一种海上风电制氢耦合水合物法固态储氢系统及储氢方法

本发明涉及固态储氢，特别是涉及一种海上风电制氢耦合水合物法固态储氢系统及储氢方法。

背景技术：

1、氢能作为一种来源广泛、清洁无碳、能量密度高、应用场景丰富的二次能源是实现交通运输、工业和建筑等大规模深度脱碳的重要路径。众多制氢技术中利用风能、太阳能等可再生能源制氢，才可以真正实现生产源头的无碳化，是未来可持续发展的必然趋势。近年来，海上风电制氢技术发展势头迅猛。这是因为该技术可以利用低品质新能源电力制备高品质氢能，不仅可以有效降低深远海电力输送成本，还解决了海上风电大规模消纳和能量长时间存储问题，在成本和周期上都具备优势。但是，海上风电制氢的规模化发展还受氢气安全、高效储存技术的限制。

2、当前储氢技术主要有高压气态储氢、液态储氢和固态储氢。目前应用于海上平台的主流储氢技术是高压气态储氢，通过管网或采用高压容器由船舶等运输工具进行输送，该技术的缺点是储存压力和成本高，并且在运输过程中存在安全等问题。其次是将氢气降温到-253℃变成液态进行存储，采用保温储罐通过船舶运输到陆地上应用。该技术成本和能耗相对较高。同时，一旦储运过程中发生泄漏，会导致严重的安全事故，增加了储氢的成本和工艺的复杂性，也不易在海上浮式平台直接使用，未来发展的可能性较低。因此，亟须一种储氢密度高、能源利用效率高、安全性高的新型储氢技术来耦合海上平台风力发电制氢技术。

技术实现思路

1、为了海上浮式平台制氢后储氢困难的问题，本发明提出一种海上风电制氢耦合水合物法固态储氢系统及储氢方法。

2、本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

3、一种海上风电制氢耦合水合物法固态储氢系统，包括海水淡化系统、海上制氢系统和水合物法固态储氢系统，所述海水淡化系统利用海水为原料进行淡化处理后获得淡水，所述海上制氢系统通过风力发电对所述淡水进行电解水制氢产生氢气，所述水合物法固态储氢系统将所述氢气与热力学促进剂和动力学促进剂反应生成含氢水合物，以所述含氢水合物的形式实现氢的固态储存。

4、在一些实施例中，所述海水淡化系统包括依次连接的海水储罐、海水泵、过滤器、高压泵、反渗透装置和淡水储罐。

5、在一些实施例中，所述海上制氢系统包括海上风力发电机组、发电机、电解槽和氢气储罐，所述海上风力发电机组驱动所述发电机发电以向所述电解槽供电，所述电解槽电解所述淡水产生的氢气送入所述氢气储罐。

6、在一些实施例中，所述水合物法固态储氢系统包括氢气压缩机、冷凝器、制冷循环泵、水合物反应容器、制冷机、预混循环泵、预混装置、热力学促进剂储罐、动力学促进剂储罐、固液分离器以及水合物储罐，氢气通过所述氢气压缩机增压，再经过所述冷凝器预冷后注入到所述水合物反应容器中，所述制冷机中的制冷剂经过所述制冷循环泵为所述水合物反应容器提供冷量，所述热力学促进剂储罐中的热力学促进剂和所述动力学促进剂储罐中的动力学促进剂通过所述预混装置进行混合后经过所述预混循环泵注入所述水合物反应容器中，反应生成的含氢水合物通过所述固液分离器过滤出未反应的混合溶液后，得到的固态含氢水合物储存在所述水合物储罐中。

7、在一些实施例中，所述制冷机由所述风力发电提供电能。

8、在一些实施例中，所述海上制氢系统包括氧气洗涤器、氢气洗涤器、氢气冷却器、氧气冷却器、氧气分离器、氢气分离器、氧气储罐、氢气储罐、碱液罐、碱液循环泵和电解槽，所述碱液循环泵、所述碱液罐、所述电解槽与所述氧气分离器形成产氧的第一循环回路，所述碱液循环泵、所述碱液罐、所述电解槽与所述氢气分离器形成产氢的第二循环回路，所述氧气分离器和所述氢气分离器还分别连接所述氧气洗涤器和所述氢气洗涤器，所述氧气洗涤器通过所述氧气冷却器和气水分离器连接所述氧气储罐，所述氢气洗涤器通过所述氢气冷却器和气水分离器连接所述氢气储罐，所述海水淡化系统的淡水储罐通过所述碱液循环泵和所述碱液罐连接所述电解槽。

9、在一些实施例中，所述海水淡化系统的淡水储罐在所述氧气洗涤器和/或所述氢气洗涤器中对被洗涤氧气和/或氢气的喷淋除盐水，喷淋的除盐水通过所述氧气洗涤器和/或所述氢气洗涤器接入所述第一循环回路和/或所述第二循环回路，所述除盐水喷淋洗涤携带碱液的氧气和/或氢气，氧气和/或氢气中所含的碱液随着所述除盐水从所述氧气洗涤器和/或所述氢气洗涤器的下方流出继续循环使用。

10、在一些实施例中，所述海水淡化系统的淡水储罐通过所述氧气洗涤器连接所述氧气分离器，和/或通过所述氢气洗涤器连接所述氢气分离器。

11、在一些实施例中，所述水合物法固态储氢系统包括氢气压缩机、第一冷凝器、第二冷凝器、热动力学促进剂混合储罐、水合物反应容器、循环泵、固液分离器以及水合物储罐，氢气储罐经过所述氢气压缩机、所述第一冷凝器连接所述水合物反应容器，所述第二冷凝器通过相应的循环泵连接所述水合物反应容器，为所述水合物反应容器提供冷量来促进氢气水合物的生成，所述热动力学促进剂混合储罐通过相应的循环泵连接所述水合物反应容器，所述水合物反应容器通过所述固液分离器连接所述水合物储罐。

12、本发明还提出了一种海上风电风电制氢耦合水合物法固态储氢方法，使用上述的海上风电制耦合水合物法固态储氢系统实现含氢水合物固态储氢。

13、本发明与现有技术对比的有益效果包括：

14、本发明通过风力发电对海水淡化系统淡化处理后的淡水进行电解水制氢产生氢气，通过水合物法固态储氢系统将氢气与热力学促进剂和动力学促进剂反应生成含氢水合物，以含氢水合物的形式实现氢的固态储存。本发明提出在海上风电制氢后通过水合物反应生成含氢水合物的方式固态储氢，应用于海上平台的优点在于储氢系统结构简单，易于在海上平台操作和维护，且能够在有限的海上平台空间内可以实现较高的单位体积储氢量，实现高密度安全储运。本发明水合物储氢技术在温和的温-压条件下可以实现氢气以固态形式存储，安全性高，不易发生氢气泄漏和爆炸的风险，海上作业安全性更高。对环境友好，水合物储氢不需要化学反应，无二次污染，对海洋环境影响小。该系统可就地取材使用海水，可充分利用周边海水资源来进行水合物法固态储氢，并同时可以实现水合物海水淡化。

15、本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。

技术特征：

1.一种海上风电制氢耦合水合物法固态储氢系统，其特征在于，包括海水淡化系统、海上制氢系统和水合物法固态储氢系统，所述海水淡化系统利用海水为原料进行淡化处理后获得淡水，所述海上制氢系统通过海上风力发电对所述淡水进行电解水制氢产生氢气，所述水合物法固态储氢系统将所述氢气与热力学促进剂和动力学促进剂反应生成含氢水合物，以所述含氢水合物的形式实现氢的固态储存。

2.如权利要求1所述的海上风电制氢耦合水合物法固态储氢系统，其特征在于，所述海水淡化系统包括依次连接的海水储罐、海水泵、过滤器、高压泵、反渗透装置和淡水储罐。

3.如权利要求1所述的海上风电制氢耦合水合物法固态储氢系统，其特征在于，所述海上制氢系统包括海上风力发电机组、发电机、电解槽和氢气储罐，所述海上风力发电机组驱动所述发电机发电以向所述电解槽供电，所述电解槽电解所述淡水产生的氢气送入所述氢气储罐。

4.如权利要求1至3任一项所述的海上风电制氢耦合水合物法固态储氢系统，其特征在于，所述水合物法固态储氢系统包括氢气压缩机、冷凝器、制冷循环泵、水合物反应容器、制冷机、预混循环泵、预混装置、热力学促进剂储罐、动力学促进剂储罐、固液分离器以及水合物储罐，氢气通过所述氢气压缩机增压，再经过所述冷凝器预冷后注入到所述水合物反应容器中，所述制冷机中的制冷剂经过所述制冷循环泵为所述水合物反应容器提供冷量，所述热力学促进剂储罐中的热力学促进剂和所述动力学促进剂储罐中的动力学促进剂通过所述预混装置进行混合后经过所述预混循环泵注入所述水合物反应容器中，反应生成的含氢水合物通过所述固液分离器过滤出未反应的混合溶液后，得到的固态含氢水合物储存在所述水合物储罐中。

5.如权利要求4所述的海上风电制氢耦合水合物固态储氢系统，其特征在于，所述制冷机由所述海上风力发电提供电能。

6.如权利要求1至5任一项所述的海上风电制电制氢耦合水合物固态储氢系统，其特征在于，所述海上制氢系统包括氧气洗涤器、氢气洗涤器、氢气冷却器、氧气冷却器、氧气分离器、氢气分离器、氧气储罐、氢气储罐、碱液罐、碱液循环泵和电解槽，所述碱液循环泵、所述碱液罐、所述电解槽与所述氧气分离器形成产氧的第一循环回路，所述碱液循环泵、所述碱液罐、所述电解槽与所述氢气分离器形成产氢的第二循环回路，所述氧气分离器和所述氢气分离器还分别连接所述氧气洗涤器和所述氢气洗涤器，所述氧气洗涤器通过所述氧气冷却器和气水分离器连接所述氧气储罐，所述氢气洗涤器通过所述氢气冷却器和气水分离器连接所述氢气储罐，所述海水淡化系统的淡水储罐通过所述碱液循环泵和所述碱液罐连接所述电解槽。

7.如权利要求6所述的海上风电制氢耦合水合物法固态储氢系统，其特征在于，所述海水淡化系统的淡水储罐在所述氧气洗涤器和/或所述氢气洗涤器中对被洗涤氧气和/或氢气的喷淋除盐水，喷淋的除盐水通过所述氧气洗涤器和/或所述氢气洗涤器接入所述第一循环回路和/或所述第二循环回路，所述除盐水喷淋洗涤携带碱液的氧气和/或氢气，氧气和/或氢气中所含的碱液随着所述除盐水从所述氧气洗涤器和/或所述氢气洗涤器的下方流出继续循环使用。

8.如权利要求7所述的海上风电制氢耦合水合物法固态储氢系统，其特征在于，所述海水淡化系统的淡水储罐通过所述氧气洗涤器连接所述氧气分离器，和/或通过所述氢气洗涤器连接所述氢气分离器。

9.如权利要求1至3任一项所述的海上风电制氢耦合水合物法固态储氢系统，其特征在于，所述水合物法固态储氢系统包括氢气压缩机、第一冷凝器、第二冷凝器、热动力学促进剂混合储罐、水合物反应容器、循环泵、固液分离器以及水合物储罐，氢气储罐经过所述氢气压缩机、所述第一冷凝器连接所述水合物反应容器，所述第二冷凝器通过相应的循环泵连接所述水合物反应容器，为所述水合物反应容器提供冷量来促进氢气水合物的生成，所述热动力学促进剂混合储罐通过相应的循环泵连接所述水合物反应容器，所述水合物反应容器通过所述固液分离器连接所述水合物储罐。

10.一种海上风电制氢耦合水合物法固态储氢方法，其特征在于，使用如权利要求1至9任一项所述的海上风电制含氢水合物固态储氢系统实现含氢水合物固态储氢。

技术总结
一种海上风电制氢耦合水合物法固态储氢系统及储氢方法，包括海水淡化系统、海上制氢系统和水合物法固态储氢系统，海水淡化系统利用海水为原料进行淡化处理后获得淡水，海上制氢系统通过风力发电对淡水电解产生氢气，水合物法固态储氢系统将氢气与热力学促进剂和动力学促进剂反应生成含氢水合物，实现氢的固态储存。本发明在海上进行风力发电制氢后通过反应生成含氢水合物的方式进行固态储氢，实现高密度安全储运，对环境无污染，且使得储氢系统结构简单，易于在海上平台操作和维护，能够在有限的海上平台空间内实现较高的单位体积储氢量。并且在温和的温‑压条件下实现氢气以固态形式存储，不易发生氢气泄漏和爆炸的风险，海上作业安全性更高。

技术研发人员：殷振元,张继宝,李艳,饶翊之,孙佳钰
受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10