本发明专利技术涉及制氢系统(1)，其包括热能储存装置(10)和至少一个用于制氢(D)的高温电解槽(20)，所述热能储存装置具有外壳(11)、储存室(12)及在储存室(12)内的储热材料(13)和流体连接到储存室(12)的流体入口(14)和流体连接到储存室(12)的流体出口(16)，其中所述至少一个高温电解槽(20)热连接到热能储存装置(10)的储存室(12)的储热材料(13)。规定了几种运行模式。本发明专利技术进一步涉及在制氢系统(1)中制氢(D)的方法。(D)的方法。(D)的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制氢系统和在制氢系统中制氢的方法
[0001]本专利技术涉及制氢系统和在制氢系统中制氢的方法。
[0002]为了制造可再生燃料，对高温电解槽，如固体氧化物电解槽电池很感兴趣。电形式的可再生能源可转化成热并在高温电解槽的电解过程中进一步转化成氢气。这对可再生能源制造的波动特性有帮助，也就是说，不同于例如核能和来自化石燃料的能量，可再生能源由于其天然性质而无法根据能量需求来制造，而是波动的。但是，制成的氢气可储存在例如氢气罐中。
[0003]US 2016/0301093 A1涉及用于储存和再释放能量的系统，其包括用于制氢的制氢单元和储氢装置。
[0004]US 2016/0248137 A1涉及发电系统，其包括可再生能源、可逆燃料电池模块和耦合到其上的高温储热装置。
[0005]US 8,034,219 B2涉及制氢的系统，其包括高温热源和固体氧化物电解槽电池。
[0006]US 2013/112569 A1涉及用于可逆储能的储能装置，其具有用于以流体材料的形式间接储存能量的可逆设计的金属/金属氧化物储存单元和用于在电解反应中提供和使用所述流体材料的可逆设计的电解装置。
[0007]US 2014/0234735 A1涉及高温燃料电池/电解槽系统，其具有在燃料电池发电机外的能量储存介质和辅助设备。
[0008]本专利技术的目的是提供较不依赖于除可再生能源以外的能源的高效制氢系统。
[0009]通过权利要求的主题实现这一目的。特别地，通过根据权利要求1的制氢系统和根据权利要求13的制氢方法实现该目的。本专利技术的进一步细节由其它权利要求以及说明书和附图展开。其中，关于本专利技术的制氢系统描述的特征和细节适用于本专利技术的制氢方法，因此关于本专利技术的各个方面的公开，进行或可进行互相参考。
[0010]根据本专利技术的第一个方面，通过制氢系统实现该目的，其包括热能储存装置和至少一个用于制氢的高温电解槽，该热能储存装置具有外壳、储存室及在储存室内的储热材料和流体连接到储存室的流体入口和流体连接到储存室的流体出口，其中所述至少一个高温电解槽热连接到所述热能储存装置的储存室的储热材料。热能储存装置的流体入口和/或流体出口热连接，特别是流体连接到电加热器。将控制单元耦合到所述制氢系统，其中将控制单元配置为以下列模式运行制氢系统：
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第一模式，其中向电加热器供应电能，其中将其转化成热能，其中将热能转移到高温电解槽，在其中制氢，
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第二模式，其中向电加热器供应电能，其中将其转化成热能，其中将热能转移到热能储存装置，将其储存在其中，
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第三模式，其中不向电加热器供应电能，而是将来自热能储存装置的热能转移到高温电解槽，在其中制氢，和
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第四模式，其中既不向电加热器供应电能，也不将热能转移到热能储存装置。
[0011]借助本专利技术提供的高温电解比低温电解，如碱性水电解或PEM电解更经济和更高效。这归因于较低的比耗电量，因为至少一些能量由热能储存装置作为热供应。由热能储存
装置供热补偿了可再生能源的波动特性并能使高温电解例如在最佳运行点运行。
[0012]在本专利技术中，热能储存装置用于储热。下面更详细介绍热能储存装置的优选设计。
[0013]优选地，热能储存装置可以是主流体流动方向为水平方向的水平储存装置。其包括至少一个用于接收工作流体，如水、热或冷蒸汽、空气、氮气或氩气的流体入口和至少一个用于排出工作流体的流体出口。热能储存装置进一步包括外壳，其优选具有隔热，在外壳内包括具有储热材料的储存室。
[0014]储存室可以基本是储热材料所处的空间、空腔、凹穴或如上所述的外壳。在储存室内，发生工作流体与储热材料之间的热交换。为了提供高效热交换，热交换室优选相对于周围环境是热隔绝的。通过隔热减少热能的损失。
[0015]为了改良工作流体在储存装置内的分布，代替单个入口或单个出口，可在热能储存装置中布置多个入口和/或多个出口。
[0016]热能储存装置的外壳可基本为长方体或圆柱体形式。该储存装置可形成水平热交换室。术语“水平热交换室”是指工作流体或传热流体穿过室内部的水平主（平均）流。水平主流的流向基本平行于地球平均表面。水平方向基本是与影响传热流体的重力方向垂直的方向。可通过横向入口和/或横向出口实现热交换流的水平取向的方向。水平热交换室在其侧面室边界包括这些开口。
[0017]高温电解槽可集成在热能储存装置内，特别是热能储存装置的外壳内。由此，避免高温电解槽的温度的快速移动。
[0018]在第一运行模式——充热（charging）模式，特别是充热周期中，经由流体入口提供热的充热模式工作流体。在经过热能储存装置并沿储热材料传送并由此加热这些储热材料后，经由流体出口排出较冷的充热模式工作流体。
[0019]在第二运行模式——放热（discharging）模式，特别是放电周期中，可反转工作流体流向，以向被称为流体出口但现在充当流体入口的开口供应冷的放热模式工作流体。在储存装置的另一端，即其热端，经由先前被称为流体入口、因此现在充当流体出口的开口排出热的放热模式工作流体。
[0020]因此，在充热模式中，可通过将热的充热模式工作流体，如热蒸汽进给到流体入口而向热能储存装置充入热能。热的充热模式工作流体将流过热能储存装置并由此加热储热材料。由此冷却的充热模式工作流体经由流体出口离开储存装置。在充热完成后，热储存装置可停留在数小时或甚至数天的静止期，直至需要储存的热能，并通过将冷的放热模式工作流体，如空气进给到流体入口或如上文解释，以反转模式，进给到先前作为流体出口提到的开口而放热。在流过热能储存装置后，经由先前作为流体入口提到的第二开口排出经加热的放热模式工作流体。
[0021]优选地，隔热可包括至少一个，优选至少两个隔热层。隔热层可包含选自陶瓷、混凝土、熔渣、石料、起泡粘土、矿棉、矿物泡沫、矿物纤维、泡沫玻璃、箔，特别是塑料箔，和含填充的土或砂的土壤层的至少一种隔热材料。其中有利的是，隔热材料包含300 kg/m3至1.500 kg/m3的密度，尽管较低密度也是可能的。隔热的功能是防止热损失到外部和防止工作流体在除入口/出口段以外的位置离开储存装置。
[0022]该热能储存装置尤其适合在高温下运行。因此，在一个优选实施方案中，该运行模式的运行温度选自300℃至1000℃的范围，优选选自500℃至1000℃的范围，更优选选自600
℃至1000℃、650℃至1000℃的范围，最优选700℃至1000℃。有可能偏离这些温度范围。在本文中，非常有利的是900℃的温度范围的上限，最优选800℃的温度范围的上限。
[0023]优选地，该热能储存装置是显热储存装置、潜热储存装置或热化学热储存装置。在显热储存装置中，如混凝土、钢元件或液体，例如熔盐之类的储热材料可用于储存热能。在潜热储存装置中，可使用如金属或金属合金之类的储热材料，其中金属或金属合金的相变有利于热能的储存。在热化学热储存装置中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.制氢系统(1)，其包括热能储存装置(10)和至少一个用于制氢(D)的高温电解槽(20)，所述热能储存装置具有外壳(11)、储存室(12)及在储存室(12)内的储热材料(13)和流体连接到储存室(12)的流体入口(14)和流体连接到储存室(12)的流体出口(16)，其中所述至少一个高温电解槽(20)热连接到热能储存装置(10)的储存室(12)的储热材料(13)，其中热能储存装置(10)的流体入口(14)和/或流体出口(16)热连接，特别是流体连接到电加热器(30)，并且其中将控制单元耦合到制氢系统(1)，其中将控制单元配置为以下列模式运行制氢系统(1)：
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第一模式，其中向电加热器(30)供应电能，其中将其转化成热能，其中将热能转移到高温电解槽(20)，在其中制氢(D)，
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第二模式，其中向电加热器(30)供应电能，其中将其转化成热能，其中将热能转移到热能储存装置(10)，将其储存在其中，
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第三模式，其中不向电加热器(30)供应电能，而是将来自热能储存装置(10)的热能转移到高温电解槽(20)，在其中制氢(D)，和
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第四模式，其中既不向电加热器(30)供应电能，也不将热能转移到热能储存装置(10)。2.根据权利要求1的制氢系统(1)，其特征在于，所述热能储存装置(10)是显热储存装置、潜热储存装置或热化学热储存装置。3.根据权利要求1或2的制氢系统(1)，其特征在于，所述储热材料(13)包含砂和/或石料。4.根据前述权利要求任一项的制氢系统(1)，其特征在于，所述储热材料(13)在储存室(12)内形成热交换通道的隧道系统。5.根据前述权利要求任一项的制氢系统(1)，其特征在于，将所述电加热器(30)电连接到可再生能源。6.根据前述权利要求任一项的制氢系统(1)，其特征在于，所述控制单元进一步配置为运行制氢系统(1)，以使：(a) 在第一和/或第二模式中，在充热模式中加热充热模式工作流体，以获得经加热的充热模式工作流体，和将经加热的充热模式工作流体输送到热能储存装置(10)的流体入口(14)，其中将来自经加热的充热模式工作流体的热能转移到储存室(12)的储热材料(13)，以将储存的热能储存在所述储热材料(13)中，(b) 在第三和/或第四模式中，将放热模式的放热模式工作流体输送到热能储存装置(10)的流体入口(14)，其中将储存的热能从储存室(12)的储热材料(13)转移到放热模式工作流体，以获得经加热的放热模式工作流体，其离开热能储存装置(10)的流体出口(16)并将热从经加热的放热模式工作流体热转移到所述至少一个高温电解槽(20)，其中在所述至少一个高温电解槽(20)中通过使用来自经加热的放热模式工...
【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源有限两合公司，
类型：发明
国别省市：
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