一种水力驱动氢电联产系统技术方案

本发明专利技术涉及一种水力驱动氢电联产系统，属于能源技术领域。从上至下包括进水池、反应室和排水室，进水池与反应室通过进水管连接，所述进水管上装有过滤装置；所述反应室底部有微纳米喷片，将反应室与排水室分隔，反应室侧壁上有二氧化碳进气管；所述排水室内有金属板与微纳米喷片相平行，排水室的侧壁上有氢气出气管，排水室的底部有出水口，所述金属板与正接线柱连接，所述微纳米喷片与负接线柱连接，所述二氧化碳进气管和氢气出气管上装有阀门。本发明专利技术利用微纳米通道喷射的方法实现水力转化氢电联产，大大提高水能资源的利用效率，同时可以实现电网调峰；本发明专利技术无任何机械转动部件，结构简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水力驱动氢电联产系统，属于能源

技术介绍
随着人们生活水平的飞速发展，人类消耗了地球上大量的能源资源，地球能源形势以及环境污染日趋严峻。当前，能源安全、气候变暖和环境污染问题，越来越受到国际社会的普遍关注。积极推动能源结构改革，大力发展新能源和可再生能源，已成为世界各国寻求可持续发展的重要途径。水能资源是国际公认的清洁可再生能源，只要有效地加以开发利用，将会永不枯竭。我国的水电资源丰富，人均占有量为世界平均水平的81%，具有资源秉赋优越、技术成熟、开发经济、运行灵活、利用效率高、综合效益大等优势。然而，水能可再生资源的另一个显著特点是不能保存，如不开发利用，将随着时间流逝。另一方面，随着我国经济和社会的快速发展，电力负荷迅速增长，峰谷差不断加大，用户对电力供应的安全和质量期望值也越来越高。我国土地广袤，水能资源分布广泛，受地区水力资源的限制，电网缺少经济的调峰手段，电网调峰矛盾日益突出，缺电局面由电量缺乏转变为调峰容量缺乏。抽水蓄能电站以其独特的调峰填谷运行特性，发挥着调节负荷、促进电力系统节能和维护电网安全稳定运行的功能，修建抽水蓄能电站以解决火电为主电网的调峰问题逐步形成共识。但是，由于抽水蓄能电站建设难度较大，整体技术要求较高，工况转换较为复杂，大规模建成投入使用还需要很长的时间。因此，开发稳定可靠、可灵活调节的水能资源利用方法意义重大。氢气具有能量密度高、对环境无污染等优点，在未来能源结构中占有重要的地位。以水作为原料制取氢气是最有前途的方法，利用水力驱动微纳米孔道喷射制氢的方法不但不消耗电能，而且能在制氢的同时产生电能，这是十分有利的。氢电联产可以大大提高水能资源的利用效率，同时可以实现电网调峰，解决电力供应中所遇到的难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种水力驱动二氧化碳转化氢电联产系统。本专利技术系统利用微纳米通道喷射的方法将水能资源高效的转化成电能和氢气。本专利技术所采用的技术方案如下：一种水力驱动氢电联产系统，从上至下包括进水池、反应室和排水室，进水池与反应室通过进水管连接，所述进水管上装有过滤装置；所述反应室底部有微纳米喷片，将反应室与排水室分隔，反应室侧壁上有二氧化碳进气管；所述排水室内有金属板与微纳米喷片相平行，排水室的侧壁上有氢气出气管，排水室的底部有出水口，所述金属板与正接线柱连接，所述微纳米喷片与负接线柱连接，所述二氧化碳进气管和氢气出气管上装有阀门。所述微纳米喷片可以是具有微米或者纳米孔道的金属多孔片，也可以是表面镀有纳米金属层的非金属微纳米多孔片。系统工作时，具有一定压力水头的水流直接进入进水池，进水管上的过滤装置将水中的杂质除去，防止堵塞微纳米喷片上的喷孔。二氧化碳在反应室中与水反应生产碳酸(H2CO3)，通过进气调节阀可以调节二氧化碳的流量，从而控制水中碳酸的浓度。碳酸在自然条件下会发生电离：H2CO3→H++HCO3-，而生产H+（氢离子）和HCO3-（碳酸氢根离子）。在水溶液中，由于金属表面会吸附溶液中的负离子而显负电性，为了保持电荷平衡，在靠近金属表面附近的溶液便会产生电荷数量相等的正离子层，这种现象被称为双电层效应。双电层效应的作用范围一般为纳米级别，在稀溶液中可以达到微米级别。在微纳米喷片的孔道内具有很强的双电层效应，因此会存在大量的氢离子，当水流通过微纳米喷片时就会带动氢离子流动而形成电能，同时氢离子会在金属板上得到电子生成氢气。当电网负荷处在峰值的时候，电能直接通过正负接线柱连接电网供给用户；当电网负荷处在谷值的时候，将系统正负接线柱相连，产生的电能电解水产生更多的氢气输出，从而实现电网调峰，产生的氢气通过排水室上的氢气管道收集储存。与现有技术相比，本专利技术的优越性在于：（1）本专利技术无任何机械转动部件，结构简单，性能稳定可靠，不需要提供外部电能进行驱动，对环境十分友好；（2）本专利技术利用微纳米通道喷射的方法实现水力转化氢电联产，大大提高水能资源的利用效率，同时可以实现电网调峰；（3）本专利技术利用二氧化碳来提高水中氢离子的浓度，进而提高系统的运行效率，同时利用温室气体二氧化碳作为原料，在一定程度上可以缓解温室效应；（4）本专利技术运行灵活，在没有二氧化碳输入的情况下也可以维持在可观的效率运行。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。其中：1－微纳米喷片、2－过滤装置、3－进水池、4－进水管、5－反应室、6－阀门、7－二氧化碳进气管、8－氢气出气管、9－出水口、10－金属板、11－排水室、12－正接线柱、13－负接线柱。图2为不锈钢微纳米喷片实物照片和不锈钢微纳米喷片SEM图。图3为系统电流与水位高度的关系曲线图。图4为系统功率与水位高度的关系曲线图。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的实施例。一种水力驱动二氧化碳转化氢电联产系统，包括微纳米喷片1，进水池3，反应室5和排水室11；反应室5和进水池3通过进水管4连接，进水管4上设有过滤装置2，可以滤去水中杂质；反应室5边上设有二氧化碳进气管，管道上设有阀门6，可以控制二氧化碳的流量；微纳米喷片1下方设有金属板10，水流从微纳米喷片1喷射出来打在金属板10上发生反应生成氢气，通过排水室上的氢气管道向外输出；金属板10和微纳米喷片1分别与正负接线柱12和13连接，对外输出电能。所述微纳米喷片1可以是具有微米或者纳米孔道的金属多孔片，也可以是表面镀有纳米金属层的非金属微纳米多孔片。系统工作时，具有一定压力水头的水流直接进入进水池3，进水管4上的过滤装置2将水中的杂质除去，防止堵塞微纳米喷片上的喷孔。二氧化碳在反应室5中与水反应生产碳酸(H2CO3)，通过阀门6可以调节二氧化碳的流量，从而控制水中碳酸的浓度。碳酸在自然条件下会发生电离：H2CO3→H++HCO3-，而生产H+（氢离子）和HCO3-（碳酸氢根离子）。在水溶液中，由于金属表面会吸附溶液中的负离子而显负电性，为了保持电荷平衡，在靠近金属表面附近的溶液便会产生电荷数量相等的正离子层，这种现象被称为双电层效应。双电层效应的作用范围一般为纳米级别，在稀溶液中可以达到微米级别。微纳米喷片1的孔道内具有很强的双电层效应，因此会存在大量的氢离子，当水流通过微纳米喷片1时就会带动氢离子流动而形成电能，同时氢离子会在金属板10上得到电子生成氢气。当电网负荷处在峰值的时候，电能直接通过正负接线柱12和13连接电网供给用户；当电网负荷处在谷值的时候，将系统正负接线柱相连，产生的电能电解水产生更多的氢气输出，从而实现电网调峰，产生的氢气通过排水室11上的氢气管道收集储存。实施例1系统结构参见图1，所述微纳米喷片为具有微米孔道的不锈钢多孔喷片，参见图2。所述不锈钢微米多孔喷片采用超快激光加工而成，不锈钢片直径为20mm，厚度为0.2mm。在不锈钢片中心直径为2mm的区域内均匀分布有132个孔径为10微米的圆形通孔。参见图1，所述过滤装置为孔径5微米的尼龙滤网。具有一定压力水头的水流通过滤网后进入反应室，通过控制进气调节阀使反应室的碳酸浓度刚好处于饱和状态，碳酸溶液在水力压头的驱动下经过不锈钢微米多孔喷片喷射在金属板上。碳酸在自然条件下会发生电离：H2CO3→H++HCO3-，而生产H+（氢离子）和HCO3-（碳酸氢根离子）。不锈钢喷片上的微通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水力驱动氢电联产系统，从上至下包括进水池、反应室和排水室，进水池与反应室通过进水管连接，所述进水管上装有过滤装置；所述反应室底部有微纳米喷片，将反应室与排水室分隔，反应室侧壁上有二氧化碳进气管；所述排水室内有金属板与微纳米喷片相平行，排水室的侧壁上有氢气出气管，排水室的底部有出水口，所述金属板与正接线柱连接，所述微纳米喷片与负接线柱连接，所述二氧化碳进气管和氢气出气管上装有阀门。

【技术特征摘要】
1.一种水力驱动氢电联产系统，从上至下包括进水池、反应室和排水室，进水池与反应室通过进水管连接，所述进水管上装有过滤装置；所述反应室底部有微纳米喷片，将反应室与排水室分隔，反应室侧壁上有二氧化碳进气管；所述排水室内有金属板与微纳米喷片相平行，排水室的侧壁上有氢气出气管，排水室的底部有出水口，所述金属板与正接线柱连...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪蛟，李昌铮，孟鹏秋，江海峰，洪子鑫，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42