一种氢储能系统中的热控制方法及其控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种氢储能系统中的热控制方法及其控制系统。所述热控制方法，依次包括，S1、电解水生产氢气的步骤；S2、储存所述氢气的步骤；S3、释放所述氢气的步骤；S4、利用所述氢气发电的步骤，还包括如下步骤：收集步骤S1、S2、S4中的任一步或多步释放的热量，并将所述热量提供给步骤S3。利用所述热控制方法和相应的控制系统充分调控了制氢、储氢和氢发电各子系统间的热量供需关系，提高了氢储能系统的热量利用率，而且通过及时调控各子系统间的热量供需关系，保证了氢储能系统的稳定有序进行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于能量转化与储能
，具体涉及一种氢储能系统中的热控制方法及其控制系统。
技术介绍
氢能作为一种清洁、高效、可持续能源，受到了广泛关注。其可作为可再生能源消纳的载体，从可再生能源到氢气再通过氢发电子系统发电，即氢储能。该氢储能具有如下诸多优点：1)氢储能系统电解水过程是绿色能源到绿色能源的循环，具有可持续性；2)储能密度高，可达13000Wh/kg以上，约为锂电池的100倍；3)寿命长，适合长时间存储，无自放电。现有技术中，中国专利文献CN102534646A公开了风力发电制氢储能供氢和后备发电装置。该技术以风能作为基础能源，利用风力发电机发电，将多余电能通过中高压电解水制氢机生产中高压氢气，再将氢气充入可承受同样压强的储氢罐内，必要时，可将储存罐内的氢气作为反向能源，通过氢发电装置转换为电能。上述技术的实施，风能实现了从基础发电到制氢的二次利用，并在此基础上兼顾了氢气的反向利用，具有了氢气再次转化电能的可行性，从而一方面在风力发电系统中省去了原本所必须的耗资最多的蓄电池系统，另一方面在实现全天候后备发电的同时，还能额外提供用户急需的燃料氢气。在上述技术实施时，中高压电解水制氢、储氢罐储氢、氢气发电均会释放热量，而在储氢罐释放氢气时则需要外界供热，但是上述技术并未对释放的热量加以有效利用，更未从氢储能系统角度去综合利用制氢、储氢和氢发电各子系统释放的热量，导致整个氢储能系统热量利用率低。
技术实现思路
为此，本专利技术所要解决的是氢储能系统中热量利用率低的缺陷，进而提供一种热量利用率高、氢储能系统稳定的氢储能系统中的热控制方法及其控制系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术所提供的一种氢储能系统中的热控制方法，依次包括，S1、电解水生产氢气的步骤；S2、储存所述氢气的步骤；S3、释放所述氢气的步骤；S4、利用所述氢气发电的步骤；其特征在于，还包括如下步骤：收集步骤S1、S2、S4中的任一步或多步释放的热量，并将所述热量提供给步骤S3。进一步地，还包括，利用所述热量加热步骤S1中的电解质。进一步地，具体包括如下步骤：S1、在电解池的额定工作温度下电解水以生产氢气，并采用第一冷介质吸收制氢过程中释放的热量；S2、储存所述氢气得压缩氢气，并采用第三冷介质吸收储氢过程中释放的热量；S3、利用吸热后的第一冷介质和/或第三冷介质加热所述压缩氢气，以释放所述压缩氢气；S4、利用步骤S3释放的压缩氢气发电，并采用第二冷介质吸收发电过程中释放的热量。优选地，步骤S1中，当电解质的温度低于或高于所述额定工作温度时，利用吸热后的第一冷介质和/或第三冷介质与所述电解质换热，以分别加热或冷却所述电解质。进一步地，还包括对所述吸热后的第一冷介质和/或第三冷介质的热量进行调控的步骤，其包括将吸热后的第一冷介质和/或第三冷介质升温或者利用吸热后的第一冷介质和/或第三冷介质向外界供热；还包括对吸热后的第二冷介质的热量进行调控的步骤。进一步地，所述第一冷介质、所述第二冷介质和所述第三冷介质均为水或换热油，当然，还可以是本领域技术人员公知的其它换热介质。本专利技术还提供了上述热控制方法的控制系统，包括顺次连接的制氢装置、储氢装置和氢发电装置，还包括，第一冷介质循环装置，用于提供第一冷介质及回收吸热后的第一冷介质，所述第一冷介质循环装置与所述制氢装置相连接；第二冷介质循环装置，用于提供第二冷介质及回收吸热后的第二冷介质，所述第二冷介质循环装置与所述氢发电装置相连接；第三冷介质循环装置，用于提供第三冷介质及回收吸热后的第三冷介质，所述第三冷介质循环装置与所述储氢装置相连接。进一步地，所述第一冷介质循环装置为由至少包括顺次连接的第一储液箱、第一换热器、第四循环泵、及第一循环泵组成的闭合回路，所述制氢装置与所述第一换热器连接，以使所述制氢装置中的电解质通过第五循环泵与所述第一储液箱中的第一冷介质在所述第一换热器内发生热交换；所述第二冷介质循环装置为由至少包括顺次连接的第二储液箱、所述氢发电装置、第二循环泵、及节温器组成的闭合回路，所述氢发电装置与所述第二储液箱中的第二冷介质发生热交换；所述第三冷介质循环装置为由至少包括顺次连接的第一储液箱、第三储液箱、第三循环泵及第一循环泵组成的闭合回路，在储氢过程中所述储氢装置与所述第三储液箱中的第三冷介质发生热交换，在释氢过程中所述储氢装置与所述第一储液箱中的吸热后的第一冷介质和/或第三冷介质发生热交换。所述第二冷介质循环装置还包括第二换热器和散热器，所述第二换热器分别与所述节温器和所述散热器相连接。进一步地，还包括空压机，与所述氢发电装置相连接；过滤器，设置在所述储氢装置与所述氢发电装置之间，以过滤氢气中的杂质；若干温度传感器，分别设置于所述第一储液箱内、连接所述第二储液箱和所述氢发电装置之间的换热管道内、连接所述氢发电装置和所述第二换热器之间的换热管道内；检测装置，与所述温度传感器连接，用于检测所述温度传感器所测量的温度。本专利技术所述的额定工作温度是指是指制氢装置长时间正常工作时的最佳温度。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1)本专利技术实施例所提供的热控制方法，通过收集步骤S1、S2、S4中的任一步或多步释放的热量，并将所述热量提供给步骤S3。整个热控制方法充分利用了制氢、储氢和氢发电各子系统中的热量释放或热量需求，提高了氢储能系统中的热量利用率，而且通过及时将释放的热量供给储氢系统，一方面，及时转移释放的热量；另一方面，有效释放储氢系统中的氢气，通过上述两方面，保证了氢储能系统的稳定有序进行。2)本专利技术实施例所提供的热控制方法，通过在额定工作温度下电解水生产氢气，并采用第一冷介质吸收制氢过程中释放的热量；再储存所述氢气得压缩氢气，并采用第三冷介质吸收储氢过程中释放的热量；接着利用吸热后的第一冷介质和/或第三冷介质加热所述压缩氢气，以释放所述压缩氢气；最后利用步骤S3释放的压缩氢气发电，并采用第二冷介质吸收发电过程中释放的热量，充分利用了制氢、储氢和氢发电各子系统中的热量释放或热量需求，提高了氢储能系统中的热量利用率，而且通过及时将释放的热量供给储氢系统，一方面，及时转移释放的热量；另一方面，有效释放储氢系统中的氢气，通过上述两方面，保证了氢储能系统的稳定有序进行。3)本专利技术实施例所提供的热控制方法，通过检测制氢过程和氢发电过程中的温度，及时通过换热介质调节温度，回收制氢过程和氢发电过程中的多余热量，或者补充制氢过程和氢发电过程中所需的热量，使氢储能系统稳定地进行。4)本专利技术实施例所提供的热控制方法，通过对吸热后的第一冷介质和/或第三冷介质的热量进行调控，将吸热后的第一冷介质和/或第三冷介质升温或者利用吸热后的第一冷介质和/或第三冷介质向外界供热。并对吸热后的第二冷介质的热量进行调控的步骤。保证了换热介质能根据需要对制氢、储氢和氢发电各子系统的热量供求关系进行调控，进而提高了氢储能系统的热量利用率，保证了氢储能系统的稳定进行。5)本专利技术实施例所提供的热控制系统，通过设置第一冷介质循环装置，用于提供第一冷介质及回收吸热后的第一冷介质，所述第一冷介质循环装置与所述制氢装置相连接；第二冷介质循环装置，用于提供第二冷介质及回收吸热后的第二冷介质，所述第二冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢储能系统中的热控制方法，依次包括，S1、电解水生产氢气的步骤；S2、储存所述氢气的步骤；S3、释放所述氢气的步骤；S4、利用所述氢气发电的步骤；其特征在于，还包括如下步骤：收集步骤S1、S2、S4中的任一步或多步释放的热量，并将所述热量提供给步骤S3。

【技术特征摘要】
2016.07.18 CN 2016105655812;2016.07.18 CN 201620751.一种氢储能系统中的热控制方法，依次包括，S1、电解水生产氢气的步骤；S2、储存所述氢气的步骤；S3、释放所述氢气的步骤；S4、利用所述氢气发电的步骤；其特征在于，还包括如下步骤：收集步骤S1、S2、S4中的任一步或多步释放的热量，并将所述热量提供给步骤S3。2.根据权利要求1所述的氢储能系统中的热控制方法，其特征在于，还包括，利用所述热量加热步骤S1中的电解质。3.根据权利要求1所述的氢储能系统中的热控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1、在额定工作温度下，电解水生产氢气，并采用第一冷介质吸收制氢过程中释放的热量；S2、储存所述氢气得压缩氢气，并采用第三冷介质吸收储氢过程中释放的热量；S3、利用吸热后的第一冷介质和/或第三冷介质加热所述压缩氢气，以释放所述压缩氢气；S4、利用步骤S3释放的压缩氢气发电，并采用第二冷介质吸收发电过程中释放的热量。4.根据权利要求3所述的氢储能系统中的热控制方法，其特征在于，步骤S1中，当电解质的温度低于或高于所述额定工作温度时，利用吸热后的第一冷介质和/或第三冷介质与所述电解质换热，以分别加热或冷却所述电解质。5.根据权利要求3或4所述的氢储能系统中的热控制方法，其特征在于，还包括对所述吸热后的第一冷介质和/或第三冷介质的热量进行调控的步骤，其包括将吸热后的第一冷介质和/或第三冷介质升温或者利用吸热后的第一冷介质和/或第三冷介质向外界供热；还包括对吸热后的第二冷介质的热量进行调控的步骤。6.根据权利要求3-5任一项所述的氢储能系统中的热控制方法，其特征在于，所述第一冷介质、所述第二冷介质和所述第三冷介质均为水或换热油。7.一种实现权利要求1-6中任一项所述的热控制方法的热控制系统，包括顺次连接的制氢装置(1)、储氢装置(2)和氢发电装置(3)，其特征在于，还包括，第一冷介质循环装置，用于提供第一冷介质及回收吸热后...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵波，滕乐天，刘锋，肖宇，牛萌，赵鹏程，杜兆龙，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11