一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，其包括可再生能源发电装置、循环式铝储能制氢装置、加氢装置；所述可再生能源发电装置，用于向循环式铝储能制氢装置提供电能；所述循环式铝储能制氢装置，用于将三氧化二铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉再进行制氢反应获得氢气和三氧化二铝，将所述氢气输出到加氢装置，将所述三氧化二铝循环使用继续进行电解；所述加氢装置，用于将氢气进行干燥压缩后存储使用。本实用新型专利技术的电解铝的效率在90％以上，铝水制氢效率可至95％，总制氢效率高达80％，从而实现了能源的高效利用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统
本技术涉及新能源综合利用与化工制氢
，具体涉及一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统。
技术介绍
随着世界各国对能源安全、生态环境、气候变化等问题日益重视，加快发展可再生能源已成为国际社会推动能源转型发展、应对全球气候变化的普遍共识和一致行动；但是，由于风电、光伏等可再生能源具有随机性、间歇性等特性，其接入电网会带来电压波动、频率波动等电能质量问题，甚至可能影响到电网安全稳定运行。另外，长期以来我国发电量主要实行计划管理，电网调度只能在计划框架内通过局部优化争取多接纳新能源，调整空间小，效果有限。电力按省域平衡，风电等新能源以就地消纳为主，缺乏跨省、跨区输电的市场机制。省间新能源消纳的市场壁垒林立，据测算，由于省间壁垒造成的弃电量占总弃电量的40％以上。近年来我国可再生能源发电面临的限电问题日趋严重，2016年全国“弃水、弃风、弃光”电量共计近1100亿千瓦时，超过当年三峡电站发电量约170亿千瓦时；未来要实现2020年15％非化石能源比重目标面临的挑战巨大。因此，当前弃风、弃光、弃水问题已经成为制约我国可再生能源健康发展的一大痛点，国家也将其作为今年的重点任务写进了《政府工作报告》；而“三弃”问题产生的根源在于低负荷、供热期电网向下调峰能力不足和电外送能力弱，其中低负荷是制约可再生能源电力消纳的根本原因。虽然大容量储能技术有助于解决可再生能源的并网问题，保证电网安全稳定运行，但是现有的储能系统难以满足新能源消纳的需要，也无法解决省间壁垒导致的“窝电”问题。另一方面，当前汽车工业可持续发展同样面临着严峻的能源和环境挑战，而我国石油对外依存度逐年攀升，今年一季度依存度已升至69％，原油日均进口量303万桶，预计原油进口将在2020年翻倍，严重威胁着国家的能源安全；我国已成为全球最大的二氧化碳排放国，交通耗能约占能源消耗总量的30％，汽车尾气已成为大中城市温室气体的首要来源，交通领域的PM2.5贡献率超过25％，雾霾天气频发，汽车节能减排任务艰巨；因而，发展新能源汽车已是全球的共识，同时也是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，已成为我国的基本国策之一。新能源汽车主流路线包括纯电动汽车和燃料电池汽车；纯电动汽车主要以锂离子电池提供动力，存在着充电时间长(＞60分钟)、能量密度低(电池系统＜150Wh/kg)、续航里程短(＜300公里)以及安全性差等瓶颈问题。燃料电池汽车则以燃料电池提供动力，将氢气和氧气通入电池内二者即发生电催化反应产生纯水并释放出电能，具有零排放无污染、能量密度高(电池系统＞350Wh/kg)、续航里程与传统汽车相当、加注燃料(压缩氢气)时间短(5-10分钟)等优点，因而业内一致认为燃料电池汽车将是汽车工业的终极目标。由于氢气极小的密度(标准状态下，氢的密度为0.0899g/L)以及易燃易爆的特性，现场生产就地为燃料电池加氢是最佳的方式，显然这种方式对于没有固定路线的燃料电池汽车而言带来了诸多不便；加之当前低成本、小规模、灵活分布的制氢方式尚未实现，作为汽车燃料的氢气只能进行储运；在氢化物储氢和吸附储氢技术尚不成熟的情况下目前氢气主要通过气氢拖车、管道运输和液氢罐车等物理储氢的方式进行储存并运输至加氢站为燃料电池汽车供氢。其中管道运输方式中管道投资成本过高且只能点对点，难以成为主流；液氢罐车耗能严重且容器绝热性等重点技术尚未攻克；而气氢拖车(如鱼雷车等)则是未来一段时间内主要的运输方式，然而该种方式仍然存在着两大弊端：其一在于该方式运输的是高压气态氢其单车载氢量仅限于300kg以下，而整车(鱼雷车)却重达27000kg，基本相当于空车在跑，单位载质量能耗高并不经济；其二在于运输成本及安全性与运输距离相关性强，运输半径超过200km后成本激增，安全隐患也更大。气氢拖车的储运费用已占氢气售价的40％至70％，因此，气氢拖车运输也仅限定于小规模、短距离运输的情景。而利用可再生能源产生的过剩电能进行电解水制氢技术虽然不失为即可解决可再生能源“三弃顽疾”又可破解燃料电池汽车用高纯氢气来源问题的良药，然而现有技术公开的新能源电解水制氢系统常采用碱性水电解槽和固态高分子电解质电解槽，后者受限于固态电解质及贵金属催化剂等原材料的高成本等问题目前尚不适于大规模水电解制氢，而碱性电解法由于其电化学动力学问题在电解过程中需要一定的温度(80～90℃)和催化剂的选择等电解效率为53.6％～62％，总制氢系统效率不足40％。更重要的是该类技术路线也只局限于在可再生能源发电厂当地制氢，一方面大量氢气的存储需要大量的氢罐，不仅耗能严重(需要高压进入氢瓶)还占用了大量固定资产投入(高压氢罐价格不菲)致使成本攀升，而且还极不安全；另一方面利用气氢拖车的运输更增加了其成本和危险性。因而，该技术并未解决氢气的储运问题。由此可见，氢气的储运已经成为制约燃料电池汽车大规模应用的一个重大障碍；而如何充分利用可再生能源产生的巨量的过剩电能进行低成本、小规模、灵活分布的生产高纯氢，已经成为推动燃料电池汽车规模化应用进而全面推进国家电力改革创新和能源转型升级所亟待突破的关键瓶颈技术。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的主要目的在于提供一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统。为达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：本技术实施例提供一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，其包括可再生能源发电装置、循环式铝储能制氢装置、加氢装置；所述可再生能源发电装置，用于向循环式铝储能制氢装置提供电能；所述循环式铝储能制氢装置，用于将三氧化二铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉再进行制氢反应获得氢气和三氧化二铝，将所述氢气输出到加氢装置，将所述三氧化二铝循环使用继续进行电解；所述加氢装置，用于将氢气进行干燥压缩后存储使用；所述循环式铝储能制氢装置包括依次连接的铝电解槽、氮气雾化装置、铝粉真空包装机、铝水反应器、回转烧结炉、三氧化二铝包装机，所述回转烧结炉的出料口与铝电解槽的进料口连接，所述铝水反应器的氢气出气口与加氢装置连接。上述方案中，所述加氢装置包括依次连接的氢气干燥塔、氢气压缩机、高压储氢容器、加氢机，所述氢气干燥塔的进气口与循环式铝储能制氢装置的铝水反应器的氢气出口连接。上述方案中，所述可再生能源发电装置采用风力发电系统、太阳能发电系统、水力发电系统、核能发电系统、生物质发电系统、地热发电系统、潮汐发电系统或海浪发电系统中的一种或多种。上述方案中，所述循环式铝储能制氢装置还包括功率适配器，所述功率适配器的输入端与可再生能源发电装置连接，输出端分别与铝电解槽、氮气雾化装置、铝粉真空包装机连接。上述方案中，所述氮气雾化装置包括雾化炉、氮气输送管路、氮气压力平衡罐、加热器、压缩机、送风机、高压储气罐、雾化室、铝粉分级单元、料罐；所述雾化炉的铝液入口与铝电解槽的铝液出口通过导液槽连接，所述雾化炉的出液口与雾化室的进液口连接，所述雾化室的出料口与铝粉分级单元的进料口连接，所述铝粉分级单元的出料口与料罐连接，所述料罐的出料口与铝粉真空包装机的进料口通过密相输送系统连接；所述氮气雾化装置的氮气压力平衡罐的一个出气口与送风机的进风口连接，所述送风机的出风口与雾化室的进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，其特征在于，其包括可再生能源发电装置、循环式铝储能制氢装置、加氢装置；所述可再生能源发电装置，用于向循环式铝储能制氢装置提供电能；所述循环式铝储能制氢装置，用于将三氧化二铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉再进行制氢反应获得氢气和三氧化二铝，将所述氢气输出到加氢装置，将所述三氧化二铝循环使用继续进行电解；所述加氢装置，用于将氢气进行干燥压缩后存储使用；所述循环式铝储能制氢装置包括依次连接的铝电解槽、氮气雾化装置、铝粉真空包装机、铝水反应器、回转烧结炉、三氧化二铝包装机，所述回转烧结炉的出料口与铝电解槽的进料口连接，所述铝水反应器的氢气出气口与加氢装置连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，其特征在于，其包括可再生能源发电装置、循环式铝储能制氢装置、加氢装置；所述可再生能源发电装置，用于向循环式铝储能制氢装置提供电能；所述循环式铝储能制氢装置，用于将三氧化二铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉再进行制氢反应获得氢气和三氧化二铝，将所述氢气输出到加氢装置，将所述三氧化二铝循环使用继续进行电解；所述加氢装置，用于将氢气进行干燥压缩后存储使用；所述循环式铝储能制氢装置包括依次连接的铝电解槽、氮气雾化装置、铝粉真空包装机、铝水反应器、回转烧结炉、三氧化二铝包装机，所述回转烧结炉的出料口与铝电解槽的进料口连接，所述铝水反应器的氢气出气口与加氢装置连接。2.根据权利要求1所述的基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，其特征在于，所述加氢装置包括依次连接的氢气干燥塔、氢气压缩机、高压储氢容器、加氢机，所述氢气干燥塔的进气口与循环式铝储能制氢装置的铝水反应器的氢气出口连接。3.根据权利要求2所述的基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，其特征在于，所述可再生能源发电装置采用风力发电系统、太阳能发电系统、水力发电系统、核能发电系统、生物质发电系统、地热发电系统、潮汐发电系统或海浪发电系统中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：季孟波，马学明，魏银仓，
申请(专利权)人：银隆新能源股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44