本发明专利技术公开了一种基于线性菲涅尔聚光集热发电装置的SOEC电解水制氢系统，包括SOEC电解水系统和线性菲涅尔聚光集热发电系统，利用SOEC电解水系统电解槽阳极出口的高温气体来预热进入电解槽的空气和氢气，利用SOEC电解水系统电解槽阴极出口的高温气体来加热纯水变为水蒸汽；线性菲涅尔聚光集热发电系统产生的高温水蒸汽供给电解槽进行电解制氢，产生的热量供给电解槽提供热能，产生的电力供给电解槽维持电解槽运行温度；将线性菲涅尔聚光集热发电系统和SOEC电解系统充分结合，提高电解效率，实现SOEC电解水制氢过程中的余热利用，降低氢气纯化装置的电能消耗，提高电解槽对新能源发电功率波动的适应性，从而提高整个系统运行的稳定性。行的稳定性。行的稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种基于线性菲涅尔聚光集热发电装置的SOEC电解水制氢系统
[0001]本专利技术属于电解水制氢领域，具体涉及一种基于线性菲涅尔聚光集热发电装置的SOEC电解水制氢系统。
技术介绍
[0002]近年来，水电解制绿氢技术已成为了一个非常热门的研究方向。在4种水电解制氢技术中，阴离子交换膜水电解制氢技术还处于研究阶段，而碱性水电解制氢技术和阴离子交换膜水电解制氢技术虽然已成熟，但是电能消耗较高。高温固体氧化物电解水制氢(SOEC)技术越来越受到人们的关注，SOEC电解槽为高温电解槽，运行温度一般为750～850℃，其电解的是高温水蒸气。在热力学上，电解水的电能消耗随运行温度升高而降低，如果在SOEC电解水制氢系统中加入余热回收工艺，系统的电能消耗相比于低温电解水系统将减少35％左右。因此，SOEC电解水制氢技术发展潜力巨大，市场前景广阔。
[0003]利用可再生能源发电产生的电力来进行电解水制氢可以实现可再生能源的就地消纳，解决弃风弃光问题。SOEC电解槽运行的温度很高，可以配备大规模的太阳能集热器来为电解槽提供运行所需的热能以维持电解槽的温度，使电解槽的电解效率达到最高。而太阳能发电具有间歇性、随机性和波动性的特点，因此需要良好的储热介质来长时间储存热能，提高太阳能聚光集热发电系统运行的可靠性、连续性和稳定性。在塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔式这四种太阳能聚光集热器中，线性菲涅尔式聚光集热器的成本最低，占地面积小，抗风性好，维修安装方便，经济效益最高。另外，在聚光集热发电系统中，可以采用熔盐作为储热介质，其具有高沸点、低粘度、低蒸汽压力和高体积热的特点，是一种优良的传热储热介质。但是线性菲涅尔式聚光集热器的聚光比较低，在集热器中只能将熔盐加热到550℃左右，高温熔盐无法为SOEC电解槽提供运行所需的高品位热能。
[0004]由于SOEC电解槽运行温度在800℃左右，电解槽出口气体和水蒸汽的温度很高。但在目前的SOEC电解水系统中，这部分热能并没有被充分利用，系统的热能损失大，因此需要有效的余热回收方案来提高整个系统的热能利用率。
[0005]当SOEC电解槽出口氢气中的含氧量比较高时，需要对氢气进行除氧。为了满足氢气纯化装置中的脱氧塔催化剂的工作温度，氢气进入脱氧塔中会被电加热器加热升温，该过程消耗了大量的电能。为了控制脱氧过程中的氢气温度，需要配备一系列配套装置，这也增加过程中的热能损耗，增大了整个制氢系统的成本。
[0006]另外，氢气通常采用分子筛来进行干燥，纯化装置中干燥塔中的分子筛的吸附为物理吸附，当吸附饱和后，需要一段时间进行加热再生才能再次进行吸附，这个过程称为干燥剂的再生过程。当干燥塔处于再生状态时，氢气需被电加热器加热至200℃，使分子筛吸附的水解析出来并带出系统。这个过程也消耗大量电能，降低了系统的经济效益。
[0007]综上所述，现有的SOEC电解水制氢系统存在运行期间热能利用率低，热能损失大，与新能源发电耦合时运行性能差，系统电能消耗严重，同时缺乏有效的方案来维持SOEC电
解槽运行的温度。
技术实现思路
[0008]针对上述现有SOEC电解水制氢技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于线性菲涅尔聚光集热发电装置的SOEC电解水制氢系统，提高能量的利用率，实现了发电、储热和产氢三者的结合，系统运行稳定性和连续性强。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0010]一种基于线性菲涅尔聚光集热发电装置的SOEC电解水制氢系统，包括SOEC电解系统和线性菲涅尔聚光集热发电系统；
[0011]所述SOEC电解水系统通过电解部分水蒸汽得到氢气和氧气，利用SOEC电解水系统电解槽阳极出口的高温气体来预热进入电解槽的空气和氢气，利用SOEC电解水系统电解槽阴极出口的高温气体来加热纯水变为水蒸汽，部分水蒸汽进入电解槽进行电解，部分水蒸汽进入汽轮机做功带动发电机发电；
[0012]所述线性菲涅尔聚光集热发电系统产生的高温水蒸汽供给电解槽进行电解制氢，产生的热量供给电解槽提供热能，产生的电力供给电解槽及外部加热炉共同用维持电解槽运行温度。
[0013]进一步，所述SOEC电解系统包电解槽，电解槽阴极出口依次连接水蒸汽过热器、水预热器、第二冷凝器和气液分离器；电解槽阴极出口的高温蒸汽和氢气的混合物依次经过水蒸汽过热器、水预热器换热降温后进入第二冷凝器进行冷却，第二冷凝器出口的汽水混合物进入气液分离器进行气液分离，气液分离器分离出的氢气进入氢气纯化装置进行纯化，氢气纯化装置出口的氢气进入储氢罐被储存，气液分离器分离出水回到纯水箱；
[0014]所述电解槽的阳极出口依次连接空气预热器和第二水蒸汽发生器，电解槽阳极出口高温氧气依次通过空气预热器和第二水蒸汽发生器换热降温后被排空。
[0015]进一步，包括空气风机，空气风机通过管路与空气预热器连通，空气预热器的空气出口与电解槽的阳极入口连通，外界空气经过空气风机进入空气预热器与电解槽阳极出口的气体进行换热，升温后的空气从电解槽的阳极入口进入电解槽。
[0016]进一步，所述的储氢罐的氢气出口与空气预热器的氢气入口相连接，空气预热器的氢气出口与电解槽阴极入口相连接，储氢罐和空气预热器之间的管路设有控制阀。
[0017]进一步，所述电解槽的电解质为氧化钇稳定氧化锆，阳极为钙钛矿型氧化物材料，阴极为Ni/YSZ多孔金属陶瓷；所述的电解槽位于加热炉的内部，加热炉的内侧有保温层和加热电阻丝。
[0018]进一步，所述的线性菲涅尔聚光集热发电系统包括线性菲涅尔聚光集热器，冷熔盐储罐、线性菲涅尔聚光集热器，热熔盐储罐、第一水蒸汽发生器通过管路依次连通形成热量产生环路，冷熔盐储罐出口的熔盐通过吸收线性菲涅尔聚光集热器反射太阳光的能量后温度升高，高温熔盐通过管路进入热熔盐储罐，热熔盐储罐出口的熔盐通过第一水蒸汽发生器后温度降低，低温熔盐通过管路进入冷熔盐储罐；
[0019]冷却塔出水口经第一给水泵与第一水蒸汽发生器进水口连通，第一水蒸汽发生器蒸汽出口与第一水蒸汽分流器连通，第一水蒸汽分流器出口分成两个支路，第一支路与第一汽轮机蒸汽入口连通，第一汽轮机蒸汽出口与冷却塔蒸汽入口连通，第一汽轮机连接第
一发电机；第一水蒸汽分流器出口第二支路与电解槽阴极入口连通。
[0020]进一步，纯水箱通过补水泵分成两个支路，支路一与第一水蒸汽发生器进水口连通，支路二分成三个分支路，三个分支路分别与第一冷凝器、水预热器和第二冷凝器冷水入口连通，第一冷凝器、水预热器和第二冷凝器冷水出口均与第二水蒸汽发生器进水口连通，第二水蒸汽发生器出水口与水蒸汽过热器蒸汽入口连通，第一冷凝器和第二冷凝器通过管路并联布置。
[0021]进一步，水蒸汽过热器蒸汽出口与第二水蒸汽分流器连通，第二水蒸汽分流器出口分成两个支路，一支路连接电加热器后与电解槽阴极入口连通；另一支路连接第二汽轮机，第二汽轮机蒸汽出口与第一冷凝器蒸汽入口连通，第一冷凝器冷凝水出口经第二给水泵与水预本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于线性菲涅尔聚光集热发电装置的SOEC电解水制氢系统，其特征在于：包括SOEC电解系统和线性菲涅尔聚光集热发电系统；所述SOEC电解水系统通过电解部分水蒸汽得到氢气和氧气，利用SOEC电解水系统电解槽阳极出口的高温气体来预热进入电解槽的空气和氢气，利用SOEC电解水系统电解槽阴极出口的高温气体来加热纯水变为水蒸汽，部分水蒸汽进入电解槽进行电解，部分水蒸汽进入汽轮机做功带动发电机发电；所述线性菲涅尔聚光集热发电系统产生的高温水蒸汽供给电解槽(23)进行电解制氢，产生的热量供给电解槽(23)提供热能，产生的电力供给电解槽(23)及外部加热炉(24)共同用维持电解槽(23)运行温度。2.如权利要求1所述的基于线性菲涅尔聚光集热发电装置的SOEC电解水制氢系统，其特征在于：所述SOEC电解系统包电解槽(23)，电解槽(23)阴极出口依次连接水蒸汽过热器(22)、水预热器(12)、第二冷凝器(15)和气液分离器(14)；电解槽(23)阴极出口的高温蒸汽和氢气的混合物依次经过水蒸汽过热器(22)、水预热器(12)换热降温后进入第二冷凝器(15)进行冷却，第二冷凝器(15)出口的汽水混合物进入气液分离器(14)进行气液分离，气液分离器(14)分离出的氢气进入氢气纯化装置(17)进行纯化，氢气纯化装置(17)出口的氢气进入储氢罐(18)被储存，气液分离器(14)分离出水回到纯水箱(6)；所述电解槽(23)的阳极出口依次连接空气预热器(21)和第二水蒸汽发生器(20)，电解槽(23)阳极出口高温氧气依次通过空气预热器(21)和第二水蒸汽发生器(20)换热降温后被排空。3.如权利要求2所述的基于线性菲涅尔聚光集热发电装置的SOEC电解水制氢系统，其特征在于：包括空气风机(16)，空气风机(16)通过管路与空气预热器(21)连通，空气预热器(21)的空气出口与电解槽(23)的阳极入口连通，外界空气经过空气风机(16)进入空气预热器(21)与电解槽(23)阳极出口的气体进行换热，升温后的空气从电解槽(23)的阳极入口进入电解槽(23)。4.如权利要求2所述的基于线性菲涅尔聚光集热发电装置的SOEC电解水制氢系统，其特征在于：所述的储氢罐(18)的氢气出口与空气预热器(21)的氢气入口相连接，空气预热器(21)的氢气出口与电解槽(23)阴极入口相连接，储氢罐(18)和空气预热器(21)之间的管路设有控制阀(19)。5.如权利要求2
‑
4任一项所述的基于线性菲涅尔聚光集热发电装置的SOEC电解水制氢系统，其特征在于：所述电解槽(23)的电解质为氧化钇稳定氧化锆，阳极为钙钛矿型氧化物材料，阴极为Ni/YSZ多孔金属陶瓷；所述的电解槽(23)位于加热炉(24)的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李印实，李博铮，
申请(专利权)人：陕西清能动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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