一种集成式太阳能发电电解水制氢系统技术方案

本发明专利技术公开的一种集成式太阳能发电电解水制氢系统，属于电解制氢和太阳能利用领域。本发明专利技术包括太阳能集热器、太阳能池循环系统、有机朗肯循环发电系统、电解水系统和集气系统。所述太阳能池和太阳能集热系统用于将太阳能转化为热能，所述有机朗肯循环发电系统利用上述热能产生蒸汽驱动涡轮机发电，所述电解水系统利用电能电解电解液A产生氢气和氧气，所述集气系统用于收集储存电解水所产生的氢气和氧气。所述太阳能池循环系统包括上对流区、非对流区和蓄热区。有机朗肯循环发电系统包括供热单元、循环泵、蒸发器、涡轮机、发电机和冷凝器。本发明专利技术将太阳能集热器与太阳能池耦合，提高整个系统的热性能和发电效率，本发明专利技术还具有搭建方便的优点。有搭建方便的优点。有搭建方便的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种集成式太阳能发电电解水制氢系统


[0001]本专利技术属于电解制氢和太阳能利用领域，涉及一种集成式太阳能发电电解水制氢系统。

技术介绍

[0002]近年来，由于人口增长、生活水平提高和工业发展，全球能源需求快速增长。这一需求的最大部分由煤炭、石油和天然气等化石燃料满足。这些传统来源的供应有限，它们的燃烧会导致许多环境问题，例如高温室气体排放和空气污染。因此，以更可持续、清洁和环保的方式满足能源需求非常重要。
[0003]氢能是未来能源载体中最有前途的清洁能源，具有能量密度高、应用广泛等优点。氢气的热值(140.4MJ/kg)是焦炭和汽油等碳氢化合物燃料的3
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4倍。它可以作为内燃机和燃气轮机的替代燃料，在这些应用中可以高效、超低污染地运行。另一方面，氢气也被认为是燃料电池的最佳燃料，因为最终产品是纯水，能源效率可以达到90％以上。值得注意的是，目前制氢仍以化石燃料(如石油、煤等)转化为主，由于化石资源有限和温室气体排放，未来必须被替代。
[0004]太阳能作为一种可再生的新能源，以其存储的无限量、存在的普遍性以及经济性等优势成为人类亟待大力发展的替代能源。目前，太阳能热发电技术与光伏发电技术是合理利用太阳能的两种最为常见的方式。如今光伏发电相对于光热发电更具有优势，结构简单，技术成熟，容易实现，而光热在于太阳能转化为热能时具有较高的效率。但是尽管太阳能行业潜力巨大且清洁高效，但是由于太阳光的不稳定性，导致太阳能发电并网存在着较大难题，由于波动性较大，并网后对于电网影响较大，需要储能技术的发展。所以将太阳能以一种高热密度的能源储存起来就显得十分具有前途。而太阳能电解水制氢就是一种十分具有前景的实现方式。
[0005]在现有的太阳能制氢技术大多是通过太阳能发电，利用产生的电能电解水产生氢气。例如专利CN115074751A公开了一种可连续稳定运行的高温电解制氢系统。该系统主要由光伏电池阵列、太阳能集热器、可逆固体氧化物电解制氢单元、蓄电池、电蒸汽发生器、三元熔盐储热罐、蒸汽发生器和储氢单元组成。该系统利用光伏电池阵列为电解制氢单元提供电能，储热罐储存太阳能集热器吸收的热量并为电解制氢过程提供蒸汽。专利CN111532413A公开了一种余热回收耦合太阳能水氢循环的船舶动力系统，该系统通过太阳能光伏发电装置为电解水反应器供电产生氢气和氧气：通过太阳能集热器为热分解水反应器供给热量产生氢气和氧气。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在提供一种集成式太阳能发电电解水制氢系统，将太阳能集热器与太阳能池耦合，提高整个系统的热性能和发电效率，本专利技术还具有搭建方便的优点。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术公开的一种集成式太阳能发电电解水制氢系统，包括太阳能集热器、太阳能池循环系统、有机朗肯循环发电系统、电解水系统和集气系统。所述太阳能池和太阳能集热系统用于将太阳能转化为热能，所述有机朗肯循环发电系统利用上述热能产生蒸汽驱动涡轮机发电，所述电解水系统利用电能电解电解液A产生氢气和氧气，所述集气系统用于收集储存电解水所产生的氢气和氧气。
[0009]所述太阳能集热器为平板型集热器或真空管集热器。
[0010]所述太阳能池循环系统包括上对流区、非对流区和蓄热区。所述上对流区位于太阳能池循环系统顶部，为低盐度盐水或淡水。所述非对流区位于太阳能池循环系统中部，其盐度梯度自上而下增大，起到保温作用。所述蓄热区位于太阳能池循环系统底部，为高密度的饱和盐水，蓄热区的温度在太阳能池循环系统中最高。
[0011]所述有机朗肯循环发电系统包括供热单元、循环泵、蒸发器、涡轮机、发电机和冷凝器。所述供热单元由太阳能集热系统与位于太阳能池蓄热区的换热器组成。所述蒸发器利用供热单元的热能加热有机工质，产生高温蒸汽带动涡轮机，涡轮机通过传动装置带动发电机发电。通过涡轮机的低温蒸汽随后进入冷凝器，所述冷凝器与位于太阳能池上对流区中的换热器相连，将蒸汽冷凝，回收有机工质液体。
[0012]所述电解水系统包括电解槽、电解槽隔膜、催化电极、出气口、进水口。所述电解槽隔膜在电解槽中间用于隔开阳极室和阴极室。所述催化电极为阴极和阳极，分别在电解槽隔膜两侧。所述出气口在阳极室和阴极室顶部，分别连接到集气系统，用于排出电解产生的氧气和氢气。所述进水口在阳极室和阴极室底部。
[0013]所述集气系统包括氢气水蒸气分离器、氢气储存装置、氧气储存装置。所述氢气水蒸气分离器用于分离阴极产生的氢气和水蒸气的混合气，得到纯净的氢气。所述氢气储存装置用于收集分离后纯净的氢气。所述氧气储存装置用于储存阳极产生的氧气。
[0014]进一步地，所述电解液A为KOH溶液或NaOH溶液。
[0015]进一步地，所述电解槽隔膜包括聚四氟乙烯质子交换膜或全氟磺酸质子交换膜。
[0016]进一步地，所述催化电极的基材为石墨棒。
[0017]进一步地，所述阳极是在石墨棒表面涂覆氧化铱，所述阴极是为在石墨棒表面涂覆铂铬合金。
[0018]有益效果：
[0019]1、本专利技术公开的一种集成式太阳能发电电解水制氢系统，将太阳能集热器与太阳能池耦合集成，提高整个系统的热性能，能够在短时间内提高进入涡轮机的蒸汽的温度，通过有机朗肯循环发电系统中产生大量电力，为电解水系统提供电能，实现集成式太阳能发电电解水制氢。
[0020]2、本专利技术公开的一种集成式太阳能发电电解水制氢系统，搭建方便，利于在光照充足的开阔地带广泛设置。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的一种集成式太阳能发电电解水制氢系统的原理示意图；
[0022]图2为电解水系统示意图。
[0023]其中：101—太阳能池、102—太阳能集热器、103—上对流区、104—非对流区、
105—蓄热区、106—换热器、201—循环泵、202—蒸发器、203—涡轮机、204—发电机、205—冷凝器、301—电解水系统、302—电解槽、303—电解槽隔膜、304—出气口、305—注水口、306—阴极、307—阳极、401—氢气水蒸气分离器、402—氢气储存装置、403—氧气储存装置。
具体实施方式
[0024]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成式太阳能发电电解水制氢系统，其特征在于：包括太阳能集热器、太阳能池循环系统、有机朗肯循环发电系统、电解水系统和集气系统；所述太阳能池和太阳能集热系统用于将太阳能转化为热能，所述有机朗肯循环发电系统利用上述热能产生蒸汽驱动涡轮机发电，所述电解水系统利用电能电解电解液A产生氢气和氧气，所述集气系统用于收集储存电解水所产生的氢气和氧气；所述太阳能池循环系统包括上对流区、非对流区和蓄热区；所述上对流区位于太阳能池循环系统顶部，为低盐度盐水或淡水；所述非对流区位于太阳能池循环系统中部，其盐度梯度自上而下增大，起到保温作用；所述蓄热区位于太阳能池循环系统底部，为高密度的饱和盐水，蓄热区的温度在太阳能池循环系统中最高；所述有机朗肯循环发电系统包括供热单元、循环泵、蒸发器、涡轮机、发电机和冷凝器；所述供热单元由太阳能集热系统与位于太阳能池蓄热区的换热器组成；所述蒸发器利用供热单元的热能加热有机工质，产生高温蒸汽带动涡轮机，涡轮机通过传动装置带动发电机发电；通过涡轮机的低温蒸汽随后进入冷凝器，所述冷凝器与位于太阳能池上对流区中的换热器相连，将蒸汽冷凝，回收有机工质液体；所述电解水系统包括电解槽、电解槽隔膜、催化电极、出气口、进水口；所述电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘吉平，方祝青，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：