水力发电-电解系统技术方案

本发明专利技术涉及至少一种电解产物

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】水力发电
‑
电解系统


[0001]本专利技术涉及至少一种电解产物的产生，特别地涉及水力发电
‑
电解系统
、
水力发电厂和用于产生至少一种电解产物的方法
。

技术介绍

[0002]电解是一种众所周知的电化学方法，其中，利用直流电
(
电流
)DC
驱动其他非自发的化学反应
。
电解作为应对气候变化的因素最近受到了关注，因为它可以用于所谓的“给
……
供电”的过程
。
在这些过程中，电能通常用于经由电解将供应介质
(
比如水或
CO2)
转化为化学能
。
含有这种能量的电解产物的范围从例如氢气
H2(
副产物为
O2)
到小的碳氢化合物
、
像甲烷
CH4(
也称为“合成天然气”SNG
或处于其液体形式的合成
LNG)、
乙烯
C2H4
或乙醇
C2H5OH
到氨
NH3
或一氧化碳
CO。
这些分子可以用作例如用于飞机
、
船舶
、
汽车或其他车辆或发电机的燃料，或者用作用于化学工业的原料
。
[0003]目前建立的工业程序产生可再生电能，经由电力
(
公共
)
电网将该能量输送至电解装置，并且然后从供应介质
、
例如水
H2O、
二氧化碳
CO2
或氮气
N2
中生产这些电解产物
。
该程序提供了可再生能源发电和电解产物的产生的一定空间解耦的优点
。
[0004]从
US2004/066043 A1
已知一种构造成用于大规模氢气生产的涡轮机装置
。
涡轮机装置包括由水力涡轮机驱动的发电机和电耦合至发电机的电解装置
。
从
US2011/110797 Al、CN 112 144 071A、US2018/371627 Al
和
CN 102 433 864A
中也已知类似的构型
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是改善电解产物的产生，特别地提高该过程的效率
、
简化中间电气部件以及
/
或者降低总成本
。
[0006]该目的通过根据独立权利要求的水力发电
‑
电解系统
、
氢发电厂和用于产生至少一种电解产物的方法来解决
。
[0007]本专利技术的优选实施方式受制于从属权利要求和以下描述
。
[0008]本专利技术的第一方面涉及水力发电
‑
电解系统
。
水力发电
‑
电解系统包括电解组件和水力发电组件
。
电解组件包括多个电解槽，电解槽构造成在提供直流电流时从供应介质中产生至少一种电解产物
。
水力发电组件例如经由对应的接口部件直接电连接至电解组件，以用于基于由水力发电组件产生的电力来操作电解组件的电解槽
。
此外，电力调节组件被电力地布置在水力发电组件与电解组件之间，该电力调节组件构造成调节向电解组件的电能提供
。
[0009]水力发电组件可以构造成产生直流电流或转换成直流电流的交流电流，交流电流优选地在现场转换成直流电流
。
[0010]本专利技术的一方面基于直接使用来自水贮存器的水的动能进行电解的方法，如果在电解过程中使用水作为供应介质，则这是特别有利的
。
其中，水力发电组件优选地包括至少一个水力涡轮机和至少一个发电机，所述至少一个水力涡轮机用于将水的动能转换成机械
能，所述至少一个发电机用于将该机械能转换成电压和电流
、
特别是
AC
电流或
DC
电流
。
将水力发电组件与用于电解的电解组件直接耦合是特别有利的，因为水力发电组件通常具有高负载系数
、
即每天操作时间长
。
将水力发电组件与电解组件直接耦合相应地允许向电解组件的电解槽连续供应电力
。
这可以增强电解槽的稳态操作并由此增加它们的寿命，以及由于更好的设备利用率而降低所生产的电解产物的成本
。
[0011]水力发电
‑
电解系统优选地构造成利用由水力发电组件产生的电压和
/
或电流直接操作电解组件
。
换句话说，水力发电组件例如经由对应的接口部件有利地直接电耦合至电解组件
。
对应的电耦合件优选地构造成将由水力发电组件产生的直流电流
(DC)
直接传输至电解组件，或者将由水力发电组件产生的交流电流
(AC)
转换为直流电流
(DC)
并将直流电流提供给电解组件
。
例如，水力发电组件可以包括整流器，该整流器用于向电解组件提供直流电流
。
替代性地或附加地，水力发电组件可以包括变压器，该变压器用于将交流电流转换成适于电解组件的操作的电压水平
。
这意味着无需将所产生的电流转换成适于经由电网传输的高压交流电流，并且
/
或者无需在水力发电组件与电解组件之间对对应的电压进行显著
(
例如大于
10
倍
)
的转换
。
对应地，与经由电网将电能传输至电解槽的传统解决方案相比，向电解组件提供电能变得更加简单且有效
。
例如，可以减少为电解组件供应电能所需的部件的数目
。
此外，可以避免或至少最小化电流
/
电压转换造成的能量损失
。
这允许提高效率
。
[0012]包括多个电解槽的电解组件可以构造为电解装置
、
特别是工业电解装置
。
每个电解槽优选地包括至少两个电极
、
特别是至少一个负极和至少一个正极，并且可以被供应有供应介质
、
例如水
H2O、
二氧化碳
CO2
或氮气
N2。
在向电解槽
、
特别是至少两个电极施加直流电流时，可以从供应介质中产生一种或更多种电解产物
。
[0013]当电解组件包括多于
10
个的电解槽
、
特别是
50
个与
1000
个之间的电解槽时是优选的，从而允许电解产物的经济生产
。
有利地，电解槽串联连接，从而允许施加
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种水力发电
‑
电解系统
(1)
，包括：
‑
电解组件
(2)
，所述电解组件
(2)
包括多个电解槽，所述电解槽构造成在提供直流电流时从供应介质
(8)
中产生至少一种电解产物
(7)
；
‑
水力发电组件
(3)
，所述水力发电组件
(3)
直接电连接至所述电解组件
(2)
，以用于基于由所述水力发电组件
(3)
产生的电力操作所述电解组件
(2)
的所述电解槽；以及
‑
电力调节组件，所述电力调节组件电力地布置在所述水力发电组件
(3)
与所述电解组件
(2)
之间，所述电力调节组件构造成调节对所述电解组件
(2)
的电能提供
。2.
根据权利要求1所述的水力发电
‑
电解系统
(1)
，其中，所述水力发电组件
(3)
位于所述电解组件
(2)
附近，特别地在小于
10km、
优选地小于
5km、
特别地小于
1000m
的范围内
。3.
根据权利要求1或2所述的水力发电
‑
电解系统
(1)
，其中，所述电力调节组件包括
DC
调节组件
(6)
，所述
DC
调节组件
(6)
电力地布置在所述水力发电组件
(3)
与所述电解组件
(2)
之间，所述
DC
调节组件
(6)
配置成调节施加至所述电解组件
(2)
的电压水平和
/
或电流水平
。4.
根据前述权利要求中的任一项所述的水力发电
‑
电解系统
(1)
，其中，所述电力调节组件包括
AC
调节组件，所述
AC
调节组件电力地布置在所述水力发电组件
(3)
与所述电解组件
(2)
之间，所述
AC
调节组件配置成调节由所述水力发电组件
(3)
产生的交流电的在转换成直流电以用于提供给所述电解组件
(2)
之前的交流电的电压水平和
/
或电流水平和
/
或频率水平
。5.
根据前述权利要求中的任一项所述的水力发电
‑
电解系统
(1)
，其中，所述电力调节组件包括控制单元，所述控制单元构造成根据预先限定的目标函数来调节电压和
/
或电流的量和
/
或电流的频率
。6.
根据前述权利要求中的任一项所述的水力发电
‑
电解系统
(1)
，包括多个电解单元
(13)
，每个电解单元
(13)
包括电解组件
(2)
，其中，所述水力发电组件
(3)
包括多个水力发电单元
(14)
，每个水力发电单元
(14)
包括水力涡轮机
(4)
和联接至所述水力涡轮机
(4)
的发电机
(5)
，所述水力发电单元
(14)
中的至少一个水力发电单元
(14)
电连接至所述电解单元
(13)
中的一个或更多个电解单元
(13)。7.
根据权利要求1至5中的任一项所述的水力发电
‑
电解系统
(1)
，包括多个电解单元
(13)
，每个电解单元
(13)
包括电解组件
(2)
，其中，所述水力发电组件
(3)
包括具有多个电抽头的发电机
(5)
，每个抽头电连接至所述电解单元
(13)...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克西米利安，
申请(专利权)人：西门子能源全球有限两合公司，
类型：发明
国别省市：