一种太阳能离网制氢装置

技术领域

本发明涉及一种制氢装置，特别是一种太阳能离网制氢装置，属于新能源技术领域。

背景技术

我国可再生能源发电与负荷的地理分布不均，远距离外送的技术制约加上可再生能源发电所固有的随机性、季节性，导致弃风、弃光严重。因此，如何解决大规模可再生能源消纳成为实现“双碳目标”必须解决的问题。氢能作为一种未来能源界极具发展潜力的能源，因其热值高、来源多样、储量丰富及适于大容量、长时间存储的特性，被认为是21世纪的“终极能源”。可再生能源制氢为可再生能源的消纳提供了理想的消纳方式。随着可再生能源制氢与氢储运、氢应用技术的不断进步，有望使部分优势地区的可再生能源摆脱电网设施及消纳条件的限制。通过大规模开发风、光等可再生能源电站，以较低的风光电力成本就地制氢，通过氢能储运网络实现输送调配，满足丰富的氢能应用场景需求，这为突破可再生能源发展瓶颈提供了新的思路和空间。

然而可再生能源：如太阳能，受日光照射强度影响较大，具有间歇性和随机性，利用太阳能光伏发电直接离网制氢，会存在制氢稳定性差，制氢设备无法适应光伏波动电源，不仅制氢小时数低且也存在安全隐患，影响系统寿命。因此多数情况下光伏电力先上网，再从电网取电去制氢，但这种方式依然是利用市电制氢，并未真正实现利用太阳能制取氢气。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能离网制氢装置，实现稳定离网制氢。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种太阳能离网制氢装置，包含太阳能集热板、储热罐、蒸汽发生器、储冷罐、分汽缸、汽轮机、蒸汽氢气换热器、蒸汽加热器和制氢单元，太阳能集热板的出液口与储热罐进液口连接，储热罐出液口与蒸汽发生器进液口连接，蒸汽发生器出液口与储冷罐进液口连接，储冷罐出液口与太阳能集热板的进液口连接，蒸汽发生器的蒸汽出口与分汽缸进气口连接，分汽缸第一出气口与汽轮机连接，分汽缸第二出气口与蒸汽氢气换热器的蒸汽进口连接，蒸汽氢气换热器的蒸汽出口与蒸汽加热器进气口连接，蒸汽加热器出气口与制氢单元蒸汽进口连接，制氢单元氢气出口与蒸汽氢气换热器的氢气入口连接。

进一步地，所述蒸汽发生器的进水口与纯水箱的出水口连接，纯水箱的进水口连接原料水。

进一步地，所述汽轮机通过分汽缸第一出气口输入的蒸汽发电并为制氢单元和蒸汽加热器供电。

进一步地，所述制氢单元采用SOEC制氢单元。

进一步地，所述太阳能集热板、储热罐、蒸汽发生器和储冷罐构成的回路内液体介质采用导热油。

进一步地，所述蒸汽氢气换热器的蒸汽出口设置有第一温度计，第一温度计检测蒸汽氢气换热器的蒸汽出口处的蒸汽温度是否小于800℃，若小于，则蒸汽加热器工作将经过蒸汽加热器内的蒸汽加热至大于等于800℃，蒸汽加热器的出气口设置有第二温度计和流量调节阀，第二温度计检测蒸汽加热器的出气口的蒸汽温度是否大于等于800℃，若小于则控制流量调节阀减少蒸汽流量，若大于则控制流量调节阀增大蒸汽流量，若等于则控制流量调节阀流量不变。

进一步地，所述储热罐包含内胆、外壳和补水箱，内胆为球形内胆并且内胆的外壁内设置有真空隔层，内胆的上端设置有进液口，内胆的下端设置有出液口，外壳采用哈弗结构并且外壳由第一半球外壳和第二半球外壳构成，第一半球外壳和第二半球外壳从内胆两侧套设在内胆外侧并且第一半球外壳和第二半球外壳之间密封固定，外壳表面设置有太阳能集热涂层，外壳与内胆外壁之间留有密封间隙且密封间隙内充水，补水箱固定在外壳上端并且补水箱的下端与密封间隙连通。

进一步地，所述外壳底部设置有底座，底座包含上侧圆环支架、下侧圆环支架和若干支撑架，上侧圆环支架和下侧圆环支架水平设置，支撑架的两端分别与上侧圆环支架和下侧圆环支架连接并且若干支撑架沿着上侧圆环支架和下侧圆环支架的周向等间距分布。

进一步地，所述补水箱为斗型箱体，补水箱的上侧设置有可开合的盖板。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、本发明提供了一种太阳能离网制氢装置，将太阳能转化为热能并进行存储，通过光热系统存储太阳能，提高了太阳能的利用率，减少了弃光率；

2、本发明可以减少太阳能波动对制氢单元的影响，能够通过太阳能给制氢单元提供稳定的电源，增加制氢的持续时间，提高了制氢系统的效率和安全性；

3、本发明利用太阳能提供制氢蒸汽，并回收制氢单元的排气余热，大大降低了电解水的耗电量，提高了电解效率。

附图说明

图1是本发明的太阳能离网制氢装置的示意图。

图2是本发明的储热罐的剖视图。

具体实施方式

为了详细阐述本发明为达到预定技术目的而所采取的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本发明的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明的一种太阳能离网制氢装置，包含太阳能集热板1、储热罐2、蒸汽发生器4、储冷罐3、分汽缸5、汽轮机8、蒸汽氢气换热器7、蒸汽加热器9和制氢单元10，太阳能集热板1的出液口与储热罐2进液口连接，储热罐2出液口与蒸汽发生器4进液口连接，蒸汽发生器4出液口与储冷罐3进液口连接，储冷罐3出液口与太阳能集热板1的进液口连接，蒸汽发生器4的蒸汽出口与分汽缸5进气口连接，分汽缸5第一出气口与汽轮机8连接，分汽缸5第二出气口与蒸汽氢气换热器7的蒸汽进口连接，蒸汽氢气换热器7的蒸汽出口与蒸汽加热器9进气口连接，蒸汽加热器9出气口与制氢单元10蒸汽进口连接，制氢单元10氢气出口与蒸汽氢气换热器7的氢气入口连接。制氢单元10的氧气出口与氧气收集装置连接，蒸汽氢气换热器7的氢气出口与氢气收集装置连接。

蒸汽发生器4的进水口与纯水箱6的出水口连接，纯水箱6的进水口连接原料水。原料水在纯水箱6中过滤为纯水并未蒸汽发生器4提供纯水产生蒸汽，纯水箱6对原料水进行提纯，可以减少后续水蒸气对设备的腐蚀。

汽轮机8通过分汽缸5第一出气口输入的蒸汽发电并为制氢单元和蒸汽加热器供电。

制氢单元10采用SOEC制氢单元。

太阳能集热板1、储热罐2、蒸汽发生器4和储冷罐3构成的回路内液体介质采用导热油，导热油能够被太阳能集热板加热的温度更高，而且能够相对于水更长时间对热能进行存储。

蒸汽氢气换热器7的蒸汽出口设置有第一温度计，第一温度计检测蒸汽氢气换热器7的蒸汽出口处的蒸汽温度是否小于800℃，若小于，则蒸汽加热器9工作将经过蒸汽加热器9内的蒸汽加热至大于等于800℃，蒸汽加热器9的出气口设置有第二温度计和流量调节阀，第二温度计检测蒸汽加热器9的出气口的蒸汽温度是否大于等于800℃，若小于则控制流量调节阀减少蒸汽流量，若大于则控制流量调节阀增大蒸汽流量，若等于则控制流量调节阀流量不变。

储热罐2包含内胆11、外壳12和补水箱13，内胆11为球形内胆并且内胆11的外壁内设置有真空隔层14，真空隔层14使内胆11具有良好的保温效果，使内胆11内的导热油能够长久地存储热量。内胆11的上端设置有进液口15，内胆11的下端设置有出液口16，外壳12采用哈弗结构并且外壳12由第一半球外壳和第二半球外壳构成，第一半球外壳和第二半球外壳从内胆11两侧套设在内胆11外侧并且第一半球外壳和第二半球外壳之间通过密封圈和螺栓密封固定，外壳12表面设置有太阳能集热涂层，外壳12与内胆11外壁之间留有密封间隙17且密封间隙17内充水，补水箱13固定在外壳12上端并且补水箱13的下端与密封间隙17连通。太阳能集热涂层主要集中在外壳12的上半部分，外壳12的下半部分由于很难被阳光照射到，可以不涂覆太阳能集热涂层，通过太阳能集热涂层对太阳能进行高效吸收，并且吸收的太阳能直接经过太阳能集热涂层转化为热量对密封间隙17内的水进行加热，由于储热罐2本身是需要占用一定的空间的，我们在储热罐的外侧涂覆太阳能集热涂层，可以将储热罐2本身空间的太阳能利用起来，并且可以将储热罐2的外壳12加热，从而降低内胆11内的导热油与外部的温度差，进一步减少内胆11内导热油的温度流失速度，提高储热罐2的储热效果。

外壳12底部设置有底座18，底座18包含上侧圆环支架、下侧圆环支架和若干支撑架，上侧圆环支架和下侧圆环支架水平设置，支撑架的两端分别与上侧圆环支架和下侧圆环支架连接并且若干支撑架沿着上侧圆环支架和下侧圆环支架的周向等间距分布。

补水箱13为斗型箱体，补水箱13的上侧设置有可开合的盖板。

本发明的一种太阳能离网制氢装置的工作原理为：太阳能集热板1在有阳光照射的时候，将太阳能转化为热能对其内的导热油进行加热，加热后的导热油在储热罐内进行热能存储。储热罐内的导热油输送到蒸汽发生器内产生蒸汽，剩下的降温后的导热油则回到储冷罐内暂存，供太阳能集热板循环使用。蒸汽发生器产生的蒸汽分成两路，一路蒸汽输入到汽轮机中进行发电，发电产生的电能供SOEC制氢单元和蒸汽加热器使用。另一路蒸汽则进入到蒸汽氢气换热器中，与SOEC制氢单元产生的高温蒸汽进行换热，SOEC制氢单元为高温电解的制氢装置，其产出的氢气温度高于蒸汽发生器产出的蒸汽的温度，通过换热器将氢气中的余热进行回收从而对蒸汽进行预热，然后预热后的蒸汽再经过蒸汽加热器加热到800℃以上并送入到制氢单元中进行制氢。

本发明提供了一种太阳能离网制氢装置，将太阳能转化为热能并进行存储，通过光热系统存储太阳能，提高了太阳能的利用率，减少了弃光率；本发明可以减少太阳能波动对制氢单元的影响，能够通过太阳能给制氢单元提供稳定的电源，增加制氢的持续时间，提高了制氢系统的效率和安全性；本发明利用太阳能提供制氢蒸汽，并回收制氢单元的排气余热，大大降低了电解水的耗电量，提高了电解效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。