利用风电、光伏与固体氧化物电解制氢联合运行系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用风电、光伏与固体氧化物电解制氢联合运行系统，其包括蒸汽发生单元；配电网的输出端分别与固体氧化物电解池电堆单元和蒸汽发生单元电连接；电阻式电热锅炉的蒸汽出口与固体蓄热锅炉的蒸汽进口相连，固体蓄热锅炉的蒸汽出口与固体氧化物电解池电堆单元的水蒸汽进口连通。优点：通过风力发电单元和光伏发电单元为固体氧化物电解池电堆单元和蒸汽发生单元提供清洁电能，蒸汽发生单元为固体氧化物电解池电堆单元提供电解反应所需要的清洁热能；实现了风电、光伏等新能源与高温固体氧化物电解制氢技术耦合，开创了高温固体氧化物电解制氢技术与非核能源结合的技术路线，提高了资源利用率，缓解了我国三北地区的弃风限电问题。地区的弃风限电问题。地区的弃风限电问题。

【技术实现步骤摘要】
利用风电、光伏与固体氧化物电解制氢联合运行系统

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[0001]本专利技术涉及利用清洁能源制氢
，特别涉及利用风电、光伏与固体氧化物电解制氢联合运行系统。

技术介绍
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[0002]随着近几年三北地区风电、光伏规模不断扩大，受风电出力、光伏出力特性与用电负荷特点的影响，大部分地区风电场、光伏电站存在弃风、弃光限电现象，由于电网缺少储能设施等调峰手段，不得不限制风电机组与光伏组件出力，对风电、光伏运行时数产生明显影响。
[0003]目前电解水制氢储能技术有碱性电解技术、固体聚合物电解技术(SPE)和固体氧化物电解技术(SOEC)；其中碱性电解技术最为成熟、成本最低，而且已经实现了大规模制氢应用，但是效率较低，SPE电解技术尽管相对碱性电解技术有一定提升，但计及辅助设备的损耗后，系统效率仍然不高，亦非理想的方案；高温SOEC技术，工作于800℃左右，相对于工作于80℃左右的碱性电解技术和SPE电解技术，电解效率有极大提升，是三种技术中极具前景的一种电解水制氢技术。
[0004]由于SOEC工作温度约为800～950℃，所以目前通常采用高温气冷反应堆(HTGR)同时提供电能和高温热能，目前高温气冷反应堆的电能与热能提供系统是国内、国际普遍的研究方向，而尚未对如风能、太阳能等可再生能源与高温固体氧化物电解池电解制氢耦合技术展开深入研究。
[0005]鉴于可再生能源大规模弃电现况以及高温SOEC电解水制氢的高效性，以及氢既可以作为清洁燃料又可以作为化工原料的多领域应用价值，可再生能源与高温SOEC电解水制氢耦合技术对氢能的推广将带来广阔的应用前景。

技术实现思路
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[0006]本专利技术的目的在于提供一种利用风电、光伏与固体氧化物电解制氢联合运行系统，能够将电网富裕风电、光伏的电能转换为热能进行储存，为电网提供削峰填谷手段；并且提供了全新的固体氧化物电解池电解制氢的能量来源方式，即利用风能、太阳能结合电储热设备为固体氧化物电解池提供清洁电能与热能。
[0007]本专利技术由如下技术方案实施：利用风电、光伏与固体氧化物电解制氢联合运行系统，其包括风力发电单元、光伏发电单元、固体氧化物电解池电堆单元、蒸汽发生单元、热回收利用单元、氢气储罐、氧气储罐、纯水制备单元和配电网；所述风力发电单元的输出端和所述光伏发电单元的输出端分别与所述配电网的输入端电连接，所述配电网的输出端分别与所述固体氧化物电解池电堆单元的用电设备和所述蒸汽发生单元的用电设备电连接；所述固体氧化物电解池电堆单元的氧气出口通过氧气出气总管与氧气储罐连通，所述固体氧化物电解池电堆单元的氢气出口通过氢气出气总管与氢气储罐连通；所述蒸汽发生单元包括固体蓄热锅炉和电阻式电热锅炉；所述纯水制备单元的出水口与所述电阻式电热锅炉的
进水口连通，所述电阻式电热锅炉的蒸汽出口通过管路与所述固体蓄热锅炉的蒸汽进口连通，所述固体蓄热锅炉的蒸汽出口通过水蒸汽进气总管与所述固体氧化物电解池电堆单元的水蒸汽进口连通。
[0008]进一步地，所述电阻式电热锅炉的蒸汽出口与所述固体蓄热锅炉的蒸汽进口之间的管路上装设有气体流量控制阀。
[0009]进一步地，所述固体氧化物电解池电堆单元包括固体氧化物电解池、电解制氢变压器和整流逆变器；所述电解制氢变压器的输入端与所述配电网的输出端电连接，所述电解制氢变压器的输出端与所述整流逆变器的输入端电连接，所述整流逆变器的输出端与所述固体氧化物电解池电连接。
[0010]进一步地，其还包括串接在所述氢气出气总管与所述水蒸汽进气总管之间的截止阀和止回阀。
[0011]进一步地，其还包括电热系统变压器和锅炉控制柜；所述电热系统变压器的输入端与所述配电网的输出端电连接，所述电热系统变压器的输出端与所述锅炉控制柜的输入端电连接，所述锅炉控制柜的输出端分别与所述电阻式电热锅炉和所述固体蓄热锅炉电连接。
[0012]进一步地，所述热回收利用单元包括一号预热器和二号预热器；所述氧气出气总管的氧气出口与所述一号预热器的进气口连通，所述一号预热器的出气口通过管路与所述氧气储罐连通；所述氢气出气总管的氢气出口与所述二号预热器的进气口连通，所述二号预热器的出气口通过管路与所述氢气储罐连通；所述纯水制备单元的出水口与所述一号预热器的进水口连通，所述一号预热器的出水口与所述二号预热器的进水口连通，所述二号预热器的出水口与所述电阻式电热锅炉的进水口连通。
[0013]进一步地，其还包括气水一号分离器和气水二号分离器；所述一号预热器的出气口与所述气水一号分离器的进气口连通，所述气水一号分离器的出气口与所述氧气储罐的进气口连通；所述二号预热器的出气口与所述气水二号分离器的进气口连通，所述气水二号分离器的出气口与所述氢气储罐的进气口连通；所述气水一号分离器的冷凝水出口和所述气水二号分离器的冷凝水出口均与所述纯水制备单元的出水口连通。
[0014]进一步地，所述纯水制备单元包括原水储罐和纯水制备器，所述原水储罐的出水口与所述纯水制备器的进水口连通。
[0015]进一步地，所述固体蓄热锅炉包括底座、饱和水蒸汽进气总管、过热水蒸汽出气总管和固定在所述底座顶部的绝热炉壳；所述绝热炉壳内砌筑有蓄热砖层，所述蓄热砖层内埋设有若干根电热丝；所述蓄热砖层内穿设有若干根水蒸汽加热管路，所述饱和水蒸汽进气总管与各所述水蒸汽加热管路的进口连通，各所述水蒸汽加热管路的出口与所述过热水蒸汽出气总管连通；所述饱和水蒸汽进气总管上装设有高温风机。
[0016]本专利技术的优点：通过风力发电单元和光伏发电单元为固体氧化物电解池电堆单元和蒸汽发生单元提供清洁电能，蒸汽发生单元为固体氧化物电解池电堆单元提供电解反应所需要的清洁热能，即固体氧化物电解池电堆单元所需的电能和热能均由新能源提供；本专利技术不是采用现有的高温气冷反应堆提供电能和热能，而是采用可再生能源作为电能与热能，与现有的高温气冷反应堆相比，本专利技术更有利于节约能源，充分利用可再生能源。
[0017]通过热回收利用单元实现电解反应产生的氢气和氧气的热量回收循环利用，并且
利用电阻式电热锅炉和固体蓄热锅炉能够将电网富裕风电、光伏的电能转换为热能进行储存，并且提供了全新的固体氧化物电解池电解制氢的能量来源方式，包括电能和热能，实现了风电、光伏等新能源与高温固体氧化物电解制氢的技术耦合，同时本专利技术提高了资源利用率，缓解了我国三北地区的弃风限电问题，使多余新能源电力通过氢能、热能进行储存，为电网提供削峰填谷手段。
附图说明：
[0018]图1为本专利技术的结构示意图。
[0019]图2为本专利技术所述固体蓄热锅炉的结构示意图。
[0020]附图中各部件的标记如下：风力发电单元1、风力发电机1.1、风力发电变压器1.2、光伏发电单元2、光伏组件2.1、逆变器2.2、光伏发电变压器2.3、固体氧化物电解池电堆单元3、电解制氢变压器3.1、整流逆变器3.2、固体氧化物电解池3.3、电解池阴极3.31、电解池阳极3.32、电解质3.33、氢气出气总管3.34、水蒸汽进气总管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.利用风电、光伏与固体氧化物电解制氢联合运行系统，其特征在于，其包括风力发电单元、光伏发电单元、固体氧化物电解池电堆单元、蒸汽发生单元、热回收利用单元、氢气储罐、氧气储罐、纯水制备单元和配电网；所述风力发电单元的输出端和所述光伏发电单元的输出端分别与所述配电网的输入端电连接，所述配电网的输出端分别与所述固体氧化物电解池电堆单元的用电设备和所述蒸汽发生单元的用电设备电连接；所述固体氧化物电解池电堆单元的氧气出口通过氧气出气总管与氧气储罐连通，所述固体氧化物电解池电堆单元的氢气出口通过氢气出气总管与氢气储罐连通；所述蒸汽发生单元包括固体蓄热锅炉和电阻式电热锅炉；所述纯水制备单元的出水口与所述电阻式电热锅炉的进水口连通，所述电阻式电热锅炉的蒸汽出口通过管路与所述固体蓄热锅炉的蒸汽进口连通，所述固体蓄热锅炉的蒸汽出口通过水蒸汽进气总管与所述固体氧化物电解池电堆单元的水蒸汽进口连通。2.根据权利要求1所述的利用风电、光伏与固体氧化物电解制氢联合运行系统，其特征在于，所述电阻式电热锅炉的蒸汽出口与所述固体蓄热锅炉的蒸汽进口之间的管路上装设有气体流量控制阀。3.根据权利要求1所述的利用风电、光伏与固体氧化物电解制氢联合运行系统，其特征在于，所述固体氧化物电解池电堆单元包括固体氧化物电解池、电解制氢变压器和整流逆变器；所述电解制氢变压器的输入端与所述配电网的输出端电连接，所述电解制氢变压器的输出端与所述整流逆变器的输入端电连接，所述整流逆变器的输出端与所述固体氧化物电解池电连接。4.根据权利要求1所述的利用风电、光伏与固体氧化物电解制氢联合运行系统，其特征在于，其还包括串接在所述氢气出气总管与所述水蒸汽进气总管之间的截止阀和止回阀。5.根据权利要求1所述的利用风电、光伏与固体氧化物电解制氢联合运行系统，其特征在于，其还包括电热系统变压器和锅炉控制柜；所述电热系统变压器的输入端与所述配电网的输出端电连接，所述电热系统变压器的输出端与所述锅炉控制柜的输入端电连...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兵静，司有华，于海鹏，马门珂，孟斌，杨婧，高亚辉，丁英华，璐娜，牛守慧，赛娜，
申请(专利权)人：内蒙古恒瑞新能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：