一種新能源電解儲(chǔ)能裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及能量轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新能源電解儲(chǔ)能裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)入21世紀(jì)，人們對(duì)能源、環(huán)境、氣候變化，能源安全和環(huán)境保護(hù)日益關(guān)注。首先，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)電力需求的增加，電力生產(chǎn)將消耗更多的化石能源。然而，地球上可開(kāi)采的化石能源是有限的，化石能源的枯竭成為了一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題。再者，大量燃燒化石燃料導(dǎo)致了大量污染物的排放，使溫室效應(yīng)日益嚴(yán)重，例如有的地區(qū)出現(xiàn)的霧霾。從能源可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，大力接納新能源發(fā)電，推進(jìn)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型是當(dāng)務(wù)之急。然而新能源發(fā)電特別是風(fēng)電和光伏發(fā)電具有隨機(jī)性、間歇性等特點(diǎn)，其接入電網(wǎng)會(huì)帶來(lái)電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)等電能質(zhì)量問(wèn)題，甚至可能影響到電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，所以必須配合儲(chǔ)能系統(tǒng)以適應(yīng)新能源發(fā)電的運(yùn)行特性。
[0003]可再生能源正由輔助能源轉(zhuǎn)為主導(dǎo)能源，新型儲(chǔ)能技術(shù)是可再生能源普及應(yīng)用的核心技術(shù)，常用的儲(chǔ)能技術(shù)主要包括三方面:一是物理儲(chǔ)能(包括抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等)，抽水蓄能儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能主要用于電力調(diào)峰和系統(tǒng)備用，然而其儲(chǔ)能密度低，建設(shè)受地形制約，選址困難，投資大，建設(shè)周期長(zhǎng)；飛輪儲(chǔ)能適用于電網(wǎng)調(diào)頻和電能質(zhì)量保障，屬于功率儲(chǔ)能，能量密度比較低；二是電磁儲(chǔ)能(包括超導(dǎo)儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能等)，屬于功率型儲(chǔ)能，適用于短時(shí)間提供功率，不能長(zhǎng)時(shí)間供電，多用于短期供電和提高電能質(zhì)量；三是電化學(xué)儲(chǔ)能(包括鉛酸電池、鋰電池、釩電池和鈉流電池等)，由于其使用方便、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為了研究熱點(diǎn)。國(guó)家電網(wǎng)在張北為配合新能源入網(wǎng)建立了 20MW的電化學(xué)電池儲(chǔ)能的示范工程。然而這些化學(xué)電池都有各自的局限性:污染嚴(yán)重，特別是鉛酸電池；能量密度較低；存在自放電現(xiàn)象，長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能會(huì)有電能的流失；充放電次數(shù)和充放電的深度成反比，其壽命和充放電循環(huán)次數(shù)及深度有關(guān)；價(jià)格相對(duì)昂貴，當(dāng)擴(kuò)容一倍，造價(jià)增加不止一倍。鑒于這些局限性，亟需尋找綠色無(wú)污染、能量密度高、放電次數(shù)無(wú)限制，壽命長(zhǎng)以及對(duì)地理?xiàng)l件要求不高的新型儲(chǔ)能技術(shù)，補(bǔ)充現(xiàn)有儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)。氫儲(chǔ)能被認(rèn)為是極具潛力的未來(lái)新型大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。氫儲(chǔ)能是可持續(xù)、環(huán)保的長(zhǎng)期儲(chǔ)能技術(shù)，在能源危機(jī)以及環(huán)境不斷惡化的背景下氫儲(chǔ)氫受到了世界各國(guó)的關(guān)注。在氫儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用方面，歐洲有多個(gè)配合新能源接入使用的氫儲(chǔ)能系統(tǒng)的示范項(xiàng)目:為提升可再生能源消納能力，德國(guó)推進(jìn)PTG(Power to Gas)項(xiàng)目；為提尚光伏發(fā)電利用率，滿(mǎn)足晚尚峰用電需求，法國(guó)科西菊島MYRTE項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了氫儲(chǔ)能配合新能源接入的示范應(yīng)用；為解決新能源高滲透率下的問(wèn)題，意大利普利亞地區(qū)的INGRID項(xiàng)目計(jì)劃配備39Mffh的氫儲(chǔ)能系統(tǒng)等。
[0004]目前，關(guān)于新能源電解儲(chǔ)能的專(zhuān)利技術(shù)有CN200910090726.8號(hào)中國(guó)專(zhuān)利，該專(zhuān)利公披露了一種太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)及太陽(yáng)能氫蓄能裝置，其中的氫儲(chǔ)能裝置包括設(shè)置有氫氣集氣室的電解槽，電解槽內(nèi)的電極與太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備輸出的直流電連接，電解槽內(nèi)的電解液在直流電的作用下產(chǎn)生氫氣，氫氣存儲(chǔ)在與氫氣集氣室連通的氫氣存儲(chǔ)器內(nèi)。
[0005]CN201210029959.9號(hào)專(zhuān)利公布了一種風(fēng)力發(fā)電制氫儲(chǔ)能供氫和后備發(fā)電裝置，該裝置包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、電源變換制氫控制器、中高壓電解水制氫機(jī)、儲(chǔ)氫罐、氫發(fā)電裝置、減壓閥，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端與電源變換制氫控制器輸入端聯(lián)接，電源變換制氫控制器輸出端接中高壓電解水制氫機(jī)電源輸入端，中高壓電解水制氫機(jī)所產(chǎn)的氫氣直接充入可承受同樣壓強(qiáng)的儲(chǔ)氫罐，儲(chǔ)氫罐出口通過(guò)管道接入氫發(fā)電裝置供電給用戶(hù)電器。另一件CN201110441232.7號(hào)專(zhuān)利公布了一種新型高效的太陽(yáng)能光伏-氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，它包括系統(tǒng)動(dòng)力源太陽(yáng)能光伏電池、功率分配器、直流負(fù)載和由電解槽、儲(chǔ)氫罐、燃料電池組成的儲(chǔ)能再發(fā)電裝置。
[0006]從公開(kāi)的上述現(xiàn)有技術(shù)和應(yīng)用中的已有技術(shù)的現(xiàn)狀顯露出它們的新能源電解儲(chǔ)能系統(tǒng)存在效率低下，一般新能源電力-制氫-發(fā)電的整體效率低于40%，而且成本高昂，這無(wú)疑限制了新能源電力電解儲(chǔ)能的大規(guī)模應(yīng)用。新能源電解儲(chǔ)能存在低效、高成本的商業(yè)化障礙主要是由于以下技術(shù)問(wèn)題:1)電解裝置的電解效率低；2)氫發(fā)電效率低；3)電解裝置與發(fā)電裝置為獨(dú)立設(shè)備，分開(kāi)運(yùn)行；4)電解裝置或發(fā)電裝置采用Pt等貴金屬作為催化劑。為克服目前新能源電解制氫儲(chǔ)能的上述技術(shù)問(wèn)題，需要提供一種高效、低成本的新能源電解儲(chǔ)能裝置。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種新能源電解儲(chǔ)能裝置，替代了傳統(tǒng)制氫儲(chǔ)能中的電解裝置和燃料電池發(fā)電裝置，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，降低了經(jīng)濟(jì)成本。
[0008]本實(shí)用新型的目標(biāo)是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]—種新能源電解儲(chǔ)能裝置，包括:可再生固體氧化物燃料電池、相變儲(chǔ)能裝置、新能源發(fā)電裝置、功率適配器、燃料罐和水箱；所述新能源發(fā)電裝置、功率適配器和可再生固體氧化物燃料電池依次連接后接入電網(wǎng)；所述可再生固體氧化物燃料電池分別與燃料罐、相變儲(chǔ)能裝置和水箱相互連接。
[0010]優(yōu)選的，所述可再生固體氧化物燃料電池為用于高溫電解制取燃料與燃料高溫發(fā)電的電池；
[0011]所述新能源發(fā)電裝置為將新能源和一次能源轉(zhuǎn)化為電力的電池；
[0012]所述功率適配器為將所述新能源發(fā)電裝置輸出的新能源電力轉(zhuǎn)化為適用于所述可再生固體氧化物燃料電池電解的直流電的電池；
[0013]所述相變儲(chǔ)能裝置為管理該新能源電解儲(chǔ)能裝置運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量的裝置；
[0014]所述燃料罐為儲(chǔ)存可再生固體氧化物燃料電池電解制備的H2、C0和/或CH4燃料的燃料罐；
[0015]所述水箱為可再生固體氧化物燃料電池電解提供水源和收集可再生固體氧化物燃料電池發(fā)電產(chǎn)生的水，形成新能源電解儲(chǔ)能裝置的獨(dú)立水源的水箱。
[0016]優(yōu)選的，新能源熱能通過(guò)熱力管道與所述相變儲(chǔ)能裝置的輸入端相接，所述相變儲(chǔ)能裝置的輸出端與可再生固體氧化物燃料電池的輸入端連接以向可再生固體氧化物燃料電池提供高溫蒸汽和電解反應(yīng)所需熱能；所述可再生固體氧化物燃料電池的輸出端連接燃料罐的輸入端。
[0017]優(yōu)選的，所述可再生固體氧化物燃料電池的輸出端與所述相變儲(chǔ)能裝置的輸入端連接以輸出高溫發(fā)電產(chǎn)生的廢熱。
[0018]優(yōu)選的，所述相變儲(chǔ)能裝置包含一個(gè)利用液態(tài)水制高溫蒸汽的加熱水箱；所述加熱水箱和所述水箱相互連接，共同向所述可再生固體氧化物燃料電池的電極側(cè)通入水蒸汽或者水蒸汽與C02的混合物。
[0019]優(yōu)選的，所述水箱通過(guò)可再生固體氧化物燃料電池與燃料罐相接。優(yōu)選的，所述水箱通過(guò)可再生固體氧化物燃料電池與燃料罐相接。
[0020]與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案具有以下有益效果:
[0021]1)本實(shí)用新型提供的可再生固體氧化物燃料電池具有電化學(xué)還原制取燃料和燃料高效發(fā)電的雙功能，可以替代傳統(tǒng)制氫儲(chǔ)能中的電解裝置和燃料電池發(fā)電裝置，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，降低了成本。
[0022]本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案采用該裝置可使電解效率接近100%，而傳統(tǒng)制氫儲(chǔ)能電解裝置低于70%，對(duì)新能源電力的損耗小，能最大化地通過(guò)燃料化學(xué)能的方式儲(chǔ)存新能源電力；另一方面可再生固體氧化物燃料電池的發(fā)電效率可高達(dá)80%，能實(shí)現(xiàn)高效發(fā)電；可再生固體氧化物燃料電池使用全陶瓷材料結(jié)構(gòu)，成本極為低廉；而且不僅能制取H2，還能制取C0、CH4等多種燃料，這些燃料與終端用戶(hù)能源使用兼容性好；
[0023]2)本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案采用相變儲(chǔ)能裝置對(duì)新能源儲(chǔ)能裝置進(jìn)行熱管理，能實(shí)現(xiàn)可再生固體氧化物燃料電池可靠穩(wěn)定運(yùn)行，極大地優(yōu)化新能源電解儲(chǔ)能裝置的能量綜合利用效率；
[0024]3)本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案采用自給給足獨(dú)立水源方案，有利于減小系統(tǒng)的日常維護(hù)。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本實(shí)用新型新能源電解儲(chǔ)能裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]如圖1所示，一種新能源電解儲(chǔ)能裝置，包括:可再生固體氧化物燃料電池、相變儲(chǔ)能裝置、新能源發(fā)電裝置、功率適配器、燃料罐和水箱；所述新能源發(fā)電裝置、功率適配器和可再生固體氧化物燃料電池依次連接接入電網(wǎng)；所述可再生固體氧化物燃料電池分別與燃料罐、相變儲(chǔ)能裝置和水箱相互連接。
[0028]可再生固體