一种光储制氢系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术提供了一种光储制氢系统及其运行方法，所述光储制氢系统中的碱液循环换热器通过换热管路一连接热泵一，所述热泵一依次管路连接储热器、热泵二、控制件和外部冷源，所述气液分离换热器通过换热管路二连接储热器，在所述热泵二和控制件连接的管路分支上设置有通过换热管路三连接的锂离子电池储能装置，所述电解槽通过管路循环连接至碱液循环换热器上。在本发明专利技术中，光储制氢系统以储热器温度为基准，通过热泵连接碱液循环换热器和锂离子电池储能装置，提升换热灵活度的同时降低能耗；且引入外部冷源，防止环境温度高时光储制氢系统整体热量过高，整体实现了热能的有效综合利用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种光储制氢系统及其运行方法


[0001]本专利技术属于制氢
，涉及一种光储制氢系统及其运行方法。

技术介绍

[0002]在当今世界能源和环保形势不断变化的大背景下，氢能作为终极的清洁能源载体，被寄予厚望。氢气是推动全球经济绿色低碳转型的潜在支撑，其将为电力、交通、钢铁、建筑等行业低碳转型提供助力。目前制氢技术路线按原料来源主要分为化石原料制氢、化工原料制氢、工业副产氢和电解水制氢等。其中应用可再生能源电力进行电解水所获得的氢气被称为“绿氢”，是清洁、可持续的氢气来源，也具备着最大的降本潜力。
[0003]CN213013112U公开了一种大型碱性电解水制氢装置的综合热管理系统，包括碱性电解水制氢装置和热管理装置，碱性电解水制氢装置包括电解槽和气液分离器，气液分离器的碱液输出端通过碱液循环回路连接电解槽，热管理装置包括热管理综合换热器、气液分离换热器和碱液循环换热器，气液分离换热器设置在电解槽和气液分离器之间，碱液循环换热器设置在碱液循环回路中，气液分离换热器和热管理综合换热器的换热介质进出口连通形成用于冷却电解槽输出的气液混合状态碱液的第一换热回路，碱液循环换热器和热管理综合换热器的换热介质进出口连通形成用于加热输入至电解槽中的碱液的第二换热回路，该方案能实现热能的有效综合利用、适应性好。
[0004]CN109687002A公开了一种分布式冷热电联供系统，其中制氢和储氢系统电解高温水蒸汽产生氧气和氢气；第一燃料电池系统利用氧气或者空气，以及氢气发电，并将发电产生的电能输送至微电网；第二燃料电池系统利用氢气或者天然气，以及空气进行发电，并将电能输送至微电网，还将剩余的氢气或天然气，以及空气进行燃烧产生烟气；吸收式制冷器利用烟气以及高温水蒸汽进行制冷；水热管理系统导出第一燃料电池系统、制氢和储氢系统以及吸收式制冷器运行时产生的热量，并以热水形式供应用户；可再生能源供能系统生成高温水蒸气。该专利技术可以实现多能互补，提高供能效率和能源安全性，降低化石燃料消耗，没有CO2排放量大的缺点，还能实现热能、电能、冷量的联合供应。
[0005]CN112944206A公开了一种电解水制氢加氢站热管理系统，该系统包括电解水制氢加氢站和热管理设备，电解水制氢加氢站包括电解水制氢设备、气体纯化装置、第一压缩机、第一加氢枪；热管理设备包括热泵、第一换热管、第二换热管、换热器、第一液体泵和第二液体泵，其中，第一换热管的一端连接到热泵，另一端连接到换热器，换热器安装在气管上、用于冷却气管，第二换热管的一端连接到热泵，另一端连接到电解水制氢设备、用于吸收电解水制氢设备的冷却回路中热量，避免制氢设备温度过高。该系统能够控制电解水制氢设备的温度，并使加氢过程中氢气温度达到要求，避免设备温度越限对设备寿命带来伤害和避免氢气温度过高影响加注效率。
[0006]目前，在一个源网荷储系统中，是通过新能源发电为系统提供电力，由于新能源供电的不确定性，在碱性水电解槽进行氢气制备的过程中，需要考虑功率波动对电解效率的影响。热管理系统是需要在低功率电解过程中通过换热截止保持电解槽内循环碱液温度；
而在高功率电解过程中则需要防止换热介质温度过高，影响后段的气液分离及气体纯化过工序，因此，亟需设计开发一种光储制氢系统及其运行方法，在保障整体系统安全性的同时，能够适时的进行波动平抑和峰谷调节，以满足实际生产生活的使用。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种光储制氢系统及其运行方法，在本专利技术中，设计的光储制氢系统以储热器温度作为基准，通过热泵连接高温端(碱液循环换热器)和低温端(锂离子电池储能装置)，提升换热灵活度的同时降低能耗，在供电功率波动时保持碱液温度，提升电解槽功率适应性；综合利用电解系统产热，在环境温度低时为储能系统等提供稳定热能，降低锂离子电池在低温下加速衰减的风险；且引入外部冷源，防止环境温度高时系统整体热量过高，特别是保障储能系统温度不超过适宜工作温度上限，整体实现了热能的有效综合利用。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种光储制氢系统，所述光储制氢系统包括电解系统换热器、储热器、锂离子电池储能装置、电解槽、热泵、换热管路、控制件和外部冷源，所述电解系统换热器包括管路循环连接的碱液循环换热器和气液分离换热器，所述热泵包括热泵一和热泵二，所述换热管路包括换热管路一、换热管路二、换热管路三；
[0010]所述碱液循环换热器通过换热管路一连接热泵一，所述热泵一依次管路连接储热器、热泵二、控制件和外部冷源，所述气液分离换热器通过换热管路二连接储热器，在所述热泵二和控制件连接的管路分支上设置有通过换热管路三连接的锂离子电池储能装置，所述电解槽通过管路循环连接至碱液循环换热器上。
[0011]在本专利技术中，设计的光储制氢系统以储热器温度作为基准，通过热泵连接高温端(碱液循环换热器)和低温端(锂离子电池储能装置)，提升换热灵活度的同时降低能耗，在供电功率波动时保持碱液温度，提升电解槽功率适应性；综合利用电解系统产热，在环境温度低时为储能系统等提供稳定热能，降低锂离子电池在低温下加速衰减的风险；且引入外部冷源，防止环境温度高时系统整体热量过高，特别是保障储能系统温度不超过适宜工作温度上限，整体实现了热能的有效综合利用。
[0012]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述光储制氢系统还包括光伏发电装置，所述光伏发电装置连接至电解系统换热器上。
[0013]需要说明的是，本专利技术中的光伏发电装置提供给整体光储制氢系统主要电力，当光伏发电装置满足电解的额定功率时，光储制氢系统为平稳运行状态，碱液循环换热器将多余热量储存至储热器中，并用于维持储能系统处于适宜工作温度；当光伏发电装置的功率高于电解的额定功率时，锂离子电池储能装置进行充电，当其电力高于一定阈值时，提升电解槽功率，通过外部冷源及热泵二降低储热器温度，进而控制循环碱液温度不超过限定值；当光伏发电装置的功率低于电解的额定功率时，锂离子电池储能装置进行放电，当其电力低于一定阈值时，降低电解槽功率，通过储热器及热泵一对循环碱液进行加热，防止碱液温度过低。
[0014]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述换热管路一的换热温度均大于所述换热管路二的换热温度和所述换热管路三的换热温度。
[0015]作为本专利技术一种优选的技术方案，所述换热管路二的换热温度大于所述换热管路三的换热温度。
[0016]本专利技术中特别限定了所述换热管路一的换热温度均大于换热管路二的换热温度和换热管路三的换热温度，且换热管路二大于换热管路三的换热温度，是因为在这个温度梯度下保障了储热器对电解槽及循环碱液的降温效果，同时保证了电化学储能系统温度不超过限定值；当系统中的换热管路的温度不符合此条件时，会导致热泵系统的超负荷工作，严重的会导致电解槽强制降功率或电化学储能强制断开等情况发生，影响系统正常运行，这是因为换热管路温度梯度变化会阻碍对循环碱液的降温效果或是引起对电化学储能系统的不当升温。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光储制氢系统，其特征在于，所述光储制氢系统包括电解系统换热器、储热器、锂离子电池储能装置、电解槽、热泵、换热管路、控制件和外部冷源，所述电解系统换热器包括管路循环连接的碱液循环换热器和气液分离换热器，所述热泵包括热泵一和热泵二，所述换热管路包括换热管路一、换热管路二和换热管路三；所述碱液循环换热器通过换热管路一连接热泵一，所述热泵一依次管路连接储热器、热泵二、控制件和外部冷源，所述气液分离换热器通过换热管路二连接储热器，在所述热泵二和控制件连接的管路分支上设置有通过换热管路三连接的锂离子电池储能装置，所述电解槽通过管路循环连接至碱液循环换热器上。2.根据权利要求1所述的光储制氢系统，其特征在于，所述光储制氢系统还包括光伏发电装置，所述光伏发电装置连接至电解系统换热器上。3.根据权利要求1或2所述的光储制氢系统，其特征在于，所述换热管路一的换热温度均大于所述换热管路二的换热温度和所述换热管路三的换热温度。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的光储制氢系统，其特征在于，所述换热管路二的换热温度大于所述换热管路三的换热温度。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的光储制氢系统，其特征在于，所述储热器为绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞铁铮，盛赟，高纪凡，刘艋，张臻，
申请(专利权)人：天合光能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：