基于海上风电的发电系统的制作方法

1.本实用新型涉及氢能与燃料电池技术领域，具体地，涉及一种基于海上风电的发电系统。


背景技术：

2.我国沿海岛屿众多，由于负荷有限、输送距离较远，铺设海缆在技术与经济方面需要付出更大代价，因此偏远岛屿上普遍缺乏电力供应。而岛屿上风能资源充足，海上风力发电成为海岛供能的理想选择。
3.风能是一种取之不尽而又没有污染的能源，但其间歇性和波动性特征导致风电也呈现随机和波动状态。储能技术具有动态吸收能量并适时平稳释放的特点，能有效弥补风电间歇性、波动性的缺点，提升发电的可控性和稳定性水平。
4.氢气具有清洁无污染、利用率高等特征，且可以通过燃料电池把化学能直接转换为电能，被广泛地视为一种理想的储能介质。但是相关技术中，氢气制备时的成本较高，且氢气的储存和运输时的可靠性较差，存在安全隐患。


技术实现要素：

5.本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
6.为此，本实用新型的实施例提出一种成本较低、安全性较高的基于海上风电的发电系统。
7.本实用新型的实施例的基于海上风电的发电系统包括：海上发电装置、加氢底物储罐、原料水储罐、合成装置、加氢生成物储罐和燃料电池装置，所述海上发电装置为风电电机，所述合成装置为电化学合成设备，所述海上发电装置与所述合成装置相连以用于向所述合成装置供电，所述加氢底物储罐与所述合成装置相连以用于向所述合成装置供给加氢底物，所述原料水储罐与所述合成装置相连以用于向所述合成装置供给原料水，所述合成装置与所述加氢生成物储罐相连以用于向所述加氢生成物储罐供给加氢生成物，所述加氢生成物储罐与所述燃料电池装置相连以用于向所述燃料电池装置供给加氢生成物，所述燃料电池装置用于将所述加氢生成物转化为氢气和加氢底物。
8.根据本实用新型的实施例的基于海上风电的发电系统，可以利用电化学的方法，以海水和含氧有机物为原料，进行电化学加氢反应，燃料电池装置可以根据需要将加氢生成物转化为氢气，以供给燃料电池发电，从而弥补海上风电低谷时用电负荷的不足的问题，当电量充足时，可以停止该反应，避免氢以氢气的形式储存，提高了本实用新型的实施例的基于海上风电的发电系统使用时的安全性，且使用成本较低。
9.在一些实施例中，所述燃料电池装置包括前处理单元和燃料电池本体，所述前处理单元用于将所述加氢生成物转化为所述氢气和所述加氢底物，所述前处理单元与所述加氢底物储罐相连以用于将所述加氢底物输送至所述加氢底物储罐内，所述前处理单元与所述燃料电池本体相连以用于将所述氢气通入至所述燃料电池本体内。
10.在一些实施例中，所述基于海上风电的发电系统还包括分离装置，所述合成装置通过所述分离装置与所述加氢生成物储罐相连，所述分离装置与所述加氢底物储罐相连，所述分离装置用于将所述合成装置内未利用的加氢底物分离出来并输送至所述加氢底物储罐内。
11.在一些实施例中，所述合成装置具有阴极侧和阳极侧，所述合成装置内设有质子交换膜，所述加氢底物储罐与所述阴极侧相连，所述原料水储罐与所述阳极侧相连。
12.在一些实施例中，所述合成装置具有阴极侧和阳极侧，所述合成装置内设有阴离子交换膜，所述加氢底物储罐与所述阴极侧相连，所述原料水储罐与所述阴极侧相连。
13.在一些实施例中，所述合成装置内设有电解质，所述电解质为固体聚合物。
附图说明
14.图1是本实用新型一种实施例的基于海上风电的发电系统的示意图。
15.图2是本实用新型另一种实施例的基于海上风电的发电系统的示意图。
16.附图标记：
17.1、海上发电装置；2、加氢底物储罐；3、原料水储罐；4、合成装置；5、分离装置；6、加氢生成物储罐；7、燃料电池装置。
具体实施方式
18.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
19.下面参考附图1和图2描述根据本实用新型实施例的基于海上风电的发电系统。
20.如图1至图2所示，根据本实用新型实施例的基于海上风电的发电系统包括：海上发电装置1、加氢底物储罐2、原料水储罐3、合成装置4、加氢生成物储罐6和燃料电池装置7，海上发电装置1为风电电机，合成装置4为电化学合成设备。
21.海上发电装置1与合成装置4相连以用于向合成装置4供电，加氢底物储罐2与合成装置4相连以用于向合成装置4供给加氢底物，原料水储罐3与合成装置4相连以用于向合成装置4供给原料水，合成装置4与加氢生成物储罐6相连以用于向加氢生成物储罐6供给加氢生成物，加氢生成物储罐6与燃料电池装置7相连以用于向燃料电池装置7供给加氢生成物，燃料电池装置7用于将加氢生成物转化为氢气和加氢底物。
22.根据本实用新型的实施例的基于海上风电的发电系统，可以利用电化学的方法，以海水和含氧有机物为原料，进行电化学加氢反应，燃料电池装置7可以根据需要将加氢生成物转化为氢气，以供给燃料电池发电，从而弥补海上风电低谷时用电负荷的不足的问题，当电量充足时，可以停止该反应，避免氢以氢气的形式储存，进而提高了本实用新型的实施例的基于海上风电的发电系统使用时的安全性，且使用成本较低。
23.具体地，燃料电池装置7包括前处理单元和燃料电池本体，前处理单元用于将加氢生成物转化为氢气和加氢底物，前处理单元与加氢底物储罐2相连以用于将加氢底物输送至所述加氢底物储罐2内，前处理单元与燃料电池本体相连以用于将氢气通入至燃料电池本体内。
24.在一些实施例中，如图1至图2所示，基于海上风电的发电系统还包括分离装置5，合成装置4通过分离装置5与加氢生成物储罐6相连，分离装置5与加氢底物储罐2相连，分离装置5用于将合成装置4内未利用的加氢底物分离出来并输送至加氢底物储罐2内。具体地，分离装置5可以为常规分离设备，从而可以根据油水分相、重力分离原理进行分离。例如，当待分离物为有机物时，可以选择基于油水分相的分离设备。当待分离物为气体和液体时，可以选择基于重力原理的分离设备。
25.可以理解的是，如图1至图2所示，合成装置4的阴极产物进入分离装置5，产生的加氢生成物进入加氢生成物储罐6，未利用的加氢底物循环回到加氢底物储罐2；加氢生成物储罐6的加氢生成物在海上风电出力不足时，进入燃料电池装置7的前处理单元，转化为氢气和加氢底物，加氢底物进入加氢底物储罐2，氢气进入燃料电池本体发电，弥补用电负荷的不足。
26.例如，加氢底物为环己酮、苯酚、苯、甲苯、氮气和二氧化碳中的一种。
27.在一些实施例中，如图1至图2所示，合成装置4为电化学合成设备，合成装置4内设有电解质，电解质为固体聚合物。以避免常规电解设备中，水性电解液与有机物或气体混合不良，影响有机物或气体与电极表面的接触，导致电阻增大、能耗提高的问题。合成装置4的阳极材料为常规电解制氢设备的阳极材料，包括但不限于镍、钼、铁、锰、铱、铂等过渡金属或稀土金属的氧化物、氢氧化物或其混合氧化物或氢氧化物。合成装置4的阴极材料为活性金属和分散性载体混合物，活性金属为稀土金属、过渡金属或其合金，分散性载体为多孔碳或金属氧化物。
28.可选地，如图1所示，合成装置4具有阴极侧和阳极侧，合成装置4内设有质子交换膜，加氢底物储罐2与阴极侧相连，原料水储罐3与阳极侧相连。
29.可选地，如图2所示，合成装置4具有阴极侧和阳极侧，合成装置4内设有阴离子交换膜，加氢底物储罐2与阴极侧相连，原料水储罐3与阴极侧相连。
30.可以理解的是，加氢底物储罐2可以根据离子交换膜和质子交换膜的不同，选择性的与阴极侧或阳极侧相连，本技术对此不作限定。
31.在一些实施例中，如图1至图2所示，合成装置4至少满足以下条件中的一种：合成装置4的电压为1.5-2.5v，合成装置4内的温度为20-90℃，合成装置4的反应空速为30-180min-1
。可选地，合成装置4满足上述三种条件，从而可以使得合成装置4内的反应效果更好。
32.合成装置4中反应的基本原理如下：
33.(1)在酸性环境，且对应于电解质为质子交换膜的实施例中。
34.阴极：4m+4h++4e-——》4m-h
35.阳极：2h2o——》o2+4h++4e-36.(2)在酸性环境，对应于电解质为阴离子交换膜的实施例中。
37.阴极：4m+4h2o+4e-——》4m-h+4oh-38.阳极：4oh-——》o2+2h2o+4e-39.根据本实用新型的实施例的基于海上风电的发电系统，可以利用电化学法，以海水和含氧有机物为原料，进行电化学有机物加氢反应，产生价值更高的有机物产品。
40.一方面，电化学加氢过程能够利用海上风电，以所产生的高价值有机物为载体实
现富余电的储存，避免以氢的形式储存造成的安全隐患和高成本。另一方面，储氢有机物以电化学方式合成，可以直接从海水中获得活性氢而不需要先进行电解水制氢，简化了生产过程，节约了成本。
41.另外，电化学加氢反应相对于化学加氢反应过程更加温和，可在常温常压下进行，对海上平台更加适宜。根据需求，产生的有机物可分为几种应用途径：一是以船运形式运到码头直接出售，或在码头转化为氢气，供应加氢站。二是在海上平台转化为氢，并供给燃料电池发电，弥补海上风电低谷时用电负荷的不足。从而本实用新型的实施例的基于海上风电的发电系统能够实现海上风电资源的高效利用，降低波动性造成的不利影响，过程安全性高，成本低。
42.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
43.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
44.在本实用新型中，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。
45.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
46.在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
47.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本实用新型的保护范围内。