一种基于多能互补的海岛水氢动力循环能源复合供应系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于多能互补的海岛水氢动力循环能源复合供应系统，包括：水氢动力循环系统，热反应器内的海水气化为高温水蒸气被分解为氢气和氧气，未分解的高温水蒸气通入膨胀发电机；能量回收海水淡化系统，热回收器内的海水变为蒸气，得到的蒸气与膨胀发电机排出的水蒸气混合后通入蒸馏器被冷却；多能互补发电储能系统，氢气和氧气供应给燃料电池进行发电后并入电网；冷热供给系统，发生器气液分离得到的气化工质被送入冷凝器中冷却，变为液体工质通入蒸发器变为气态工质，气态工质通入吸收器被吸收至规定浓度后输送回发生器继续循环。本发明专利技术结合了多种可再生能源进行互补耦合，弥补了太阳能不足以及氢产能不够条件下的电量供应。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多能互补的海岛水氢动力循环能源复合供应系统
本专利技术涉及太阳能水氢动力循环及多模式能源系统领域，具体而言，尤其涉及利用太阳能光热催化海水制氢，蒸气膨胀发电和吸收式热泵、海水淡化以及多模式复合的海岛多能互补的能源供应系统。
技术介绍
可持续能源的开发和利用是应对全球变暖和气候变化挑战的主要措施。到2050年，全球预计将需要消耗超过4×1010kW的能源来解决人口膨胀所带来的经济增长和环境压力。随着内陆上土地和能源的逐渐枯竭，人类将向更广阔的海洋进发，因此海洋中的可再生能源岛屿是人类开发利用海洋的前哨阵地。目前全球岛屿总数约为5万个左右，总面积为将超过997万平方公里，大小几乎和中国面积相当，占全球陆地总面积的1/15。如何采用可持续发展与绿色技术手段综合利用海岛的风能、波浪能、太阳能发电，为海岛供电、供热、供气以及海水淡化。优化能源使用效率合理开发高效清洁能源动力以及相关转化技术，是目前亟需解决的关键性问题。目前岛屿供电主要有联网和离网两种形式，中大型群岛对电力需求总量和可靠性均有较高的要求，因此只能通过海底电缆与内陆联网，在岛上可通过可再生能源发电进行削峰填谷的电力并网，来降低岛内用电的费用。而对于例如海南、香港以及舟山岛地区的岛网通过220kV或110kV海缆与各地内陆电网相连。目前离岸海缆按照供电千伏计算，最低每海里需要40万美元左右(35kV)，年维护等费用更高。对于离岸大于100海里的面积狭小、负荷不大的偏远小岛而言，相比开发可再生能源为核心的海岛清洁产能技术，铺设海缆在经济与技术方面需付出更多的代价。从目前的技术上看海岛电力供应主要以常规柴油辅助风力发电为主，也有匹配太阳能、波浪能等可再生能源进行削峰填谷。传统化石燃料发电技术在海岛上由于规模小、成本高而且污染严重，有违节能减排的目标。氢是一种零碳能源，其能量密度高，可实现大规模储存，易于实现氢/电/热转换。因此，为实现制氢过程全生命周期的低碳甚至零碳化，获得真正意义上的“绿氢”，并且可以通过各种能源来产生，包括太阳能，风能，地热能，生物质能和海洋能等。海岛供能系统已经有一些专利提及，如在专利技术专利CN103993920B中公开了一种“一种利用冷能的海岛供能系统”阐述了基于LNG发电以及风能、太阳能的可再生能源发电和储能系统组成的联合海岛供能系统。其核心技术在于利用LNG气化过程中的冷量将空气液化进行储能，用电过程燃烧天然气或者气化液空推动涡轮发电。虽然该专利技术技术清晰，但是应用背景错误，尤其是在离岸较远的海岛上，建造液态空气储能系统几乎不可能，海岛日照强度以及环境温度较内陆就高，利用LNG气化再液化过程将耗费大量能源，且基于LNG石化能源发电本质就已经偏离了绿色能源节能减排的目的。如在专利技术专利CN106830193A中公开了一种“海岛发电与海水淡化一体化系统及方法”给出了包括发电、海水淡化、余热回收及电热转换模块的耦合系统，其核心技术在于将风电和柴油机发电耦合通过热量回收来驱动多效海水淡化单元。虽然该专利技术技术清晰，但是没有考虑到电力富裕时的储存以及削峰填谷，仅为了考虑降低海水淡化模块的能耗而不考虑用户的多功能需求，而且还是基于柴油机发电为原始动力，没有脱离化石燃料的制约。再如专利技术专利CN106208910A中公开了一种“一种基于海洋能、太阳能和氢能的互补发电系统”提出了利用太阳能和海洋能为源头，通过电解水制氢后储存并运输。该专利技术的核心内容是有机材料储存氢。相比于上面的公开的专利技术，该技术虽然脱离了传统的化石燃料的制约，但是对于相关多能互补的可在生能源制氢系统并没有过多解释和阐述。另外，储氢的有机材料在海岛上应用受限，该专利技术不能根据特定场合选择最适合的技术以结合实际需要。
技术实现思路
根据上述提出现有技术存在的技术问题，而提供一种基于多能互补的海岛水氢动力循环能源复合供应系统。本专利技术以太阳能水氢动力循环为开端，制氢、流程内的冷热电联合生产以及热量回收海水淡化为内核，多种可再生能源互补发电为终端等一系列的能量转换系统及方法，形成一套海岛可再生能源综合互补的多需求供应能源系统。本专利技术采用的技术手段如下：一种基于多能互补的海岛水氢动力循环能源复合供应系统，包括水氢动力循环系统、能量回收海水淡化系统、多能互补发电储能系统和冷热供给系统；所述水氢动力循环系统包括海水过滤器Ⅰ、离心泵Ⅰ、热反应器、太阳能集热器、蒸气发生器、膨胀发电机和电网Ⅰ；海水经过所述海水过滤器Ⅰ过滤后通过所述离心泵Ⅰ输送至所述热反应器；所述太阳能集热器将吸收的太阳光的能量输送给所述热反应器，用于将所述热反应器内的海水气化，气化后的高温水蒸气在所述热反应器内被催化剂分解为氢气和氧气，未分解的高温水蒸气通入所述蒸气发生器中，然后通入所述膨胀发电机，推动所述膨胀发电机做功发电，所述膨胀发电机将电力输送至所述电网Ⅰ；所述能量回收海水淡化系统包括海水过滤器Ⅱ、离心泵Ⅱ、热回收器、三通阀、蒸馏器、阀门和淡水储罐；海水经过所述海水过滤器Ⅱ过滤后通过所述离心泵Ⅱ输送至所述热回收器；所述热反应器分解得到的氢气和氧气通入所述热回收器内进行冷却，所述热回收器内的海水吸收冷却过程中释放的热量变为蒸气，得到的蒸气通过所述三通阀与所述膨胀发电机排出的水蒸气混合后通入所述蒸馏器，混合蒸气在所述蒸馏器内被冷却后冷凝为淡水并通过所述阀门通入所述淡水储罐内储存；所述多能互补发电储能系统包括氢气储罐、氧气储罐、燃料电池、波浪能发电装置、电网Ⅱ和风力发电装置；所述热反应器分解得到的氢气和氧气在所述热回收器内进行冷却后，分别通入所述氢气储罐和所述氧气储罐进行储存，所述燃料电池采用所述氢气储罐和所述氧气储罐内的氢气和氧气进行发电后并入所述电网；所述波浪能发电装装置和所述风力发电装置分别进行发电然后并入所述电网起到削峰填谷的作用；所述冷热供给系统包括发生器、冷凝器、海水过滤器Ⅲ、离心泵Ⅲ、储热器、节流阀、蒸发器、吸收器、循环泵和回热器；所述太阳能集热器将吸收的太阳光的能量输送给所述发生器，用于加热所述发生器内带有工质的溶液进行气液分离，分离后的溶液通入所述回热器，分离出的气化工质被送入冷凝器；海水经过所述海水过滤器Ⅲ过滤后通过所述离心泵输送至所述冷凝器中冷却气化工质，海水被加热后储存在所述储热器内用于供给至热需求单位；冷却后的气化工质经过所述节流阀变为低温低压的液体工质，液体工质通入所述蒸发器中释放出冷量给冷需求单位后，变为气态工质；气态工质通入所述吸收器，所述吸收器中的溶液用于吸收气态工质，溶液中的工质浓度恢复至规定浓度后通过所述循环泵输送至所述回热器，与所述发生器通入所述所述回热器内的溶液进行换热，换热后的溶液再次通入所述发生器继续循环。进一步地，所述太阳能集热器为蝶式、槽式或塔式太阳能热量吸收器。进一步地，所述热反应器内的催化剂为卤族元素、金属催化剂、金属化合物催化剂或者碳和一氧化碳的组合；所述热反应器的材质为陶瓷或者耐高温碳钢。进一步地，所述热反应器内的未分解的高温水蒸气通入所述蒸气发生器中，进行升温升压后通入所述膨胀发电机。进一步地，所述热回收器冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多能互补的海岛水氢动力循环能源复合供应系统，其特征在于，包括水氢动力循环系统、能量回收海水淡化系统、多能互补发电储能系统和冷热供给系统；/n所述水氢动力循环系统包括海水过滤器Ⅰ(101)、离心泵Ⅰ(102)、热反应器(103)、太阳能集热器(104)、蒸气发生器(105)、膨胀发电机(106)和电网Ⅰ(107)；海水经过所述海水过滤器Ⅰ(101)过滤后通过所述离心泵Ⅰ(102)输送至所述热反应器(103)；所述太阳能集热器(104)将吸收的太阳光的能量输送给所述热反应器(103)，用于将所述热反应器(103)内的海水气化，气化后的高温水蒸气在所述热反应器(103)内被催化剂分解为氢气和氧气，未分解的高温水蒸气通入所述蒸气发生器(105)中，然后通入所述膨胀发电机(106)，推动所述膨胀发电机(106)做功发电，所述膨胀发电机(106)将电力输送至所述电网Ⅰ(107)；/n所述能量回收海水淡化系统包括海水过滤器Ⅱ(201)、离心泵Ⅱ(202)、热回收器(203)、三通阀(204)、蒸馏器(205)、阀门(206)和淡水储罐(207)；海水经过所述海水过滤器Ⅱ(201)过滤后通过所述离心泵Ⅱ(202)输送至所述热回收器(203)；所述热反应器(103)分解得到的氢气和氧气通入所述热回收器(203)内进行冷却，所述热回收器(203)内的海水吸收冷却过程中释放的热量变为蒸气，得到的蒸气通过所述三通阀(204)与所述膨胀发电机(106)排出的水蒸气混合后通入所述蒸馏器(205)，混合蒸气在所述蒸馏器(205)内被冷却后冷凝为淡水并通过所述阀门(206)通入所述淡水储罐(207)内储存；/n所述多能互补发电储能系统包括氢气储罐(301)、氧气储罐(302)、燃料电池(303)、波浪能发电装置(304)、电网Ⅱ(305)和风力发电装置(306)；所述热反应器(103)分解得到的氢气和氧气在所述热回收器(203)内进行冷却后，分别通入所述氢气储罐(301)和所述氧气储罐(302)进行储存，所述燃料电池(303)采用所述氢气储罐(301)和所述氧气储罐(302)内的氢气和氧气进行发电后并入所述电网(305)；所述波浪能发电装装置(304)和所述风力发电装置(306)分别进行发电然后并入所述电网(305)起到削峰填谷的作用；/n所述冷热供给系统包括发生器(401)、冷凝器(402)、海水过滤器Ⅲ(403)、离心泵Ⅲ(404)、储热器(405)、节流阀(406)、蒸发器(407)、吸收器(408)、循环泵(409)和回热器(410)；所述太阳能集热器(104)将吸收的太阳光的能量输送给所述发生器(401)，用于加热所述发生器(401)内带有工质的溶液进行气液分离，分离后的溶液通入所述回热器(410)，分离出的气化工质被送入冷凝器(402)；海水经过所述海水过滤器Ⅲ(403)过滤后通过所述离心泵(404)输送至所述冷凝器(402)中冷却气化工质，海水被加热后储存在所述储热器(405)内用于供给至热需求单位；冷却后的气化工质经过所述节流阀(406)变为低温低压的液体工质，液体工质通入所述蒸发器(407)中释放出冷量给冷需求单位后，变为气态工质；气态工质通入所述吸收器(408)，所述吸收器(408)中的溶液用于吸收气态工质，溶液中的工质浓度恢复至规定浓度后通过所述循环泵(409)输送至所述回热器(410)，与所述发生器(401)通入所述所述回热器(410)内的溶液进行换热，换热后的溶液再次通入所述发生器(401)继续循环。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于多能互补的海岛水氢动力循环能源复合供应系统，其特征在于，包括水氢动力循环系统、能量回收海水淡化系统、多能互补发电储能系统和冷热供给系统；
所述水氢动力循环系统包括海水过滤器Ⅰ(101)、离心泵Ⅰ(102)、热反应器(103)、太阳能集热器(104)、蒸气发生器(105)、膨胀发电机(106)和电网Ⅰ(107)；海水经过所述海水过滤器Ⅰ(101)过滤后通过所述离心泵Ⅰ(102)输送至所述热反应器(103)；所述太阳能集热器(104)将吸收的太阳光的能量输送给所述热反应器(103)，用于将所述热反应器(103)内的海水气化，气化后的高温水蒸气在所述热反应器(103)内被催化剂分解为氢气和氧气，未分解的高温水蒸气通入所述蒸气发生器(105)中，然后通入所述膨胀发电机(106)，推动所述膨胀发电机(106)做功发电，所述膨胀发电机(106)将电力输送至所述电网Ⅰ(107)；
所述能量回收海水淡化系统包括海水过滤器Ⅱ(201)、离心泵Ⅱ(202)、热回收器(203)、三通阀(204)、蒸馏器(205)、阀门(206)和淡水储罐(207)；海水经过所述海水过滤器Ⅱ(201)过滤后通过所述离心泵Ⅱ(202)输送至所述热回收器(203)；所述热反应器(103)分解得到的氢气和氧气通入所述热回收器(203)内进行冷却，所述热回收器(203)内的海水吸收冷却过程中释放的热量变为蒸气，得到的蒸气通过所述三通阀(204)与所述膨胀发电机(106)排出的水蒸气混合后通入所述蒸馏器(205)，混合蒸气在所述蒸馏器(205)内被冷却后冷凝为淡水并通过所述阀门(206)通入所述淡水储罐(207)内储存；
所述多能互补发电储能系统包括氢气储罐(301)、氧气储罐(302)、燃料电池(303)、波浪能发电装置(304)、电网Ⅱ(305)和风力发电装置(306)；所述热反应器(103)分解得到的氢气和氧气在所述热回收器(203)内进行冷却后，分别通入所述氢气储罐(301)和所述氧气储罐(302)进行储存，所述燃料电池(303)采用所述氢气储罐(301)和所述氧气储罐(302)内的氢气和氧气进行发电后并入所述电网(305)；所述波浪能发电装装置(304)和所述风力发电装置(306)分别进行发电然后并入所述电网(305)起到削峰填谷的作用；
所述冷热供给系统包括发生器(401)、冷凝器(402)、海水过滤器Ⅲ(403)、离心泵Ⅲ(404)、储热器(405)、节流阀(406)、蒸发器(407)、吸收器(408)、循环泵(409)和回热器(410)；所述太阳能集热器(104)将吸收的太阳光的能...

【专利技术属性】
技术研发人员：王哲，韩凤翚，纪玉龙，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21