一种液流储能联合生物质制氢的系统的制作方法

专利检索2024-11-12  5


本技术涉及开关柜拼装,具体涉及一种液流储能联合生物质制氢的系统。


背景技术:

1、在储能方面,目前得以初步市场化应用的储能技术路径主要分为电化学储能、物理储能和电磁储能三类。物理储能中的蓄水储能和压缩空气储能受到建设周期长和选址困难的限制。电磁储能的容量又太小。在电化学储能中,液流电池具备以下几个特点:首先是扩展性好,液流电池可以根据需求进行灵活的扩展,储能容量可以通过增加电解液的流量来实现。其次是长寿命:相比于传统的锂离子电池,液流电池可以进行上万次充放电循环,且容易维护和更换电解液,因此具有更长的使用寿命。最后是安全性高,液流电池中的电解液不易燃烧,因此在安全性方面优秀,不会出现锂离子电池等发生热失控的情况。因此液流电池在储能方面有广泛的发展潜力。

2、绿氢可以通过电解水和生物质制取。通过太阳能、风力发电的电能电解水制备氢气,其制备过程基本不产生碳排放,但是电解水制氢过程的电能耗是巨大的,目前的技术约需要5 ~ 6kwh的电能生产1nm3的氢气,存大巨大的经济成本负担。生物质资源是一种分布广泛的资源,包括农林废弃物(如枯枝树叶、麦秸秆、 稻草等),造纸、发酵工业产生的有机废液,以及居民生活产生的有机质厨房垃圾等。通过生物质制取的氢是绝对的绿氢,且以生物质可再生能源作为制氢的来源也是一种降低制氢电能耗的方法。一方面,木质纤维素生物质通过光合作用将太阳能储存起来,可在短时间内再生;另一方面,生物质在制氢的转化反应过程中释放出化学能,降低了电能的消耗。专利cn114182294a提出了一种电化学降解生物质精炼有机废弃物产氢的双催化剂体系和方法,可以大幅降低氢气生产的电能消耗。专利202111336320.0和cn106676564a的专利,提供了一种将生物质转化通过电化学方法转化为氢气的方法,制备单位体积氢气的电能耗低于3kwh/nm3。


技术实现思路

1、为了整合风、光电等可再生电能用于适配生物质制氢,需要克服可再生电能的不稳定性,本发明提出了基于风能和太阳能,液流电池储能和生物质直接电解制氢相结合的系统,此系统能够在太阳能或风力发电电网处于高功率输出时,同时对系统的制氢单元和储能单元提供电源;在太阳能或风力发电电网处于低功率输出或无功率输出时,系统储能单元对生物质制氢单元或外电网提供电能,维持系统制氢功能的稳定运行,同时缩小太阳能或风力发电系统的峰谷差,保障电网运行的灵活与稳定的同时可以连续电解产生氢气;液流储能电池在峰谷时可以补充电解产氢所需的电能;在峰顶时可以储能,防止过大的电能供应对制氢系统产生冲击;液流储能电池和电解制氢通过调节系统达到动态联合,起到调峰和储能的效果,实现对不稳定可再生能源的持续、稳定利用。

2、为了实现上述的技术特征,本实用新型的目的是这样实现的:一种液流储能联合生物质制氢的系统,其特征在于:所述系统包括风/光电接入口、交流供电出口、电路转换控制系统、液流电池单元、生物质降解及电解制氢单元、生物质投料口和电解氢气出口;

3、所述风/光电接入口是连接太阳能电或风电的直流入口;风/光电接入口与电路转换控制系统相连并将电能转换为合适的电压和电流;同时,电路转换控制系统的输出端同时连接液流电池单元和生物质降解及电解制氢单元,并将电压和电流按需分别供给连接液流电池单元和生物质降解及电解制氢单元;

4、所述生物质投料口设置在生物质降解及电解制氢单元上并用于生物质物料投放;电解氢气出口设置在生物质降解及电解制氢单元上并用于对所制备的氢气的排出。

5、所述液流电池单元的充电以及生物质降解及电解制氢单元的电解制氢能够分开进行也能够同时进行,由电路转换控制系统根据风、光电接入口的输入功率决定分配,或由人工参数设置分配。

6、所述交流供电出口采用220/380v交流供电出口,220/380v交流供电出口由液流电池单元供电,并经电路转换控制系统中的逆变器转换为统一频率的220v或380v的交流电压,以直接供给负载,或并入供电网。

7、所述220/380v交流供电出口的供电频率为50hz。

8、所述电路转换控制系统包括电压转换及稳压部件、逆变器和控制器;所述电压转换及稳压部件同时与液流电池单元和生物质降解及电解制氢单元电相连并提供稳压电能;所述逆变器与液流电池单元相连并将液流电池单元的电压转换为标准频率的220v或380v交流电压,对外接负载供电;所述控制器同时与电压转换及稳压部件和逆变器相连。

9、所述液流电池单元包括阳极储液罐、输液泵、液流电堆和共用储液罐;所述阳极储液罐通过输液泵与液流电堆相连,液流电堆通过输液泵与共用储液罐相连,共用储液罐的顶部设置有生物质投料口;其中,液流电池单元和生物质降解及电解制氢单元共用同一个共用储液罐。

10、所述生物质降解及电解制氢单元包括电解电堆、阴极储液罐和输液泵,所述电解电堆通过输液泵与共用储液罐相连,电解电堆通过输液泵与阴极储液罐相连,阴极储液罐上接有电解氢气出口。

11、所述阳极储液罐中所用的电解质是含有v4+/v5+离子的硫酸溶液;

12、所述共用储液罐中所用的电解质为具有氧化还原性质的离子中的一种或多种的混合物;

13、所述阴极储液罐中电解液为h3po4或h2so4溶液;

14、阳极储液罐、阴极储液罐及共用储液罐中电解液浓度为0.1-3mol/l。

15、所述共用储液罐中所使用的电解质为[simo12o40]4-、[pmo12o40]3-、[pmo9v3o40]6-、[pmo10v2o40]5-、[pmo11vo40]4-、[simo9v3o40]7-、[simo10v2o40]6-、[simo11vo40]5-、cucl42-、crcl63-、fecl4-中的一种或多种的混合物。

16、当所述系统不使用生物质作为原料制氢,而是直接电解水制氢时,将所述液流电池单元和生物质降解及电解制氢单元采用四个储液罐的结构形式,其中,液流电池单元的阳极储液罐采用v4+/v5+离子的硫酸溶液,液流电池阴极储液罐为v2+/v3+离子的硫酸溶液,浓度为0.1-3mol/l;生物质降解及电解制氢单元的阴极储液罐和电解阳极储液罐储存h3po4、h2so4、naoh或koh溶液中的一种,浓度为1-3mol/l;且阳极储液罐和液流电池阴极储液罐不开口,电解阳极储液罐上开设有氧气溢出口,阴极储液罐开有电解氢气出口。

17、本实用新型有如下有益效果:

18、1、本实用新型系统能够在太阳能或风力发电电网处于高功率输出时,同时对系统的制氢单元和储能单元提供电源;在太阳能或风力发电电网处于低功率输出或无功率输出时,系统储能单元对生物质制氢单元或外电网提供电能,维持系统制氢功能的稳定运行,同时缩小太阳能或风力发电系统的峰谷差,保障电网运行的灵活与稳定的同时可以连续电解产生氢气,进而通过三个电极组成的液流储能和生物质制氢系统,实现调峰、储能及联合生物质制氢的三重目的。

19、2、本实用新型的液流储能电池在峰谷时可以补充电解产氢所需的电能;在峰顶时可以储能,防止过大的电能供应对制氢系统产生冲击;液流储能电池和电解制氢通过调节系统达到动态联合,起到调峰和储能的效果,实现对不稳定可再生能源的持续、稳定利用。

20、3、本实用新型系统可使用不稳定的风、光等可再生电能,维持系统制氢功能的稳定运行,同时缩小太阳能或风力发电系统的峰谷差,保障电网运行的灵活与稳定的同时可以连续电解产生氢气。

21、4、本实用新型系统通过电池与电解池的串、并联,实现不稳定风、光电的合理分配和动态耦合,实现可再生能源的高效利用。


技术特征:

1.一种液流储能联合生物质制氢的系统,其特征在于:所述系统包括风/光电接入口(1)、交流供电出口(2)、电路转换控制系统(3)、液流电池单元(4)、生物质降解及电解制氢单元(5)、生物质投料口(6)和电解氢气出口(7);

2.根据权利要求1所述一种液流储能联合生物质制氢的系统,其特征在于:


技术总结
本技术提供了一种液流储能联合生物质制氢的系统,风/光电接入口是连接太阳能电或风电的直流入口;风/光电接入口与电路转换控制系统相连并将电能转换为合适的电压和电流;电路转换控制系统的输出端同时连接液流电池单元和生物质降解及电解制氢单元;所述生物质投料口设置在生物质降解及电解制氢单元上并用于生物质物料投放;电解氢气出口设置在生物质降解及电解制氢单元上并用于对所制备的氢气的排出。此系统可以在太阳能或风力发电电网处于高功率输出时,同时对系统的制氢单元和储能单元提供电源;在太阳能或风力发电电网处于低功率输出或无功率输出时,系统储能单元对生物质制氢单元或外电网提供电能。

技术研发人员:刘伟,尹新斌,赵永东,廖晓智,张海洋,请求不公布姓名
受保护的技术使用者:上海新伟长储科技有限公司
技术研发日:20231018
技术公布日:2024/5/29
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