一种适用于风力和光伏发电的氢源材料储能调峰系统的制作方法

本发明涉及一种适用于风力和光伏发电的氢源材料储能调峰系统。

背景技术：

氢能是一种理想的清洁能源，不管是直接燃烧还是在燃料电池中的电化学转化，其产物只有水，且效率高。随着燃氢能源的利用途径料电池技术的不断完善，以燃料电池为核心的新兴产业将使氢能的清洁利用得到最大发挥，主要表现在氢燃料电池汽车、分布式发电、氢燃料电池叉车和应急电源产业化初现端倪，其次，氢能是一种良好的能源载体，具有清洁高效、便于存储和输运的特点。氢气还是化石能源清洁利用的重要原料。成熟的化石能源清洁利用技术对氢气的需求量巨大，其中包括炼油化工过程中的加氢裂化、加氢精制以及煤清洁利用过程中的煤制气加氢气化、煤制油直接液化等工艺过程，推进氢能在这些方面的应用有望加速氢能的规模化利用。

可再生能源，特别是风能和太阳能在近十年来发展迅猛，但由于本身的不稳定，导致其电力上网难，出现大量的弃风、弃光现象，严重制约了它们的发展。而将多余电量用于电解制氢，可大规模消纳风能、太阳能，制得的氢既可作为清洁能源直接利用，还能掺入到天然气中经天然气管网输运并利用，是解决可再生能源发电后电力不能上网而导致浪费的一种方式。

但是目前市场还没有出现针对可再生能源发电电力与氢能之间转化储能的设备，有鉴于此，本申请人提出一种适用于风力和光伏发电的氢源材料储能调峰系统，就有具有十分重要的现实意义了。

技术实现要素：

本发明目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种适用于风力和光伏发电的氢源材料储能调峰系统，将风力和光伏发电产生多余的电力转化为氢能并进行储存，解决可再生能源发电后电力不能上网而导致浪费的问题，具有无污染，适用性广泛，储能效率高等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种适用于风力和光伏发电的氢源材料储能调峰系统，包括电解水制氢装置、加氢反应器、加氢泵、脱氢泵、储氢载体储罐、氢源材料储罐、脱氢反应器、气液分离器和氢燃料发电装置；

电解水制氢装置用于利用多余电量产生氢气；所述储氢载体储罐通过加氢泵向加氢反应器输送储氢载体，加氢反应器用于将电解水制氢装置产生的氢气和储氢载体进行反应并生成氢源材料；氢源材料储罐用于储存加氢反应器生成的氢源材料，并通过脱氢泵向脱氢反应器输入氢源材料；脱氢反应器用于将氢源材料转化为氢气和储氢载体；气液分离器用于将脱氢反应器生产的氢气和储氢载体进行气液分离，气液分离器将分离后的储氢载体输送至储氢载体储罐、将分离后的氢气输送至氢燃料发电装置；氢燃料发电装置用于利用分离后的氢气进行发电。

由上可知，本发明工作原理如下：在用电低谷时，通过风力或光伏发电所产生的多余电量为电解水制氢装置提供能量，电解水制氢装置产生氢气，氢气进入加氢反应器，同时，储氢载体储罐在加氢泵的作用下向加氢反应器输入储氢载体，在指定加氢温度、加氢压力和加氢催化剂的作用下，加氢反应器将氢气与储氢载体转化为氢源材料，加氢反应器生成的氢源材料进入氢源材料储罐保存，从而实现电能转化为化学能；在用电高峰时，电解水制氢装置关闭，停止供氢，加氢反应器停止运作，氢源材料储罐中的氢源材料在脱氢泵的作用下输入至脱氢反应器，在指定脱氢温度、脱氢压力和脱氢催化剂的作用下，脱氢反应器将氢源材料转化为氢气和储氢载体，气液分离器将脱氢反应器生产的氢气和储氢载体进行气液分离，气液分离器将分离后的储氢载体输送至储氢载体储罐，气液分离器分离后的氢气输送至氢燃料发电装置进行发电并产生电能，以弥补用电高峰所需电量。综上所述，本发明能将风力和光伏发电产生多余的电力转化为氢能并进行储存，解决可再生能源发电后电力不能上网而导致浪费的问题，具有无污染，适用性广泛，储能效率高等优点。

作为本发明的一种改进，所述电解水制氢装置与加氢反应器之间设有第一氢气缓冲罐，电解水制氢装置产生的氢气经过第一氢气缓冲罐后再进入到加氢反应器内。

进一步地，所述第一氢气缓冲罐的数量为多个，多个第一氢气缓冲罐并联使用。

所述电解水制氢装置为碱性水溶液电解制氢装置、固体聚合物电解制氢装置和高温固体氧化物电解制氢装置其中的一种。

所述加氢反应器和脱氢反应器分别为固定床反应器、列管反应器、降膜反应器、气升式环流反应器、微通道反应器和釜式反应器其中的一种。

所述气液分离器为旋风分离器、罐体分离器和填料柱分离器其中的一种。

所述气液分离器和氢燃料发电装置之间设有氢气净化器，气液分离器分离后的氢气经过氢气净化器净化后再输送至氢燃料发电装置。

作为本发明的一种改进，所述氢气净化器与氢燃料发电装置之间设有第二氢气缓冲罐，氢气净化器净化后的氢气经过第二氢气缓冲罐后再进入到氢燃料发电装置。

进一步地，所述第二氢气缓冲罐的数量为多个，多个第二氢气缓冲罐并联使用。

所述氢气净化器为含镍基催化剂的甲烷转化器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明能将风力和光伏发电产生多余的电力转化为氢能并进行储存，解决可再生能源发电后电力不能上网而导致浪费的问题，具有无污染，适用性广泛，储能效率高等优点；

氢气经氢气净化器净化除杂后，从而将对氢燃料电池有毒害作用的co转化为影响较小的甲烷，提高设备的寿命和安全性能。

附图说明

图1为本发明适用于风力和光伏发电的氢源材料储能调峰系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

实施例

请参考图1，一种适用于风力和光伏发电的氢源材料储能调峰系统，包括电解水制氢装置1、加氢反应器3、加氢泵7、脱氢泵6、储氢载体储罐5、氢源材料储罐4、脱氢反应器8、气液分离器9和氢燃料发电装置12；

电解水制氢装置1用于利用多余电量产生氢气；所述储氢载体储罐5通过加氢泵7向加氢反应器3输送储氢载体，加氢反应器3用于将电解水制氢装置1产生的氢气和储氢载体进行反应并生成氢源材料；氢源材料储罐4用于储存加氢反应器3生成的氢源材料，并通过脱氢泵6向脱氢反应器8输入氢源材料；脱氢反应器8用于将氢源材料转化为氢气和储氢载体；气液分离器9用于将脱氢反应器8生产的氢气和储氢载体进行气液分离，气液分离器9将分离后的储氢载体输送至氢源材料储罐5、将分离后的氢气输送至氢燃料发电装置12；氢燃料发电装置12用于利用分离后的氢气进行发电。

由上可知，本发明工作原理如下：在用电低谷时，通过风力或光伏发电所产生的多余电量为电解水制氢装置提供能量，电解水制氢装置产生氢气，氢气进入加氢反应器，同时，储氢载体储罐在加氢泵的作用下向加氢反应器输入储氢载体，在指定加氢温度、加氢压力和加氢催化剂的作用下，加氢反应器将氢气与储氢载体转化为氢源材料，加氢反应器生成的氢源材料进入氢源材料储罐保存，从而实现电能转化为化学能；在用电高峰时，电解水制氢装置关闭，停止供氢，加氢反应器停止运作，氢源材料储罐中的氢源材料在脱氢泵的作用下输入至脱氢反应器，在指定脱氢温度、脱氢压力和脱氢催化剂的作用下，脱氢反应器将氢源材料转化为氢气和储氢载体，气液分离器将脱氢反应器生产的氢气和储氢载体进行气液分离，气液分离器将分离后的储氢载体输送至储氢载体储罐，气液分离器分离后的氢气输送至氢燃料发电装置进行发电并产生电能，以弥补用电高峰所需电量。综上所述，本发明能将风力和光伏发电产生多余的电力转化为氢能并进行储存，解决可再生能源发电后电力不能上网而导致浪费的问题，具有无污染，适用性广泛，储能效率高等优点。

本实施例中，所述电解水制氢装置1与加氢反应器3之间设有第一氢气缓冲罐2，电解水制氢装置1产生的氢气经过第一氢气缓冲罐2后再进入到加氢反应器3内。第一氢气缓冲罐可以缓冲电解水制氢装置产生的氢气，使进入到加氢反应器的氢气更加均匀平稳。其中，所述第一氢气缓冲罐2的数量为多个，多个第一氢气缓冲罐2并联使用，多个第一氢气缓冲罐能够增大设备容量。

本实施例中，所述电解水制氢装置1为碱性水溶液电解制氢装置、固体聚合物电解制氢装置和高温固体氧化物电解制氢装置其中的一种。

本实施例中，所述加氢反应器3和脱氢反应器8分别为固定床反应器、列管反应器、降膜反应器、气升式环流反应器、微通道反应器和釜式反应器其中的一种。

本实施例中，所述气液分离器9为旋风分离器、罐体分离器和填料柱分离器其中的一种。

本实施例中，所述气液分离器9和氢燃料发电装置12之间设有氢气净化器10，气液分离器9分离后的氢气经过氢气净化器10净化后再输送至氢燃料发电装置12。氢气经氢气净化器净化除杂后，从而将对氢燃料电池有毒害作用的co转化为影响较小的甲烷，最后净化后的氢气输入至氢燃料发电装置，从而提高设备的寿命和安全性能。

而且，在上述基础上，所述氢气净化器10与氢燃料发电装置12之间设有第二氢气缓冲罐11，氢气净化器10净化后的氢气经过第二氢气缓冲罐11后再进入到氢燃料发电装置12。第二氢气缓冲罐可以缓冲氢气净化器向氢燃料发电装置输送的氢气，使进入到氢燃料发电装置的氢气更加均匀平稳。其中，所述第二氢气缓冲罐11的数量为多个，多个第二氢气缓冲罐并联使用，多个第二氢气缓冲罐能够增大设备容量。

其中，所述氢气净化器10为含镍基催化剂的甲烷转化器。

在本发明中，所述储氢载体为不饱和芳香烃化合物和/或杂环不饱和化合物其中的一种或多种与溶剂的混合物，其中m不饱和芳香烃化合物和/或杂环不饱和化合物：m溶剂＝0.03-0.97；

所述不饱和芳香烃化合物选自苯、甲苯、乙苯、丙苯、异丙苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、苯乙烯、萘、蒽、菲、苯酚、苯胺及其衍生物；

所述杂环不饱和化合物选自咔唑、吲哚、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、n-甲基吲哚、n-乙基吲哚、吡嗪、呋喃、吡咯、噻唑、吡啶、环戊吡嗪、苯并噻唑及其衍生物；

所述溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、正丙醇、正丁醇、乙醚、甲醚、乙腈、甲酸、乙酸、乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸乙酯、正丁醚、异丙醚、二氯甲烷、氯仿、四氯甲烷、二氯乙烷、正己烷、环己烷、正戊烷、正辛烷、二硫化碳、石油醚其中的一种或多种。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。