本发明专利技术公开了一种基于风力资源全天候调度的制氢发电联用系统，具体包括有塔架、叶轮、智能控制器、风力电机、主传动轴、绝热制热器、夹层光热制氢反应器等核心构件。旨在实现在我国偏远地区风力资源的全天候分时段有序调度、分配以及提升终端能源的整体转化效率。系统将部分风能转化为热能实现光热协同制氢反应，增大了单位风能的转化增益，且剩余风能在夜晚可转化为电能供给就近居民日常利用。系统终端选择性以氢能作为载能形式大大降低了传统电力输运基建成本及能量损耗。本发明专利技术系统具有集成度好，智能化程度高，操作简单、高效等特点。高效等特点。高效等特点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于风力资源全天候调度的制氢发电联用系统
[0001]本专利技术属于新能源制备领域，具体涉及一种基于风力资源全天候调度的制氢发电联用系统。
技术介绍
[0002]充分挖掘并有效利用可再生能源，如太阳能、风能、氢能、地热能、水能等，有助于加速能源产业结构升级，推进能源创新及其消费形式的变革。然而就目前风能资源的利用形式来看，国际上主要有风力制热及发电两种方式。在市面上已有的主要还是以风车发电为主，其核心过程是通过风力叶轮驱动发电机组发电，然后将其就地利用或者上网输运。调查分析发现，现在风机的装机量虽然呈逐年增长的趋势，但是增长速度并不能有效缓解我国城市及农村的用电压力，这其中的主要矛盾是风力资源的利用方式太过单一，且发电电能的及时消纳与上网损耗、成本等之间的不协调，这种矛盾在我国西部地区尤为突出，大大限制了国家对于风力资源的利用及转化。
[0003]太阳能光热协同催化制氢过程能够将太阳能高效、低成本、无污染、温和地转化为氢能进行利用、储存、输运，但是，此技术对制氢半导体颗粒悬浮液的吸光性质有严格要求，只有当其吸光范围达到近红外光区域时才会有明显的热量产生。如若在白天有太阳能辐射作用下将部分风力资源转化为热量有序供应给制氢系统，即可大大提升制氢端的效率，此外，夜晚风力系统仍可以用于发电并输送给当地居民利用，这种以氢能作为载能形式的存储利用方式可以有效避免风机发电的电力长距离输运能量损耗及前期辅助基建设置的高成本、高风险问题。
[0004]目前，国内将太阳能制氢与风力资源高效协同利用的技术几乎没有报道，因此，开发并探索这种氢/电互补转化、耦合利用模式对于我国风能、太阳能资源的规模化低成本利用及能源体系结构的变革具有重要研究价值。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于风力资源全天候调度的制氢发电联用系统，利用此装置可实现在我国偏远地区电能和氢能的持续供给，同时可完成光热耦合制氢过程，提升太阳能转化效率，充分协调且合理分配了风力资源的利用形式，实现了可再生能源的最大化利用。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下方案来实现：
[0007]一种基于风力资源全天候调度的制氢发电联用系统，该系统内部包括有三种能源形式的转化；第一种是风能到电能的转化，包括：位于塔架上的叶轮连接至智能控制器，智能控制器下游端设置有风力电机，风力电机下游端设置有蓄电装置，蓄电装置内部储存的电能用于供给用电器；第二种是风能到热能的转化，包括：位于塔架上的叶轮连接至智能控制器，智能控制器下游端设置有绝热制热器，绝热制热器内部设置有一根主传动轴和四根附属传动轴，四根附属传动轴上从上到下以此设置有剪切片，在绝热制热器外部依次设置
有蓄热流体罐、循环动力泵和夹层光热制氢反应器，蓄热流体罐内放置有热流体工质，热流体工质在剪切片的剪切作用下因摩擦而生热；第三种是太阳能到氢能的转化，包括：储液罐，储液罐内放置有含光催化半导体的悬液，储液罐下游端设置有蠕动泵，蠕动泵下游端设置有夹层光热制氢反应器，储液罐的顶部连接至气体干燥器，气体干燥器下游设置有气体压缩机，气体压缩机下游设置有氢气瓶，夹层光热制氢反应器由内层光催化反应管、真空层管及热流体管组层，真空层管和热流体管位于光催化反应管的外环，各占一个半圆区域，连接处用石英玻璃封堵，夹层光热制氢反应器后方设置有抛物面聚光器；工作时，蓄热流体罐中的热流体工质会经过热流体管，光催化半导体的悬液在光催化反应管中吸收太阳能并产生氢气，在蠕动泵的驱动下在储液罐上方发生气液分离。
[0008]本专利技术进一步的改进在于，塔架上的叶轮在风力驱动下产生的动能传递给风力电机或主传动轴。
[0009]本专利技术进一步的改进在于，在白天将叶轮的动能传递给主传动轴用于在绝热制热器完成热流体工质的制热过程，后将热量传递给夹层光热制氢反应器实现光热耦合制氢；夜晚期间将叶轮的动能传递给风力电机产生电能并储存在蓄电装置中，储存的电能满足附近居民的用电消耗；智能控制器能够完成在不同季节的智能识别及叶轮动能的主动分配，实现风力资源的全天候有效利用。
[0010]本专利技术进一步的改进在于，热流体工质从绝热制热器的下游端流进，从上游段流出。
[0011]本专利技术进一步的改进在于，主传动轴和四根附属传动轴通过齿轮啮合传递动力，附属传动轴以主传动轴为中心呈中心对称设置，且附属传动轴上的剪切片为斜三角波浪形，以增大与热流体工质之间的接触面积，提升剪切制热效果。
[0012]本专利技术进一步的改进在于，夹层光热制氢反应器被抛物面聚光器包围，且抛物面聚光器默认以仰角45
°
放置。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，热流体管在左右端上下两侧分别设置有流体出口和进口，热流体管两侧截止位置连线与水平面为45
°
。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，循环动力泵的启停时长能够自定义设置，如需获得更高的热流体工质温度能够将循环动力泵的停止时间延长，反之亦然。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，绝热制热器内的热流体工质为导热油或含金属纳米颗粒流体。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，储液罐的光催化半导体为TiO2、ZnO、CuO或 C3N4。
[0017]相比于现有技术，本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0018]本专利技术技术实现了风力资源的发电和制热过程的动态分配，相较于传统风力发电而言，本系统可将部分热量输运给太阳能制氢系统完成光热耦合制氢，大大提升制氢效率。且白天风机动能用于制热强化制氢过程，夜晚发电供给周围居民使用。
[0019]减少了传统电力上网输运及电力系统线网布置等成本。实现了氢/电等二次能源的互补互换过程，拓展了偏远地区居民的用能结构。且多余的氢能可压缩处理后输运至其他地方，简单、快捷。
[0020]系统中附属传动轴以主传动轴为中心呈中心对称设置。且附属传动轴上的剪切片为斜三角波浪形，增大与热流体工质之间的接触面积，且工作时剪切片与热流体之间的单
元阻力大，热摩擦单位体积产生的热量高。
[0021]系统中的智能控制器可智能识别天气中太阳的辐射强度及在不同季节条件下日照时长等，选择性地调控风机叶轮的动力传递走向，实现发电与制热的随机性动态调度，可实现远程调控及程序化控制，节省劳动力。
[0022]循环动力泵的启停时长可以自定义设置，如需获得更高的热流体工质温度可以将循环动力泵的停止时间延长，反之亦然。
[0023]夹层光热制氢反应器由真空层管、热流体管、光催化反应管等集成，功能明确，且热流体管可将风力制热有序传递给光催化反应液体，实现光热场耦合下的制氢过程。真空层设计避免了无谓热量损耗，最大化了热能利用效率。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的总体结构示意图。
[0025]附图标记说明：
[0026]1为塔架；2为叶轮；3为智能控制器；4位风力电机；5为蓄电装置；6为用电器；7为绝热制热器；8为附属传动轴；9为主传动轴；10为剪切片；1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于风力资源全天候调度的制氢发电联用系统，其特征在于，该系统内部包括有三种能源形式的转化；第一种是风能到电能的转化，包括：位于塔架(1)上的叶轮(2)连接至智能控制器(3)，智能控制器(3)下游端设置有风力电机(4)，风力电机(4)下游端设置有蓄电装置(5)，蓄电装置(5)内部储存的电能用于供给用电器(6)；第二种是风能到热能的转化，包括：位于塔架(1)上的叶轮(2)连接至智能控制器(3)，智能控制器(3)下游端设置有绝热制热器(7)，绝热制热器(7)内部设置有一根主传动轴(9)和四根附属传动轴(8)，四根附属传动轴(8)上从上到下以此设置有剪切片(10)，在绝热制热器(7)外部依次设置有蓄热流体罐(11)、循环动力泵(12)和夹层光热制氢反应器(13)，蓄热流体罐(11)内放置有热流体工质，热流体工质在剪切片(10)的剪切作用下因摩擦而生热；第三种是太阳能到氢能的转化，包括：储液罐(18)，储液罐(18)内放置有含光催化半导体的悬液，储液罐(18)下游端设置有蠕动泵(19)，蠕动泵(19)下游端设置有夹层光热制氢反应器(13)，储液罐(18)的顶部连接至气体干燥器(20)，气体干燥器(20)下游设置有气体压缩机(21)，气体压缩机下游设置有氢气瓶(22)，夹层光热制氢反应器(13)由内层光催化反应管(14)、真空层管(16)及热流体管(15)组层，真空层管(16)和热流体管(15)位于光催化反应管(14)的外环，各占一个半圆区域，连接处用石英玻璃封堵，夹层光热制氢反应器(13)后方设置有抛物面聚光器(17)；工作时，蓄热流体罐(11)中的热流体工质会经过热流体管(15)，光催化半导体的悬液在光催化反应管(14)中吸收太阳能并产生氢气，在蠕动泵(19)的驱动下在储液罐(18)上方发生气液分离。2.根据权利要求1所述的一种基于风力资源全天候调度的制氢发电联用系统，其特征在于，塔架(1)上的叶轮(2)在风力驱动下产生的动能传递给风力电机(4)或主传动轴(9)。3.根据权利要求2所述的一种基于风力资源全天候调度的制氢发电联用系统，...
【专利技术属性】
技术研发人员：敬登伟，曾子龙，马利静，郭烈锦，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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