各个储氢罐80存储对应的制氢系统的氢气后，传输至加氢站100。
133.各个储氢罐80管的氢气可以通过同一个氢气管道传输至加氢站100，可以是通过各自对应的氢气管道传输至加氢站100。
134.具体的，储氢罐80与加氢站100之间的氢气传递过程，此处不做具体限定，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
135.所述加氢站100的出气口与用氢设备相连。
136.也就是说，该加氢站100的出气口作为该清洁制氢及供能系统的一个输出端，向用氢设备供氢。
137.该加氢站100的具体供氢过程，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
138.在实际应用中，所述新能源发电系统40，包括：光伏系统和风机系统中的至少一个。
139.也就是说，该新能源发电系统40可以仅包括光伏系统。
140.或者，该新能源发电系统40可以仅包括风机系统。
141.又或者，该新能源发电系统40可以包括光伏系统和风机系统。
142.该新能源发电系统40的具体结构，此处不再一一赘述，视实际情况而定即可，均在本技术的保护范围内。
143.需要说明的是，以如图8所示结构对该清洁制氢及供能系统进行说明:
144.光伏系统1利用太阳能进行发电，风机系统2利用风的动能进行发电。光热系统3收
集太阳能的热量后存储在储热系统4中。储热系统4一方面驱动汽轮机5进行发电，另一方面驱动热化学制氢系统7来制取氢气。热化学制氢系统7的氢气出口与储氢罐8的氢气入口连接。电解水制氢系统6利用电力来制取氢气，电解水制氢系统6的氢气出口与储氢罐8的气体入口连接。储氢罐8的氢气出口一方面与燃料电池9的氢气入口连接，另一方面与加氢站11的氢气入口连接。燃料电池9产生的电提供给电力供应系统10。
145.在用电高峰期，当风电、光伏发电量不能满足电负荷需求量时，可以通过储热系统4驱动汽轮机5发电，储氢系统8驱动燃料电池9产生电能，从而保证电能满足电负荷需求。
146.在用电高峰期，当风电、光伏发电量不能满足电负荷需求量时，储热系统4驱动汽轮机5发电，储氢系统8驱动燃料电池9产生电能，从而保证电能满足电负荷需求；
147.在用电低谷期，当风电、光伏发电量超过电负荷需求量时，多余的电能驱动电解水制氢系统6制取氢气后储存在储氢罐8中，光热系统3收集的多余的热能可储存在储热系统4中保存，或驱动热化学制氢系统7制取氢气后储存在储氢罐8中，从而起到消纳作用。
148.在实际应用中，所述热化学制氢系统30采用氨分解制氢、金属氢化物分解制氢中的至少一种。
149.当然，该热化学制氢系统30也还可以采用其他制氢技术，此处不再一一赘述，均在本技术的保护范围内。
150.在实际应用中，所述储热系统20包括：显热储热、潜热储热和热化学储热中的至少一种。
151.当然，该储热系统20也还可以采用其他储热技术，此处不再一一赘述，均在本技术的保护范围内。
152.需要说明的是，随着新能源的快速增长，其并网运行既加大了电网调峰调频压力，也增加了常规电源的调节压力。
153.在本实施例中，光热系统10与储热系统20结合，可实现24小时连续驱动制氢。通过光伏、风电和热能等多种途径综合制氢，即可连续制氢，又可提高产量。同时，将新能源系统与储热系统20、储氢系统相结合，可起到电力调峰消纳作用，并实现电能、氢能的稳定供应；另外，清洁制氢及供能系统产生的电能和氢能100％来源于太阳能和风能，清洁环保，且经济效益高。
154.本说明书中的各个实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
155.专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业
技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
156.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。