一種耦合太陽(yáng)能光熱的高溫電解水制氫系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能和氫能綜合利用領(lǐng)域，具體講涉及一種耦合太陽(yáng)能光熱的高溫電解水制氫系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]氫能是公認(rèn)的清潔能源，作為低碳和零碳能源正在脫穎而出。它重量輕、熱值高、燃燒性能好、無(wú)毒可回收再利用，是優(yōu)質(zhì)的二次能源。但是目前制約氫能大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的重要因素就是還未找到一種廉價(jià)的制氫技術(shù)。而太陽(yáng)能是最普遍一次能源，太陽(yáng)能集熱供熱技術(shù)的運(yùn)行成本很低，完全綠色零排放，將太陽(yáng)能與氫能結(jié)合，開(kāi)發(fā)一種更廉價(jià)的制氫技術(shù)是本發(fā)明所關(guān)注的。
[0003]現(xiàn)有的制氫技術(shù)中，電解水制氫中，電費(fèi)占整個(gè)電解水制氫生產(chǎn)費(fèi)用的80%左右。
[0004]而高溫蒸汽電解制氫技術(shù)采用高溫固體氧化物電解池(SOEC)電解水蒸汽，該技術(shù)具有電能消耗少、尚效、成本$父低等優(yōu)點(diǎn)。為電解池提供800°C以上的尚品質(zhì)熱能，可以由可再生能源或核能實(shí)現(xiàn)，但燃燒化石能源獲得熱能被認(rèn)為并不經(jīng)濟(jì)也不環(huán)保。
[0005]常規(guī)的太陽(yáng)能光熱聚光系統(tǒng)并不能提供穩(wěn)定的熱能，隨著天氣的變化或日落之后，系統(tǒng)就無(wú)法穩(wěn)定、持續(xù)運(yùn)行。
[0006]因此，如何提供一種具有穩(wěn)定熱源并且能夠保證系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的制氫系統(tǒng)，是本領(lǐng)域人員亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明提供一種耦合太陽(yáng)能光熱的高溫電解水制氫系統(tǒng)，該系統(tǒng)無(wú)需耗費(fèi)化石能源，生產(chǎn)過(guò)程更為綠色環(huán)保，并且大幅的減小了耗電量；其提供穩(wěn)定熱源，解決了光熱系統(tǒng)隨天氣變化而不穩(wěn)定的情況，提高了系統(tǒng)的可用性和可靠性，同時(shí)提高了系統(tǒng)的電解效率。
[0008]一種耦合太陽(yáng)能光熱的高溫電解水制氫系統(tǒng)，所述制氫系統(tǒng)包括依次連接的熱能供給模塊，制氫及分離模塊和存儲(chǔ)模塊，所述制氫及分離模塊上設(shè)有直流電源，所述制氫及分離模塊和存儲(chǔ)模塊均與水箱連接；
[0009]所述熱能供給模塊包括依次連接的聚光裝置、集熱裝置、儲(chǔ)熱高溫?zé)峁軗Q熱器和換熱器單元；
[0010]所述集熱裝置安裝在所述聚光裝置的焦點(diǎn)處，所述集熱裝置吸收所述聚光裝置中的熱能，使得所述集熱裝置的內(nèi)部溫度不低于1000°c ;
[0011]所述儲(chǔ)熱高溫?zé)峁軗Q熱器將所述集熱裝置收集到的熱能輸送至所述換熱器單元;
[0012]所述換熱器單元將所述集熱裝置收集的熱能傳輸給所述制氫及分離模塊，加熱所述制氫及分離模塊中的水和氫氣混合物至800°c以上的水蒸汽與氫氣混合物。
[0013]優(yōu)選的，所述換熱器單元為蒸汽換熱器，所述蒸汽換熱器通過(guò)所述儲(chǔ)熱高溫?zé)峁軗Q熱器將所述集熱裝置存儲(chǔ)的熱能傳輸給所述制氫及分離模塊。
[0014]優(yōu)選的，所述換熱器單元包括高溫儲(chǔ)熱裝置和與所述高溫儲(chǔ)熱裝置連接的放熱高溫?zé)峁軗Q熱器；
[0015]所述高溫儲(chǔ)熱裝置通過(guò)所述儲(chǔ)熱高溫?zé)峁軗Q熱器存儲(chǔ)所述集熱裝置中的熱能，并保持其內(nèi)部溫度高于800°C ;
[0016]所述放熱高溫?zé)峁軗Q熱器將所述高溫儲(chǔ)熱裝置存儲(chǔ)的熱能傳輸給所述制氫及分離模塊。
[0017]優(yōu)選的，所述制氫及分離模塊包括高溫固體氧化物電解池和氫氣水蒸汽分離器；
[0018]所述高溫固體氧化物電解池內(nèi)設(shè)有陰極、電解質(zhì)和陽(yáng)極；
[0019]所述高溫固體氧化物電解池上設(shè)有所述直流電源，所述高溫固體氧化物電解池利用所述直流電源提供的電能將高溫水蒸汽電解成為氫氣與氧氣；
[0020]所述氫氣水蒸氣分離器與所述高溫固體氧化物電解池的陰極側(cè)的頂端連接以接收氫氣與水蒸汽的混合物并分離出純氫氣。
[0021 ] 優(yōu)選的，所述存儲(chǔ)模塊包括氫氣冷卻器、氫氣存儲(chǔ)裝置、氧氣冷卻器和氧氣存儲(chǔ)裝置；
[0022]所述氫氣水蒸汽分離器、氫氣冷卻器和氫氣存儲(chǔ)器依次連接；
[0023]所述高溫固體氧化物電解池的陽(yáng)極側(cè)、氧氣冷卻器和氧氣存儲(chǔ)裝置依次連接，所述氧氣冷卻器接收并冷卻所述高溫固體氧化物電解池的陽(yáng)極側(cè)的氧氣；
[0024]所述氫氣冷卻器與所述氧氣冷卻器連接。
[0025]優(yōu)選的，所述換熱單元與所述高溫固體氧化物電解池連接；
[0026]所述換熱單元將熱能傳輸至所述高溫固體氧化物電解池，使所述高溫固體氧化物電解池內(nèi)溫度不低于800°C。
[0027]優(yōu)選的，所述高溫固體氧化物電解池與所述水箱之間連接有給水泵。
[0028]優(yōu)選的，所述氫氣冷卻器和氧氣冷卻器均通過(guò)循環(huán)水泵與所述水箱連接。
[0029]優(yōu)選的，所述聚光裝置為蝶式聚光裝置或塔式聚光裝置。
[0030]優(yōu)選的，所述高溫儲(chǔ)熱裝置采用高溫陶瓷基復(fù)合相變儲(chǔ)熱材料或者高溫陶瓷顯熱儲(chǔ)熱材料。
[0031 ] 從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供了一種耦合太陽(yáng)能光熱的高溫電解水制氫系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括依次連接的熱能供給模塊，制氫及分離模塊和存儲(chǔ)模塊，熱能供給模塊包括依次連接的聚光裝置、集熱裝置、儲(chǔ)熱高溫?zé)峁軗Q熱器和換熱器單元，并加熱制氫及分離模塊中的水和氫氣混合物至800°C以上的水蒸汽與氫氣混合物后，電解分離氫氣和氧氣。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的制氫系統(tǒng)，無(wú)需耗費(fèi)化石能源，生產(chǎn)過(guò)程更為綠色環(huán)保，并且大幅的減小了耗電量；其提供穩(wěn)定熱源，解決了光熱系統(tǒng)隨天氣變化而不穩(wěn)定的情況，提高了系統(tǒng)的可用性，同時(shí)提高了系統(tǒng)的電解效率。
[0032]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果:
[0033]1、本發(fā)明提供的技術(shù)方案，通過(guò)聚光裝置、集熱裝置、儲(chǔ)熱高溫?zé)峁軗Q熱器和換熱器單元的設(shè)置，使得該系統(tǒng)無(wú)需耗費(fèi)化石能源，生產(chǎn)過(guò)程更為綠色環(huán)保，并且大幅的減小了耗電量；其提供穩(wěn)定熱源，解決了光熱系統(tǒng)隨天氣變化而不穩(wěn)定的情況，提高了系統(tǒng)的可用性和可靠性，同時(shí)提高了系統(tǒng)的電解效率。
[0034]2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案，采用太陽(yáng)能光熱聚光系統(tǒng)為電解水系統(tǒng)提供高品質(zhì)熱能，無(wú)需耗費(fèi)化石能源，生產(chǎn)過(guò)程更為綠色環(huán)保。
[0035]3、本發(fā)明提供的技術(shù)方案，高溫儲(chǔ)熱裝置容量根據(jù)制氫系統(tǒng)的熱負(fù)荷需求來(lái)確定，滿足一個(gè)要求全天候連續(xù)工作的系統(tǒng)需要配置15小時(shí)甚至大容量的儲(chǔ)熱系統(tǒng)。高溫相變儲(chǔ)熱系統(tǒng)為固體氧化物電解水制氫系統(tǒng)提供穩(wěn)定熱源，解決了光熱系統(tǒng)隨天氣變化而不穩(wěn)定的情況，提高了系統(tǒng)的可用性。
[0036]4、本發(fā)明提供的技術(shù)方案，耦合了太陽(yáng)能光熱系統(tǒng)為固體氧化物電解水制氫系統(tǒng)提供尚溫?zé)崮埽啾扔诔Ｒ?guī)喊性電解水制氛，系統(tǒng)電解效率提尚20%以上。
[0037]5、本發(fā)明提供的技術(shù)方案，聚光器的形式和面積根據(jù)制氫系統(tǒng)的熱負(fù)荷需求和儲(chǔ)熱裝置容量來(lái)選擇，分布式系統(tǒng)一般采用碟式聚光系統(tǒng)，可以提供50-200kW熱功率；規(guī)?；到y(tǒng)采用塔式聚光系統(tǒng)，可以提供30麗左右的熱功率，滿足了不同形式系統(tǒng)的功率要求，適用性廣泛。
[0038]6、本發(fā)明提供的技術(shù)方案，應(yīng)用廣泛，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說(shuō)明】
[0039]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)要地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0040]圖1是本發(fā)明的一種耦合太陽(yáng)能光熱的高溫電解水制氫系統(tǒng)的連接示意圖。
[0041]圖2是本發(fā)明的制氫系統(tǒng)中的換熱器單元為蒸汽換熱器時(shí)的連接示意圖。
[0042]圖3是本發(fā)明的制氫系統(tǒng)的換熱器單元包括高溫儲(chǔ)熱裝置和放熱高溫?zé)峁軗Q熱器時(shí)的連接示意圖。
[0043]其中，1-聚光裝置、2-集熱裝置、3-儲(chǔ)熱高溫?zé)峁軗Q熱器、4-高溫儲(chǔ)熱裝置、5-放熱高溫?zé)峁軗Q熱器、6-直流電源、7-高溫固體氧化物電解池、8-氫氣水蒸汽分離器、9-氫氣冷卻器、10-氫氣存儲(chǔ)裝置、11-氧氣冷卻器、12-氧氣存儲(chǔ)裝置、13-水箱、14-給水泵、15-循環(huán)水泵、16-陽(yáng)極、17-電解質(zhì)、18-陰極、19-換熱器單元、20-熱能供給模塊、21-制氫及分離模塊、22-存儲(chǔ)模塊、23-蒸汽換熱器。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0045]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種耦合太陽(yáng)能光熱的高溫電解水制氫系統(tǒng)，系統(tǒng)包括依次連接的熱能供給模塊20，制氫及分離模塊21和存儲(chǔ)模塊22，制氫及分離模塊21上設(shè)有直流電源6，制氫及分離模塊21和存儲(chǔ)模塊22均與水箱13連接；
[0046]熱能供給模塊20包括依次連接的聚光裝置1、集熱裝置2、儲(chǔ)熱高溫?zé)峁軗Q熱器3和換熱器單元19 ；
[0047]集熱裝置2安裝在聚光裝置I的焦點(diǎn)處，集熱裝置2吸收聚光裝置I中的熱能，使得集熱裝置2的內(nèi)部溫度不低于1000°C ；
[0