一种基于风光互补发电和氢能供电的海水淡化系统的制作方法

本发明涉及海水淡化技术领域，尤其涉及一种基于风光互补发电和氢能供电的海水淡化系统。

背景技术：

众所周知，地球71％的表面都被水覆盖，而能供人们生活用的淡水资源仅仅占全部水资源的2.5％，与其相对应的海水含量却占据了97.5％，随着世界人口增长、现代工业的高速发展，对水资源，特别是淡水资源的需求量越来越大。因此，淡水资源匮乏已经成为当今世界面临的非常严峻的全球性问题。

近些年，随着越来越多的国家对水资源匮乏问题的重视，通过海水淡化方法，获得淡水资源也被认为是最佳途径。海水淡化是将海水中的盐分和水分分离，最终得到淡水和浓缩盐水的过程。目前比较常用的海水淡化方法有多级闪蒸(msf)、多效蒸发(med)和反渗透(ro)这三种方法。上述三种方法在使用过程中均需要使用电能。

我国沿海岛屿众多，岛屿上普遍缺乏电力和淡水供应，而岛屿上风能、太阳能和海水资源充足，因此采用可再生能源进行海水淡化具有良好的发展前景。太阳能和风能均是一种取之不尽而又没有污染的能源,其缺点是能量密度低而且昼夜差别大,不稳定,贮存与运输又相当困难。氢具有清洁无污染、储运方便、利用率高、可通过燃料电池把化学能直接转换为电能。氢气也能够利用来储存能量，是一种重要的二次能源。氢能即为氢气中所含有的能量，具有环境友好、资源丰富、热值高、燃烧性能好、潜在经济效益高的特点。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于风光互补发电和氢能供电的海水淡化系统，以解决的技术问题是：提供一种发电效率高且能源利用率高的海水淡化系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了了一种基于风光互补发电和氢能供电的海水淡化系统，包括:

风光互补发电模块，包括风力发电装置、光伏发电装置、用于控制所述风力发电装置和光伏发电装置的风光互补控制器，以及与所述风光互补控制器电性连接的蓄能器；

氢能供电模块，包括分别与所述风光互补发电模块和蓄能器电性连接的氢能电解池、与所述氢能电解池连接的燃料发电装置、分别与所述氢能电解池和所述燃料发电装置连接的plc控制装置，以及与燃料发电装置连接的水能源回收装置；以及

海水淡化模块，与所述燃料发电装置连接。

进一步的，所述海水淡化模块包括与所述燃料发电装置连接的海水抽取器、与所述海水抽取器连接的过滤装置、与所述过滤装置连接且与所述燃料发电装置电性连接的海水高压增压器、与所述海水高压增压器连接的反渗透膜装置、连接于所述反渗透膜装置一侧的且与所述氢能电解池连接的能量回收装置，以及与所述反渗透膜装置另一侧连接的淡水回收装置。

进一步的，所述氢能供电模块还包括一端与所述氢能电解池连接且另一端与所述燃料发电装置连接的氢能存储器；

所述氢能电解池与所述燃料发电装置之间设有一与所述plc控制装置电性连接的气体流量计；

所述氢能电解池与所述燃料发电装置之间设有一与所述plc控制装置电性连接的第一电磁阀；

所述氢能电解池与所述氢能存储器之间设有一与所述plc控制装置电性连接的第二电磁阀；以及

所述氢能存储器与所述燃料发电装置之间设有一与所述plc控制装置电性连接的第三电磁阀；即

通过所述气体流量计传递给所述plc控制装置信号，由plc控制装置判断所述氢能电解池中氢能流量的大小，从而判断是否需要由所述氢能存储器存储多余的氢能，当氢能不足时，再由所述plc控制装置控制由所述氢能存储器为所述燃料发电装置提供氢能。

进一步的，所述氢能存储器包括加氢机构和脱氢机构；所述加氢机构中设有有机储氢材料；其中

所述有机储氢材料在所述加氢机构中进行加氢得到氢化有机储氢材料，将有机储氢材料转移至脱氢机构中，氢化有机储氢材料在脱氢机构中进行脱氢，脱出的氢气进入燃料发电装置；以及

所述加氢机构中装有加氢催化剂，所述加氢催化剂为ni/mil-53(al)、ru-b/mil-53(cr)、ru/al2o3中的一种；

所述脱氢机构中装有脱氢催化剂，所述脱氢催化剂为或pd/mil-53(al)、钯负载三氧化铝或钯负载活性炭中的一种。

进一步的，所述海水抽取器与所述燃料发电装置之设有dc/ac逆变器。

进一步的，所述氢能电解池内采用防腐蚀电极钛，并且所述氢能电解池一侧内壁上安装有活性炭；以及

所述氢能电解池还连接有一副产品收集装置。

进一步的，所述水能源回收装置包括一与所述燃料发电装置连接的热交换器、通过所述热交换器后用于存储淡水的第一淡水存储罐、与所述热交换器连接的用于蒸发海水的太阳能集热管，以及与所述太阳能集热管的蒸汽出口处连接的且与所述第一淡水存储罐连接的冷凝器；其中

所述太阳能集热管的蒸汽出口处还设有一用于将蒸汽吹入冷凝器中的风扇。

进一步的，所述太阳能集热器上还设有一收集存储雨水的集水槽。

进一步的，所述过滤装置包括依次连接的多介质过滤器，活性炭过滤器和保安过滤器。

进一步的，所述淡水回收装置包括与所述反渗透膜装置连接的紫外线杀菌器、与所述紫外线杀菌器连接的再矿化器，以及与所述再矿化器连接的第二淡水存储罐。

本发明的有益效果为：通过设计的将风光互补发电模块与氢能供电模块结合使用，并直接应用于海水淡化，避免运氢难题，优势互补，发电效率高，储存方便，实用性强，应用价值高。

进一步的，设计的水能源回收装置，适于将氢燃料电池产热充分利用，节约能源。

进一步的，设计将反渗透膜装置中能量回收装置中的高浓度海水作为电解液，可以提高电解率，产生盐、氧气等大量附加产品，提高经济效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的基于风光互补发电和氢能供电的海水淡化系统的结构示意图；

图2为本发明的基于风光互补发电和氢能供电的海水淡化系统的氢能供电模块的结构示意图。

图中：风力发电装置1、光伏发电装置2、风光互补控制器3、蓄能器4、氢能电解池5、副产品收集装置6、氢能存储器7、燃料发电装置8、第一淡水存储罐9、冷凝器10、风扇11、太阳能集热管12、热交换器13、海水抽取器14、多介质过滤器15、活性炭过滤器16、保安过滤器17、海水高压增压器18、反渗透膜装置19、能量回收装置20、紫外线杀菌器21、再矿化器22、第二淡水存储罐23、气体流量计24、第一电磁阀25、第二电磁阀26、第三电磁阀27、plc控制装置28、dc/ac逆变器29。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

如图1和图2所示，本发明提供了一种基于风光互补发电和氢能供电的海水淡化系统，包括风光互补发电模块、氢能供电模块和海水淡化模块。

风光互补发电模块，包括风力发电装置1，光伏发电装置2，用于控制所述风力发电装置1和光伏发电装置2的风光互补控制器3，以及与所述风光互补控制器3电性连接的蓄能器4。

风力发电装置1包括风机，光伏发电装置2包括太阳能电池板。

风力发电装置1和光伏发电装置2产生的电能，通过风光互补控制器3对蓄能器4充电。风光互补控制器3可根据蓄能器4电压变化对蓄能器4充电、放电。蓄能器4起着储存和调节电能的作用，当日照充足或风力很大，直接给电解水槽供电。为防止产生的电能过剩时，由蓄能器4将多余的电能储存起来；当系统发电量不足时，则由蓄能器4向电解水槽提供电能，保持供电电压的稳定。

氢能供电模块，包括分别与所述风光互补发电模块和蓄能器4电性连接的氢能电解池5，与所述氢能电解池5连接的燃料发电装置8，分别与所述氢能电解池5和所述燃料发电装置8连接的plc控制装置28，以及与燃料发电装置8连接的水能源回收装置。

海水淡化模块，与所述燃料发电装置8连接，包括与所述燃料发电装置8电性连接的海水抽取器14，与所述海水抽取器14连接的过滤装置，与所述过滤装置连接且与所述燃料发电装置8电性连接的海水高压增压器18，与所述海水高压增压器18连接的反渗透膜装置19，连接与所述反渗透膜装置19一侧的并且与所述氢能电解池5连接的能量回收装置20，以及与所述反渗透膜装置19另一侧连接的淡水回收装置。

其中，海水抽取器14采用抽水泵，海水高压增压器18采用高压泵。能量回收装置20采用涡轮式，将排出低压高浓度海水，导入电解水槽，作为电解液。

所述氢能供电模块还包括一端与所述氢能电解池5连接且另一端与所述燃料发电装置8连接的氢能存储器7。

所述氢能电解池5与所述燃料发电装置8之间设有一与所述plc控制装置28电性连接的气体流量计24。

所述氢能电解池5与燃料发电装置8之间设有一与所述plc控制装置28电性连接的第一电磁阀25。所述氢能电解池5与所述氢能存储器7之间设有一与所述plc控制装置28电性连接的第二电磁阀26。所述氢能存储器7与所述燃料发电装置8之间设有一与所述plc控制装置28电性连接的第三电磁阀27。即通过所述气体流量计24传递给所述plc控制装置28信号，由plc控制装置28判断所述氢能电解池4中氢能流量的大小，从而判断是否需要由所述氢能存储器7存储多余的氢能，当氢能不足时，再由所述plc控制装置28控制由所述氢能存储器7为所述燃料发电装置8提供氢能。

所述氢能存储器7包括加氢机构和脱氢机构；所述加氢机构中设有有机储氢材料。

所述有机储氢材料在所述加氢机构中进行加氢得到氢化有机储氢材料，将有机储氢材料转移至脱氢机构中，氢化有机储氢材料在脱氢机构中进行脱氢，脱出的氢气进入燃料发电装置8。

具体的，所述有机储氢材料由n-甲基吲哚、n-乙基吲哚、二氮芴和n-乙基咔唑组成；并且所述有机储氢材料中n-甲基吲哚、n-乙基吲哚、二氮芴和n-乙基咔唑的质量比为5∶1∶2∶2。

本发明中选用的有机储氢材料为n-甲基吲哚、n-乙基吲哚、二氮芴和n-乙基咔唑的混合物，它们各自均能选择性的进行加氢和脱氢反应，在工作过程中均不会出现分解。二氮芴共有六个双键，每个二氮芴共可加上十二个氢原子，具有较高的储氢密度，但是二氮芴熔点较高，因为脱氢反应是吸热过程，为了使脱氢反应能在较低温度进行，从而消耗更少的热量，有机储氢材料的氢化热的绝对值应尽量小，将氮杂原子引入稠环化合物，其氢化物的脱氢温度会明显降低。此外，随着稠环化合物芳环数目的增加，其氢化热会相应的降低，使其氢化物的脱氢温度也会随之降低，且一级脱氢温度和最高级脱氢温度间的温差也会变小。因此，为了获得脱氢温度较适宜、脱氢温度级差较小的储氢分子，我们考虑采用同时在分子中引入氮杂原子和增加分子芳环数两种手段，然而随着芳环数目的增加，稠环化合物的熔沸点通常会迅速增加，尽管高沸点能保证它们在脱氢温度下不至于沸腾，但是如果稠环化合物熔点过高，甚至于在脱氢工作温度下为固体，随着脱氢反应的进行，脱氢产生的固体产物可能会覆盖在催化剂的表面而使催化剂无法正常发挥催化作用。

为了方便用于燃料电池，作为储氢材料的稠环化合物常温下最好是液体，因为液态储氢材料比固态的有着更显著的工程优势，无论是在运行过程中还是在配送过程中他们都更容易被汲取。

根据热力学理论，如果两种液体组分的交换能为负，那么他们的混合物会发生对理想混合物的负偏离，也就是说其混合物的最低熔点有可能会在很大程度上低于任一纯组分的熔点，对于更多元的系统，只要任意两组分间的交换能为负，那么混合物的最低熔点就会变得更低，这一热力学结论也适用于由含侧基的稠环化合物构成的多元系统，可以通过调整稠环化合物的侧基的类型使其交换能为负，根据这一原理，我们采用复配的方式得到混合有机储氢材料，在保证较高储氢密度的同时，尽可能降低储氢体系的熔点，同时要保证不会限制彼此的加氢和脱氢。本发明通过在吲哚和咔唑分子中引入甲基或乙基得到熔点较低的n-甲基吲哚、n-乙基吲哚和n-乙基咔唑，现有技术中已有将吲哚及其衍生物、咔唑及其衍生物作为储氢材料的资料，但是没有将他们将他们进行复配的资料，另外，虽然他们各自单独都能进行加氢和脱氢反应，但是组合到一起后，需要挑选合适的配比、催化剂种类、温度等因素才能保证他们混合后彼此的加氢和脱氢不受到抑制，本发明通过将n-甲基吲哚、n-乙基吲哚、二氮芴和n-乙基咔唑按一定比例进行混合，得到共熔点在零下的低共熔液体混合物储氢材料体系，储氢密度高达5.89wt％，且相互之间不会抑制彼此的加氢反应和脱氢反应的进行。

可选的，所述加氢机构中装有加氢催化剂，所述加氢催化剂为ni/mil-53(al)、ru-b/mil-53(cr)、ru/al2o3中的一种；所述加氢装置的加氢温度为120-150℃。

所述脱氢机构中装有脱氢催化剂，所述脱氢催化剂为或pd/mil-53(al)、钯负载三氧化铝或钯负载活性炭中的一种；所述脱氢装置的脱氢温度为170-190℃。

可选的，催化剂和原料的重量比为1∶10。

所述海水抽取器14与所述燃料发电装置8之设有dc/ac逆变器29。燃料发电装置8通过dc/ac逆变器29后为海水抽取器14和海水高压增压器18提供电能。

优选的，所述氢能电解池5内采用防腐蚀电极钛，并且所述氢能电解池5一侧内壁上安装有活性炭；以及所述氢能电解池5还连接有一副产品收集装置6。

氢能电解池5采用防腐蚀电极钛(ti)，能耐海水，各种氯化物和次氯化盐，氧化性酸(包括发烟，硝酸)，有机酸，碱等的腐蚀。氢能电解池5一侧内壁上安装有活性炭,活性炭辅助海水电解制氢,使电解海水的电压大幅度降低,同时抑制了氯气的产生,实现了节约电能的要求。

浓海水是自然海水浓高度的2倍，含盐量高，可获得大量原盐、镁、钾、溴及稀有元素。氢能电解池5可获得纯氧，收集起来可作为商品。卖给机械加工企业作为钢铁切割和有色金属焊接时的氧气。经济效益大，可促进海水资源的充分利用，促进海岛发展。

所述水能源回收装置包括一与所述燃料发电装置8连接的热交换器13，通过所述热交换器13后用于存储淡水的第一淡水存储罐9，与所述热交换器13连接的用于蒸发海水的太阳能集热管12，以及与所述太阳能集热管12的蒸汽出口处连接的并且与所述第一淡水存储罐9连接的冷凝器10。

所述太阳能集热管12的蒸汽出口处还设有一用于将蒸汽吹入冷凝器10中的风扇11。

可选的，所述太阳能集热器12上还设有一收集存储雨水的集水槽。通过集水槽可以更好的回收利用雨水资源，不浪费。

所述过滤装置包括依次连接的多介质过滤器15，活性炭过滤器16和保安过滤器17。再经过保安过滤器17后的海水中加入阻垢剂。

所述淡水回收装置包括与所述反渗透膜装置19连接的紫外线杀菌器21，与所述紫外线杀菌器21连接的再矿化器22，以及与所述再矿化器22连接的第二淡水存储罐23。

可选的，所述燃料发电装置8可采用例如但不限于质子交换膜电池或碱性燃料电池。

当采用质子交换膜燃料电池,它采用固态高分子聚合物膜作为电解质,包括两块多孔气体扩散电极与固态高分子聚合物电解质膜,多孔电极的一侧是伏在触媒,另一极与极板接触,极板上开设凹槽通道,一边燃料气,氧化剂或者冷却剂通过,与电极的电接触可以通过这些流场的板极来实现,介于两个电极之间的固态高分子聚合物电解质膜,具有质子交换膜的功能,还起着隔离燃料气与氧化剂的作用,质子交换膜燃料电池以氢气或者净化重整燃料气为燃料气体,以空气或者纯氧气作为氧化剂,电解质将电池分为阴极和阳极两部分,如果分别向阳极和阴极供应氢气和氧气,在阳极中,氢气在催化剂的催化下降低活性能,发生化学反应。质子交换膜燃料电池的产物为水,电以及热量。因此更加环保和节约能源。

本发明的基于风光互补发电和氢能供电的海水淡化系统的工作原理为：风光互补发电装置给蓄能器4供电，蓄能器4给氢能电解池5供电，氢能电解池5产生氢气，一部分存储在氢能存储器7，一部分供应燃料发电装置8。燃料发电装置8将给海水抽取器14和海水高压增压器18供电，这个过程产生的水存储到第一淡水存储罐9里。产生的热量经热交换器13进入太阳能集热器12，海水经太阳能集热器12产生蒸汽，经风扇11排到冷凝器10后冷凝成淡水，流入第一淡水存储罐9。海水淡化模块，海水抽取器14抽取海水，经多介质过滤器15、活性炭过滤器16、保安过滤器17进行初步预处理，之后加入阻垢剂，经海水高压增压器18增压，通过反渗透膜装置19，过滤出淡水。能量回收装置20回收能量并将排出的高浓度海水流入氢能电解池5。最后经紫外线杀菌和再矿化后，淡水存储在第二淡水存储罐23里。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。