热电化学能多联产系统及其控制方法和调度方法技术方案

本发明专利技术提供一种热电化学能多联产系统及其控制方法和调度方法以及存储介质。该系统包括：太阳能转换设备，其用于在相应的温度区间下将吸收的太阳能转换为电能；电能传输装置，用于接收并传输所述太阳能转换设备产生的电能；流体传输装置，其用于传输流体介质；电解装置，其连接所述电能传输装置和所述流体传输装置，用于在所述电能传输装置提供的电能的驱动下，对所述流体传输装置传输来的预热后的流体介质进行电解，输出电解产物。该系统输出包括电能、热能和化学能等多种能源，有利于减轻能源危机和环境污染，有利于高效的太阳能存储和转换。转换。转换。

【技术实现步骤摘要】
热电化学能多联产系统及其控制方法和调度方法


[0001]本专利技术涉及新能源
，尤其涉及一种热电化学能多联产系统及其控制方法和调度方法以及存储介质。

技术介绍

[0002]当前，全球变暖，石油价格波动和化石能源枯竭问题是研究可再生能源转化和利用的主要驱动因素。从化石能源向清洁能源的转变对国家能源安全也具有重要意义。在清洁能源中，太阳能既清洁又环保，且储量巨大(太阳能每秒辐射约3.8
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kWh)，被认为是最有潜力的替代能源之一。但是，由于当前太阳能的利用受到时间和空间分布不均匀和不连续的限制，将太阳能转换为化学能(例如氢)进行存储和运输存在一定的技术障碍。
[0003]氢因其高能量密度和环境清洁特性而被认为是最有前途的能量载体之一，可用于燃料电池或热机发电而没有二氧化碳或其他污染物的排放。目前，天然气重整是氢的主要生产方法，其效率高(60％至85％)且成本低廉，但是，由于会产生二氧化碳，天然气重整制氢也可能会导致严重的环境问题。其他制氢方法包括生物过程、热化学循环、光化学、电解水或蒸汽等。利用光伏(Photovoltaic，简称PV)发电，然后电解水(蒸汽)来生产氢是目前最现实的方法之一，主要是因为其所涉及的过程在技术上已经比较成熟。
[0004]上述方法可以追溯到1977年，从那以后，太阳能到氢的效率(TheSolar-To-Hydrogen Efficiency，简称STH效率)不断稳步提高，到2015年，最高的STH效率达到18.3％。2015年，Nakamura等人设计了一个由外部质子交换膜(Proton Exchange Membrane，简称PEM，质子交换膜)电解池和包含三结太阳能光伏(PV)电池(InGaP/GaAs/Ge)的集中光伏系统组成的系统，实现了24.4％的STH效率。2016年，来自斯坦福大学的Jia等人使用了两个带有三结太阳能光伏电池的聚合物电解质膜电解池，实现了超过30％的STH效率。在这些传统的太阳能电解系统中，只有由光伏组件产生的部分电能(Electricity)被输送到电解池，而光伏电池组件的大量废热却没有被利用。光伏电池的一个基本缺点是其效率会随着工作温度的升高而降低，因此通常需要散热才能维持其稳定运行。光伏电池的另一个不足是无法使用完整的太阳光谱，部分光谱将被转换为热能。为了解决这些缺点，Wang等人提出了一种灵活的太阳能氢和无碳热电联产系统，该系统将PV和PEM电解池相结合，可以通过利用PV的余热来节省用于水电解的电力。近年来，尽管已经提出了各种光伏/热(Photovoltaic/Thermal简称PVT)系统，利用PV的余热来加热其他流体并降低PV温度，但这些研究大多集中在系统组合上，并且光伏利用温度的上限通常为250℃。据记载，大多数PVT系统均在250℃以下运行。然而，随着水分解反应温度的升高，吉布斯自由能下降，水电解反应所需的具有较高能量等级的电能减少，从而具有较高的效率，因此高温电解水对高效制氢具有重要意义。
[0005]考虑到上述因素，亟需研发一种新的热电化学能多联产系统，以获得高效的热电化学能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的是提供一种热电化学能多联产系统及其控制方法和调度方法以及相应的存储介质，以解决热电化学能高效联产的技术问题。
[0007]根据本专利技术的一个方面，本专利技术的实施例提供一种热电化学能多联产系统，包括：
[0008]太阳能转换设备，其用于在相应的温度区间下将吸收的太阳能转换为电能；
[0009]电能传输装置，其连接所述太阳能转换设备，用于接收并传输所述太阳能转换设备产生的电能；
[0010]流体传输装置，其用于传输流体介质，使得所述流体介质在流经所述太阳能转换设备时吸收所述太阳能转换设备的未被转换的太阳能，从而对所述流体介质进行预热；
[0011]电解装置，其连接所述电能传输装置和所述流体传输装置，用于在所述电能传输装置提供的电能的驱动下，对所述流体传输装置传输来的预热后的流体介质进行电解，输出电解产物。
[0012]在上述热电化学能多联产系统中，太阳能转换设备可以是一种类型或多种类型的转换设备，当太阳能转换设备是多种类型的转换设备时，可以分别工作于多个不同的温度区间，以尽可能将完整的太阳光谱的太阳能转换为电能。
[0013]在本专利技术一个优选的实施方式中，上述太阳能转换设备是两种工作于不同温度区间的转换设备，尤其是分别用于在中低温区间和中高温区间下将吸收的太阳能转换为电能的转换设备。其中，所述中低温区间为大于或等于第一温度阈值且小于或等于第二温度阈值的温度区间；所述中高温区间为大于第二温度阈值且小于或等于第三温度阈值的温度区间。
[0014]可选的，所述第一温度阈值的取值可以是0℃，所述第二温度阈值的取值可以是250℃，所述第三温度阈值的取值可以是1000℃。
[0015]可选的，工作于中低温区间的太阳能转换设备包括光伏电池，所述光伏电池包括单晶硅光伏组件、多晶硅光伏组件、三结GaAs光伏组件、四结GaAs光伏组件以及薄膜太阳能电池中的一种或多种形式。
[0016]可选的，工作于中高温区间的太阳能转换设备包括光子增强热电子发射池和/或热光伏电池。
[0017]此外，每种形式的太阳能转换设备的个数可以是一个或多个，不做数量方面的限定。
[0018]另外，在上述热电化学能多联产系统中，所述电解装置既可以是低温电解装置，也可以是高温电解装置，还可以是低温电解装置和高温电解装置的组合。具体情况依赖于由流体传输装置提供的流体介质的温度。当流体介质的预热温度处于中低温区间时，采用低温电解装置对流体介质进行低温电解；当流体介质的预热温度处于高温区间时，采用高温电解装置对流体介质进行高温电解。
[0019]在本专利技术一个优选的实施方式中，上述电解装置仅包括高温电解装置，所述高温电解装置包括高温固体氧化物电解池和/或高温质子导体电解池。
[0020]其中，对于高温固体氧化物电解池而言，被电解的流体介质可以是水和/或二氧化碳；对于高温质子导体电解池而言，被电解的流体介质可以是水。
[0021]当流体介质是水的情况下，预热后的流体介质是水蒸气，由此产生的电解产物包
括氢气和氧气；
[0022]当流体介质是二氧化碳的情况下，预热后的流体介质是高温二氧化碳，由此产生的电解产物包括氧气和一氧化碳；
[0023]当然，流体介质可以同时包含水和二氧化碳，由此产生的电解产物是包括氢气、氧气和一氧化碳的合成气。
[0024]此外，在本实施例中，流体传输装置的外腔(非太阳能转换设备侧)可以用绝热材料构成，也可以(尤其在太阳能转换设备侧)部分或全部由热电材料构成，以进一步增加发电量。
[0025]根据本专利技术的另一方面，本专利技术的实施例还提供一种如上文所述的热电化学能多联产系统的控制方法，包括以下步骤：
[0026]控制所述太阳能转换设备在相应的温度区间下将吸收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热电化学能多联产系统，其特征在于，包括：太阳能转换设备，其用于在相应的温度区间下将吸收的太阳能转换为电能；电能传输装置，其连接所述太阳能转换设备，用于接收并传输所述太阳能转换设备产生的电能；流体传输装置，其用于传输流体介质，使得所述流体介质在流经所述太阳能转换设备时吸收所述太阳能转换设备的未被转换的太阳能，从而对所述流体介质进行预热；电解装置，其连接所述电能传输装置和所述流体传输装置，用于在所述电能传输装置提供的电能的驱动下，对所述流体传输装置传输来的预热后的流体介质进行电解，输出电解产物。2.如权利要求1所述的热电化学能多联产系统，其特征在于，包括：所述太阳能转换设备包括一种类型或多种类型的转换设备；当所述太阳能转换设备包括多种类型的转换设备时，分别用于在不同的温度区间下将吸收的太阳能转换为电能。3.如权利要求1所述的热电化学能多联产系统，其特征在于，包括：所述太阳能转换设备包括中低温类型的转换设备和中高温类型的转换设备，分别用于在中低温区间和中高温区间下将吸收的太阳能转换为电能。4.如权利要求3所述的热电化学能多联产系统，其特征在于：所述中低温区间为大于或等于第一温度阈值且小于或等于第二温度阈值的温度区间；所述中高温区间为大于第二温度阈值且小于或等于第三温度阈值的温度区间。其中，所述第一温度阈值的值包括0℃，所述第二温度阈值的值包括250℃，所述第三温度阈值的值包括1000℃。5.如权利要求1至4中任一项所述的热电化学能多联产系统，其特征在于：所述太阳能转换设备包括光伏电池，所述光伏电池包括单晶硅光伏组件、多晶硅光伏组件、三结GaAs光伏组件、四结GaAs光伏组件以及薄膜太阳能电池中的一种或多种形式。6.如权利要求1至5中任一项所述的热电化学能多联产系统，其特征在于：所述太阳能转换设备包括光子增强热电子发射池和/或热光伏电池。7.如权利要求1至4中任一项所述的热电化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔慧，王宏圣，俞珠峰，
申请(专利权)人：神华科学技术研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：