一种氢油存储与分布式氢燃料发电相结合系统的制作方法

本发明涉及常温常压的氢气的高效运输与储存，从而实现灵活的利用氢能进行分布式发电的能源系统，具体的涉及一种氢油存储运输与分布式氢燃料发电相结合系统。

背景技术：

近年来，在中国三北地区电力市场容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，电网调峰及电网调频的需求量越来越大，调峰调频困难已经成为电网运行中最为突出的问题。

目前，分布式发电站调峰、调频主要利用蓄电池或者燃汽轮机等方式。蓄电池用于调峰调频依然存在电池处理污染问题，而燃气轮机用于调峰、调频，其主要还是燃用天然气、焦炉煤气等气体燃料或石油等液体燃料，运行成本较高，利用率低，燃烧产能过程中产生废气，环境污染严重。所以，亟待寻找一种能够应用于分布式发电站，且启、停方便、迅速、环境污染小的调峰、调频系统。

氢能作为一种清洁燃料，是目前比较理想的一种燃料，而且中国氢气年产量已逾千万吨规模，位居世界第一。在氢能的应用端，除了大规模的工业应用，如合成氨、炼油、普法玻璃、多晶硅、蓝宝石等应用外，燃料电池汽车是未来最被看好的大规模氢能民用产业。利用氢能的燃料电池汽车是唯一能够全面达到汽车性能指标的环保车型，最大社会意义是代替石油和常规锂电池汽车的电池处理和污染问题，氢燃料电池汽车的优点确实很多，但截至目前还没有大规模量产化的氢燃料电池汽车的出现(丰田的mriai未来汽车只能算是小规模的量产)。将氢能作为一种燃料应用于发电站应用于调峰调频也很少见。这是由于氢气的运输、存储不便，成本高，典型的存储方有低温液态储氢法、高压气态储氢法等。其中低温液态储氢法虽然具有较高的体积能量密度，但由于氢气的临界温度较低，氢气液化要消耗很大的冷却能量，储存中还不可避免地存在蒸发损失，储存成本较高。高压气态储氢法使用方便，但能量密度较低，且存在安全隐患。其次，氢气生产主要集中在特定的地方，在实际应用中，运输不便，运输过程中能源消耗严重。目前无论是液氢低温运输还是高压罐体运输，这种超低温和高压过程都会造成具体的能源消耗。而应用端的大型燃料电池发电技术和氢气燃机发电技术也受到氢气运输和廉价稳定的氢气源过少的影响，发展缓慢。所以，将氢气应用于发电站用于调峰调频，氢气的存储和运输是关键。

本发明将携带氢气的有机溶剂(简称氢油)与分布式、非集中的氢燃料发电技术(包括分布式的燃料电池发电和氢气小型燃机发电)相结合，可以解决氢气的高效节能运输和分布式发电问题，从而为电网提供宝贵的调峰调频资源，而且其热能副产物可以作为供热空调的热源，使整个系统效率更高。

技术实现要素：

本发明提供了一种氢油储存与分布式氢燃料发电相结合的系统，利用携氢有机溶剂进行常温常压氢气的高效运输和储存，使得分布式发电站利用氢能进行调峰调频成为可能，燃氢发电用于发电站调峰调频方便、快捷。

为实现上述目的，本发明通过以下方式实现：

一种氢油存储与分布式氢燃料发电相结合系统，所述的系统包括：氢能调峰调频分布式发电站，所述的氢能调峰调频分布式发电站中设置有氢油存放装置，用于将氢气以氢油的形式存储；氢油分解装置，与氢油存放装置连接，用于通过分解氢油产生氢气；氢燃料发电装置，与氢油分解装置连接，用于产生电能；电网调峰调频控制模块,根据电网调峰调频的需要，用于控制氢燃料发电装置的发电功率和升降功率，实现电网的调峰调频。

进一步，氢气生产装置，用于制备氢气；

进一步，氢油制备装置，通过将氢气与有机溶剂混合形成氢油；

进一步，氢油存储装置，用于常温常压下氢油的存储；

进一步，氢油运输装置，用于将携带有氢油的氢油存储装置在常温常压下运输至氢能调峰调频分布式发电站；

根据本发明的实施例，所述的氢燃料发电装置为氢燃料电池热电联产机组，或氢燃气轮机热电联产机组。

优选的，所述的氢燃料发电装置为氢燃料电池热电联产机组和氢燃气轮机热电联产机组。

进一步，所述的氢能调峰调频分布式发电站可以为多个，且分布设置。

进一步，所述的氢油存放装置可以为多个。

根据本发明的一些实施例，所述氢燃料发电装置还可以与供热管网连接，氢燃料发电装置产生的热量用于供热系统。

优选的，所述氢油是一种通过氢气与有机溶剂进行加氢反应形成的携氢体系，所述携氢体系在常温常压下呈液态，且能够通过脱氢反应分解出氢气。

进一步，所述氢油能够在催化剂的作用下，于80℃-250℃的温度下分离出氢气。

进一步，所述有机溶剂为不饱和碳氢化物或杂环不饱和化合物一种或多种。

优选的，所述不饱和碳氢化物为不饱和芳香烃。

更优选的，所述有机溶剂至少包括两种，且至少一种所述的有机溶剂为熔点低于80℃的低熔点化合物。

本发明的有益效果：

1)本发明的氢气燃料电池或微型燃气轮机发电系统，可以灵活的启停和变动发电功率，从而为电力市场和电网全年提供调峰和调频等辅助服务，从而缓解了电网平衡和峰谷差问题。

2)本发明采用有机溶剂储氢和运输氢气技术，可以实现氢能在常温常压运输和存储，方便快捷且安全，节省能耗。

3)本发明有机溶剂储氢运氢与分布式氢能发电系统相结合，使得利用氢能进行分布式发电站的调峰调频成为可能。

附图说明

图1是本发明实施例1中一种氢油储存与分布式氢燃料发电相结合系统的结构图；

图2是本发明实施例3中一种氢油储存与分布式氢燃料发电相结合系统的结构图；

图3是本发明实施例4中的一种氢油储存与分布式氢燃料发电相结合系统的结构图；

图4是本发明实施例5中的一种氢油储存与分布式氢燃料发电相结合系统的结构图；

为进一步清楚的说明本发明的结构和各部件之间的连接关系，给出了一下附图标记，并加以说明。

1、氢气生产装置；2、氢油制备装置；3、氢油存储装置；4、氢油运输装置；5、氢能调峰调频分布式发电站；50、氢油存放装置；51、氢油分解装置；52、氢燃料发电装置；53、电网调峰调频控制模块；521、氢燃料电池热电联产机组；522、氢燃气轮机热电联产机组；

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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付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。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的油温加热带控制方法、控制装置以及空调器。

实施例1

图1是本发明中实施例1的一种氢油运输储存与分布式氢燃料发电相结合系统结构图。如图1所示，该氢油运输储存与分布式氢燃料发电的结合系统包括氢能调峰调频分布式发电站5，所述的氢能调峰调频分布式发电站5中设置有氢油存放装置50，用于将氢气以氢油的形式存储；氢油分解装置51，与氢油存放装置50连接，用于通过分解氢油产生氢气；氢燃料发电装置52，与氢油分解装置51连接，用于产生电能；电网调峰调频控制模块53,根据电网调峰调频的需要，用于控制氢燃料发电装置52的发电功率和升降功率，实现电网的调峰调频。

具体的，所述的电网调峰调频控制模块53检测用电量，在用电高峰时段时，所述的电网调峰调频控制模块53发布用于氢燃料发电装置52启动指令，利用储存的氢气通过氢燃料发电装置52发电；在用电低谷时段时，所述的电网调峰调频控制模块53发布氢燃料发电装置52停机指令，从而实现电网调峰。

具体的，所述的电网调峰调频控制模块53还可以检测电网频率变化，在需要快速增加发电负荷时，快速启动氢燃料发电装置52，根据调频需要增加快速发电负荷，在需要快速减少发电负荷时，停止分布式氢燃料发电装置52，氢燃料发电装置52发电的快速投切和升降负荷，从而满足电网快速的调频辅助服务需求。

由于分布式发电站空间小，一般设置在城市中心，不便于制备氢气或者氢油。进一步，所述的系统还包括氢气生产装置1、氢油制备装置2、氢油存储装置3、氢油运输装置4。例如，氢气的制取和氢油的合成可以设置在氢能资源丰富的地方。具体的，由氢气生产装置1制备氢气，制备得到的氢气在氢油制备装置2中通过与有机溶剂混合，在催化剂的作用下进行加氢处理，形成携带氢气的有机溶剂，简称氢油。将制备的氢油放置于氢油存储装置3中，通过氢油运输装置4在常温常压下将氢油运输至氢能调峰调频分布式发电站5，氢能调峰调频分布式发电站5设置有氢油分解装置51，用于将氢气从氢油存储装置3中的氢油分离出来，分离得到氢气被输送至氢能调峰调频分布式发电站5中的氢燃料发电装置52中，通过氢燃料发电装置52燃烧氢气产生电能用于电网调峰调频。

通过有机溶剂携氢进行氢气在常温常压下的存储与运输，节省运输过程中的能耗，方便、快捷且安全，解决了现有技术中氢气存储和运输过程中的问题，从而提高了氢气作为能源的利用率，本发明采用有机溶剂储氢运氢与分布式氢能发电系统相结合，使得利用氢能进行分布式发电站的调峰调频成为可能，即快捷，有安全，对环境污染小。

需要说明的是，所述的氢气生产装置1可以采用现有技术制备氢气的方法。例如可以采用电解水制备氢气，或者很多工业上生产制备氢气的方法，如氯碱和甲醇制备氢气，碱性水溶液电解槽制氢、聚合物电解制氢、高温固体氧化物电解制氢或其组合等，具体的制备过程采用本领域常规的制备工艺。

其中，所述的氢油制备装置2，主要用于将氢气与有机溶剂进行混合，并且在催化剂的作用下进行加氢处理形成氢油。所述氢油是一种通过氢气与有机溶剂进行加氢反应形成的携氢体系，所述携氢体系在常温常压下呈液态，且能够通过脱氢反应分解出氢气。其中，脱氢反应过程为：在催化剂的作用下，于80℃-250℃的温度下分离出氢气。优选的，脱氢反应过程于80℃-150℃的温度下分离出氢气。

其中，所述的氢油中，所述的有机溶剂为不饱碳氢化合物或杂环不饱和化合物。所述的有机溶剂分别选自苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、对二甲苯、苯乙烯、苯乙炔、蒽、萘、苯胺、咔唑、n-甲基咔唑、n-乙基咔唑、n-正丙基咔唑、n-异丙基咔唑、n-正丁基咔唑、吲哚、n-甲基吲哚、n-乙基吲哚、n-丙基吲哚、喹啉、异喹啉、吡啶、吡咯、呋喃、苯并呋喃、噻吩、嘧啶及咪唑。优选的，所述不饱碳氢化合物为不饱和芳香烃。其中苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、对二甲苯、苯乙烯、苯乙炔、蒽、萘属于不饱和芳香烃，苯胺、咔唑、n-甲基咔唑、n-乙基咔唑、n-正丙基咔唑、n-异丙基咔唑、n-正丁基咔唑、吲哚、n-甲基吲哚、n-乙基吲哚、n-丙基吲哚、喹啉、异喹啉、吡啶、吡咯、呋喃、苯并呋喃、噻吩、嘧啶及咪唑属于杂环不饱和化合物。作为本发明的一种实施例，所述有机溶剂至少包括两种，且至少一种有机溶剂为熔点低于80℃的低熔点化合物。选用其中的至少两种有机溶剂，得到的储氢体系具有较低的共熔点，不同的不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物具有不同的熔点，将两种或两种以上的稠杂环不饱和化合物混合后，形成的混合体系具有至少低于其中某一组分熔点的低共熔点。而在两种或两种以上的不饱和芳香烃或杂环不饱和化合物中选用至少一种自身熔点小于80℃的低熔点化合物，能够使整个储氢体系的低共熔点下降至室温附近，因此所述的氢油能够在常温常压下进行存储和运输。而且这些化合物均较为易得，成本较低。同时，还具有较好的可逆加氢/脱氢性能。具体的，有机溶剂选用n-甲基咔唑(熔点为-6℃)和n-乙基咔唑(熔点为68℃)，以环己烷作为加氢添加剂，混合。在压力为8mpa、搅拌速率为600rpm及加氢催化剂ru-al2o3的催化作用下进行加氢处理即得氢油。

上述氢油在常温常压下放置于氢油存储装置3中，并且可在常温常压下进行运输，节省能源耗损，提高运输过程中的安全性，运输方便，可输送至氢能调峰调频分布式发电站5，通过发电站中设置的氢油分解装置51分离得到氢气用作燃料供电，用于发电站调峰调频。其中，所述的氢油分解装置51可以采用本领域的常规分解技术进行分解，例如加热脱氢或者在脱氢催化剂的作用下于80-250℃脱氢处理，将上述携带氢气的有机溶剂形成携氢体系分解为氢气和携氢载体(有机溶剂)。产生的氢气用于供应燃料电池或气轮机，以转化为电能供调峰调频发电站，使得氢能分布式发电调峰调频成为可能。

具体的，所述的氢油存储装置3可以是储存罐，或者其他形式，体积可以是微型或车载或大型用的储存罐体，便于运输。

具体的，所述的氢油运输装置4，用于将携带有氢油的氢油存储装置3在常温常压下运输至氢能调峰调频分布式发电站5，可以是大型车载交通工具。

具体的，所述的氢能调峰调频分布式发电站5还设置有电网调峰调频控制模块53。在用电高峰时，电网处于超负荷状态，此时发电站需要进行调峰处理，电网调峰调频控制模块53控制开启氢燃料发电装置52的开关，向电网端输送电力。当电网频率发生变化，电网调峰调频控制模块53控制氢燃料发电装置52的功率按照各自的静特性相应的增大或减小，从而使供电与用电达到平衡，同时维持电网的频率在一定的范围内。

需要说明的是，所述的氢燃料发电装置52可以是氢燃料电池热电联产机组521，或者氢燃气轮机热电联产机组522。具体的，所述的氢燃料电池热电联产机组521可以是高分子电解质膜、碱性、磷酸、熔融碳酸盐或固体氧化物氢燃料电池中的至少一种。

另外，氢燃料电池热电联产机组还可以采用日本ene-farm系统的用户燃料电池发电机组，发电功率在700w左右。机组的发电负荷调整非常迅速，完全可以满足区域电网的调峰调频需求。

所述的氢能调峰调频分布式发电站5可以是小型的发电站或者规模较大的发电站，可以为多个，且分布设置，位于不同城市，形成为分布式氢能调峰调频站。

需要说明的是，所述的氢能调峰调频分布式发电站5设置有氢油存放装置50，通过氢油运输装置4运输至氢能调峰调频分布式发电站5暂时不使用的氢油可以储存在氢油储罐中，在需要的时候，可随时向氢油分解装置51输送氢油，便于氢油分解装置51分离出氢气，供给氢燃料发电装置52产生电能，满足对电网调峰调频负荷需求的快速响应。所述的氢油存放装置可以为氢油储罐，并且可以设置多个。

实施例2

其中，作为另外一种实施例方式，本实施例2与实施例1的区别在于氢油的有机溶剂为一种有机溶剂，其中，所述的有机溶剂为不饱和碳氢化合物carbon-hydride例如甲苯，甲苯与氢气反应生成甲基环己烷(如mch即methylcyclohexane)，形成氢油，其在常温常压下为液态，便于进行存储和运输，并且可以通过脱氢反应，实现与氢气的分离，一般分离时温度范围为80℃至150℃。其他系统构成与实施例1完全相同。

实施例3

如图2所示，所述的氢燃料发电装置52可以是氢燃料电池热电联产机组521和氢燃气轮机热电联产机组522，其他系统构成与实例1完全相同。通过上述两组或者多个氢燃料发电装置的配合使用，能够更及时、响应发电站调峰调频的过程。

实施例4

为了更好的利用氢燃料发电装置输出的能量，如图3所示，氢燃料发电装置52还可以与供热管网连接，产生的热能副产物可以作为供热空调的热源，进一步提高整个系统的利用率。其他系统构成与实例3完全相同。

实施例5

本实施例为将实施例1氢能调峰调频发电站5之外的氢油的运输和存储系统删除后的系统；如图4所示，所述氢油储存与分布式氢燃料发电相结合系统包括氢能调峰调频分布式发电站5，所述的氢能调峰调频分布式发电站5中设置有氢油存放装置50、氢油分解装置51和氢燃料发电装置52，通过氢油分解装置51将氢气从氢油存放装置50的氢油中分离出来，分离得到的氢气在氢燃料发电装置52中产生电能用于电网调峰调频。该发电站可以为纯发电站，也可以为热电联产机组。具体的调峰调频过程同实施例1。

实施例6

本实施例在实施例5的基础上，在发电站内布置氢气生产装置1和氢油制备装置2，其中，所述的氢气生产装置1可以为电解制氢装置，从而在一个分布式氢能发电站内实现从氢气的制取、氢油制备、氢油存储到氢油分解以及通过控制氢燃料发电装置9实现氢能分布式发电调峰调频，具体的调峰调频过程同实施例1。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。