本發(fā)明涉及氫氣制造領域，尤其涉及電解制氫與火電廠靈活性調(diào)峰領域。
背景技術：
近年來，在中國三北地區(qū)電力市場容量富裕，燃機、抽水蓄能等可調(diào)峰電源稀缺，電網(wǎng)調(diào)峰與火電機組靈活性之間矛盾突出，電網(wǎng)消納風電、光電及核電等新能源的能力不足，棄風現(xiàn)象嚴重。熱電聯(lián)產(chǎn)機組“以熱定電”方式運行，調(diào)峰能力僅為10%左右。調(diào)峰困難已經(jīng)成為電網(wǎng)運行中最為突出的問題。目前國內(nèi)火電靈活性調(diào)峰改造均針對冬季供熱機組，夏季如何調(diào)峰是擺在眾多火電廠面前的一個難題。為了滿足電網(wǎng)調(diào)峰需求，以及電廠在激烈競爭中的生存需要，深度調(diào)峰勢在必行。
目前中國氫氣年產(chǎn)量已逾千萬噸規(guī)模，位居世界第一。工業(yè)規(guī)模的制氫方法主要包括甲烷蒸汽重整和電解水制氫，其中電解水制氫的產(chǎn)量約占世界氫氣總產(chǎn)量4％。盡管甲烷蒸汽重整是目前最經(jīng)濟的制氫方法，但其在生產(chǎn)過程中不僅消耗大量化石燃料，而且產(chǎn)生大量二氧化碳。電解水制氫工藝過程簡單，產(chǎn)品純度高，通過采用可再生能源作為能量來源，可現(xiàn)氫氣的高效、清潔、大規(guī)模制備，該技術也可以用于co2的減排和轉化，具有較為廣闊的發(fā)展前景。特別是氫能應用的燃料電池汽車是唯一能夠全面達到汽車性能指標的環(huán)保車型，最大社會意義是代替石油和常規(guī)鋰電池汽車的電池處理和污染問題，氫燃料電池汽車的優(yōu)點確實很多，由于真正做到了有害氣體零排放，遠比油電混合動力、天然氣、乙醇、生物柴油等環(huán)保效果為好；由于燃料電池汽車以電解水代替石油，成本低、資源廣、有助于克服石油危機；從科學技術上講，發(fā)現(xiàn)和利用質子膜使氫氣中的電子分離，是無公害發(fā)電的重大成就。
目前的電解水制氫方法主要有三種：堿性電解水制氫，固體聚合物電解水制氫，及高溫固體氧化物電解水制氫。堿性電解水制氫是目前非常成熟的制氫方法，目前為止，工業(yè)上大規(guī)模的電解水制氫基本上都是采用堿性電解制氫技術，該方法工藝過程簡單，易于操作。電解制氫的主要能耗為電能，每立方米氫氣電耗約為4.5～5.5kwh，電費占整個電解制氫生產(chǎn)成本的80％左右。因此，電解水制氫技術特別適用于風力發(fā)電等可再生能源發(fā)電的能源載體。目前很多現(xiàn)有技術利用堿性電解水制氫工藝，如申請?zhí)枮?00910027704.7的專利介紹了一種新型的中高壓純水水電解制氫系統(tǒng)。但這些現(xiàn)有發(fā)明和技術沒有將電解制氫系統(tǒng)與火電廠的靈活性調(diào)峰和冷卻水系統(tǒng)結合，而且產(chǎn)出的氫氣僅用鋼瓶壓縮運輸，無法大型化生產(chǎn)。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種火電廠電力通過電解池制氫系統(tǒng)，通過將電解制氫與火電廠的靈活性調(diào)峰相結合，間接利用大型風電、光伏等清潔能源電能來電解制氫，可以全年四季解決棄風、棄光、棄水、棄核等棄用清潔能源發(fā)電問題，為電網(wǎng)提供寶貴的調(diào)峰負荷，同時，生產(chǎn)的氫能可以方便的存儲和運輸，也可以直接混入現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)或直接對外銷售，增加現(xiàn)有火力發(fā)電廠的經(jīng)營效益，擴展其未來的生存空間。
本發(fā)明解決上述技術問題所采用的方案是，一種利用火電廠電力通過電解池制氫系統(tǒng)，包括電網(wǎng)調(diào)峰控制系統(tǒng)、送變電及供電系統(tǒng)、電解水制氫系統(tǒng)、氫氣收集凈化及對外輸送系統(tǒng)、冷卻水余熱回收系統(tǒng)、電解池高溫蒸汽供應系統(tǒng)、純凈水制備及補水系統(tǒng)，其特征在于：所述送變電及供電系統(tǒng)是在電廠出線母線上新增一個間隔，所述間隔設置電開關，所述電開關通過輸電電網(wǎng)與降壓變壓器和逆變器連接，降壓變壓器和逆變器另一端與電解水制氫系統(tǒng)連接；所述電解水制氫系統(tǒng)包括堿性水溶液電解制氫裝置、固體聚合物電解制氫裝置、高溫固體氧化物電解制氫裝置中的至少一種。
優(yōu)選的是，所述電網(wǎng)調(diào)峰控制系統(tǒng)包括電網(wǎng)調(diào)度中心和電廠集控中心，電網(wǎng)調(diào)度中心通過上網(wǎng)電量使用情況進行實時調(diào)度，將調(diào)度信號傳輸給電廠集控中心，電廠集控中心下達電網(wǎng)調(diào)峰指令，通過控制所述送變電及供電系統(tǒng)的電開關進行電網(wǎng)調(diào)峰，電解水制氫系統(tǒng)的供電量由電廠集控中心控制。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述冷卻水余熱回收系統(tǒng)包括鍋爐、汽輪機、凝汽器、低壓加熱器、除氧器、高壓加熱器、三通閥門與管道；所述凝汽器出口與凝結水管路連接。
上述任一方案優(yōu)選的是，汽輪機乏汽經(jīng)過凝結水管路冷凝成凝結水，在三通閥門的第一端連接低壓加熱器，凝結水進入低壓加熱器后利用汽輪機乏汽余熱對凝結水進行加熱，熱水再經(jīng)過除氧器除氧，進入高壓加熱器，最后作為循環(huán)水重新進入鍋爐再利用。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述堿性水溶液電解制氫裝置、固體聚合物電解制氫裝置和高溫固體氧化物電解制氫裝置的冷卻水供水管道分別通過三通閥門與凝結水管路連接，冷卻水源為電廠凝汽器輸出的凝結水；所述堿性水溶液電解制氫裝置的冷卻水出水管道和所述固體聚合物電解制氫裝置的冷卻水出水管道與冷卻水回流管道匯合，制氫裝置中的冷卻水回流到除氧器中。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述堿性水溶液電解制氫裝置由若干個單體電解槽組成，每個電解槽由陰極、陽極、隔膜及電解液構成.
上述任一方案優(yōu)選的是，所述電解液包括氫氧化鉀溶液，濃度為20wt%～30wt%。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述隔膜組成成分包括石棉。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述陰極、陽極組成成分包括金屬合金，所述金屬合金包括雷尼鎳、ni-mo合金，用于分解水，產(chǎn)生氫和氧。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述固體聚合物電解制氫（spe）裝置由若干個單體電解槽組成。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述電解槽以固體聚合物膜為電解質。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述電解池高溫蒸汽供應系統(tǒng)包括主蒸汽旁路、電過熱器、高溫蒸汽輸送管道，所述電過熱器蒸汽入口與主蒸汽旁路連接，所述電過熱器蒸汽出口與高溫蒸汽輸送管道入口連接。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述高溫固體氧化物電解裝置的高溫蒸汽入口與所述高溫蒸汽輸送管道出口連接，所述主蒸汽旁路內(nèi)的高溫蒸汽溫度在500℃左右，高溫蒸汽進入電高溫過熱器，經(jīng)過電高溫過熱器過熱到800℃以上。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述高溫固體氧化物電解制氫（soec）裝置由若干個單體電解池組成。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述高溫固體氧化物電解制氫裝置工作溫度為800～950℃。所述送變電及供電模塊輸出電能和電解池高溫蒸汽供應系統(tǒng)輸出的高溫熱能至高溫固體氧化物電解制氫裝置，在電能和高溫熱能的共同作用下，將水蒸汽電解生成氫氣和氧氣。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述送變電及供電系統(tǒng)還包括火電廠內(nèi)的鍋爐、汽輪機、發(fā)電機和設置在輸電電網(wǎng)的降壓變壓器、逆變器、電開關。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述純凈水制備及補水系統(tǒng)包括電廠化學水處理車間、純凈水制備裝置、補水泵和送水管路。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述電廠化學水處理車間流出的凈化水進入純凈水制備裝置，再經(jīng)補水泵加壓，通過送水管道進入電解水制氫系統(tǒng)。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述氫氣收集凈化及對外輸運系統(tǒng)包括氫氣洗滌罐、氫氣脫水罐、氫氣緩沖罐、燃氣管網(wǎng)摻混裝置、氫氣壓縮和灌裝系統(tǒng)、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述燃氣管網(wǎng)摻混裝置與現(xiàn)有燃氣管網(wǎng)或長距離天然氣輸送管線連接。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述燃氣管網(wǎng)摻混裝置的氫氣摻混比例小于20%。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述氫氣壓縮和灌裝系統(tǒng)包括氫氣瓶和/或撬裝罐車，壓縮后的氫氣可以灌裝入高壓撬裝罐車，或者壓縮灌裝入氫氣瓶，都可用于對外出售。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)包括大型燃料電池發(fā)電廠或車載燃料電池。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述大型燃料電池發(fā)電廠利用氫氣作為燃料產(chǎn)生電能。
上述任一方案優(yōu)選的是，所述車載燃料電池用于以氫能為燃料的燃料電池汽車。
本發(fā)明利用火電廠調(diào)峰電力電解制氫，通過凝結水冷卻堿性電解池提高效率，利用電廠主蒸汽獲得高溫固體電解池的水蒸汽來源。本發(fā)明高效耦合了火電廠與電解制氫工藝，充分利用了電廠調(diào)峰電量，間接減少了棄風、棄光電量，為電網(wǎng)提供寶貴的調(diào)峰負荷。
本發(fā)明通過將電解制氫與火電廠的靈活性調(diào)峰相結合，在非調(diào)峰時段，火電廠所產(chǎn)生的電量經(jīng)過升壓站直接輸送到電網(wǎng)，在峰谷調(diào)峰時段，消耗火電廠的大量電量制氫，增加了清潔能源的上網(wǎng)電量，間接利用大型風電、光伏等清潔能源電能來電解制氫，可以全年四季解決棄風、棄光、棄水、棄核等棄用清潔能源發(fā)電問題，為電網(wǎng)提供寶貴的調(diào)峰負荷，同時，生產(chǎn)的氫能可以方便的存儲和運輸，也可以直接混入現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)或直接對外銷售，增加現(xiàn)有火力發(fā)電廠的經(jīng)營效益，擴展其未來的生存空間。
附圖說明
圖1為按照本發(fā)明的電解制氫與火電廠靈活性調(diào)峰結合的系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的示意圖。
圖示說明：
1-鍋爐，2-汽輪機，3-發(fā)電機，4-電網(wǎng)調(diào)度中心，5-電廠集控中心，6-電網(wǎng)調(diào)峰控制系統(tǒng)，7-升壓站，8-電開關，9-逆變器，10-電過熱器，11-堿性水溶液電解制氫裝置，12-固體聚合物電解制氫裝置，13-高溫固體氧化物電解制氫裝置，14-凝汽器，15-低壓加熱器，16-除氧器，17-高壓加熱器，18-三通閥門，19-凝結水管路，20-主蒸汽旁路，21-高溫蒸汽輸送管道，22-電廠化學水處理車間，23-純凈水制備裝置，24-補水泵，25-送水管路，26-氫氣洗滌罐，27-氫氣脫水罐，28-氫氣緩沖罐，29-燃氣管網(wǎng)摻混裝置，30-氫氣壓縮和灌裝系統(tǒng)，31-燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，32-現(xiàn)有燃氣管網(wǎng)。
具體實施方式
為了更進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容，下面將結合具體實施例對本發(fā)明作更為詳細的描述，實施例只對本發(fā)明具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本領域技術人員在本發(fā)明的基礎上作出的非實質性修改，都應屬于本發(fā)明保護的范圍。
實施例1
如圖1所示，一種利用火電廠電力通過電解池制氫系統(tǒng)，包括電網(wǎng)調(diào)峰控制系統(tǒng)6、送變電及供電系統(tǒng)、電解水制氫系統(tǒng)、氫氣收集凈化及對外輸送系統(tǒng)、冷卻水余熱回收系統(tǒng)、純凈水制備及補水系統(tǒng)，其特征在于：所述送變電及供電系統(tǒng)是在電廠出線母線上新增一個間隔，所述間隔設置電開關8，所述電開關8通過輸電電網(wǎng)與降壓變壓器和逆變器9連接，降壓變壓器和逆變器9另一端與電解水制氫系統(tǒng)連接；所述的電解水制氫系統(tǒng)應用的是固體聚合物電解制氫裝置12。
在本實施例中，所述電網(wǎng)調(diào)峰控制系統(tǒng)6包括電網(wǎng)調(diào)度中心4和電廠集控中心5，電網(wǎng)調(diào)度中心4通過上網(wǎng)電量使用情況進行實時調(diào)度，將調(diào)度信號傳輸給電廠集控中心5，電廠集控中心5下達電網(wǎng)調(diào)峰指令，通過控制所述送變電及供電系統(tǒng)的電開關8進行電網(wǎng)調(diào)峰，電解水制氫系統(tǒng)的供電量由電廠集控中心5控制。
在本實施例中，所述固體聚合物電解制氫裝置12的冷卻水供水管道與所述三通閥門18的第二端凝結水管路19連接，冷卻水源為電廠凝汽器14輸出的凝結水；所述固體聚合物電解制氫裝置12的冷卻水出水管道與冷卻水回流管道匯合，制氫裝置中的冷卻水回流到除氧器16中。
在本實施例中，所述固體聚合物電解制氫spe裝置由若干個單體電解槽組成。
在本實施例中，所述固體聚合物電解制氫裝置12的電解槽以固體聚合物膜為電解質，電解循環(huán)中沒有堿液流失、腐蝕等問題。
在本實施例中，所述送變電及電解池供電系統(tǒng)包括火電廠內(nèi)的鍋爐1、汽輪機2、發(fā)電機3和設置在輸電電網(wǎng)的降壓變壓器、逆變器9。
在本實施例中，所述送變電及電解池供電系統(tǒng)還包括火電廠內(nèi)的鍋爐1、汽輪機2、發(fā)電機3。
在本實施例中，所述純凈水制備及補水系統(tǒng)包括電廠化學水處理車間22、純凈水制備裝置23、補水泵24和送水管路25。
在本實施例中，所述電廠化學水處理車間22流出的凈化水進入純凈水制備裝置23，再經(jīng)補水泵24加壓，通過送水管道進入電解水制氫系統(tǒng)。
在本實施例中，所述氫氣收集凈化及對外輸運系統(tǒng)包括氫氣洗滌罐26、氫氣脫水罐27、氫氣緩沖罐28、燃氣管網(wǎng)摻混裝置29、氫氣壓縮和灌裝系統(tǒng)30、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)31。
在本實施例中，所述燃氣管網(wǎng)摻混裝置29與現(xiàn)有燃氣管網(wǎng)32或長距離天然氣輸送管線連接。
在本實施例中，，所述燃氣管網(wǎng)摻混裝置29的氫氣摻混比例小于20%。
在本實施例中，，所述氫氣壓縮和灌裝系統(tǒng)30包括氫氣瓶和/或撬裝罐車，壓縮后的氫氣可以灌裝入高壓撬裝罐車，或者壓縮灌裝入氫氣瓶，都可用于對外出售。
在本實施例中，所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)31包括大型燃料電池發(fā)電廠或車載燃料電池。
在本實施例中，所述大型燃料電池發(fā)電廠利用氫氣作為燃料產(chǎn)生電能。
在本實施例中，所述車載燃料電池用于以氫能為燃料的燃料電池汽車。
本發(fā)明通過將電解制氫與火電廠的靈活性調(diào)峰相結合，在峰谷調(diào)峰時消耗大量電量制氫，增加了清潔能源的上網(wǎng)電量，間接利用大型風電、光伏等清潔能源電能來電解制氫，可以全年四季解決棄風、棄光、棄水、棄核等棄用清潔能源發(fā)電問題，為電網(wǎng)提供寶貴的調(diào)峰負荷，同時，生產(chǎn)的氫能可以方便的存儲和運輸，也可以直接混入現(xiàn)有天然氣管網(wǎng)或直接對外銷售，增加現(xiàn)有火力發(fā)電廠的經(jīng)營效益，擴展其未來的生存空間。
實施例2
如圖1所示，一種利用火電廠電力通過電解池制氫系統(tǒng)，包括電網(wǎng)調(diào)峰控制系統(tǒng)6、送變電及供電系統(tǒng)、電解水制氫系統(tǒng)、氫氣收集凈化及對外輸送系統(tǒng)、冷卻水余熱回收系統(tǒng)、純凈水制備及補水系統(tǒng)，其特征在于：所述送變電及供電系統(tǒng)是在電廠出線母線上新增一個間隔，所述間隔設置電開關8，所述電開關8通過輸電電網(wǎng)與降壓變壓器和逆變器9連接，降壓變壓器和逆變器9另一端與電解水制氫系統(tǒng)連接；所述的電解水制氫系統(tǒng)包括多個堿性水溶液電解制氫裝置11，所述的堿性水溶液電解制氫裝置11包括氫氧分離電解槽、氫氣氣水分離罐、氫系統(tǒng)加堿罐、氧氣氣水分離罐、氧系統(tǒng)加堿罐、電解液管路、氫氣洗滌罐26及脫水罐、氧氣洗滌罐。
在本實施例中，所述電網(wǎng)調(diào)峰控制系統(tǒng)6包括電網(wǎng)調(diào)度中心4和電廠集控中心5，電網(wǎng)調(diào)度中心4通過上網(wǎng)電量使用情況進行實時調(diào)度，將調(diào)度信號傳輸給電廠集控中心5，電廠集控中心5下達電網(wǎng)調(diào)峰指令，通過控制所述送變電及供電系統(tǒng)的電開關8進行電網(wǎng)調(diào)峰，電解水制氫系統(tǒng)的供電量由電廠集控中心5控制。
在本實施例中，所述冷卻水余熱回收系統(tǒng)包括鍋爐1、汽輪機2、凝汽器14、低壓加熱器15、除氧器16、高壓加熱器17、三通閥門18與管道；所述凝汽器14出口與凝結水管路19連接
在本實施例中，汽輪機2乏汽經(jīng)過凝結水管路19冷凝成凝結水，在三通閥門18的第一端連接低壓加熱器15，凝結水進入低壓加熱器15后利用汽輪機2乏汽余熱對凝結水進行加熱，熱水再經(jīng)過除氧器16除氧，進入高壓加熱器17，最后作為循環(huán)水重新進入鍋爐1再利用。
在本實施例中，所述堿性水溶液電解制氫裝置11中的冷卻水供水管道與所述三通閥門18的第二端凝結水管路19連接，冷卻水源為電廠凝汽器14輸出的凝結水。所述堿性水溶液電解制氫裝置11的冷卻水出水管道與冷卻水回流管道匯合，制氫裝置中的冷卻水回流到除氧器16中。
本實施例中，所述氫氧分離電解槽由陰極、陽極、隔膜及電解液構成。電解槽以碳纖維材料和泡沫金屬網(wǎng)作為基底和電極材料，如碳布、碳紙、泡沫鎳等，得到穩(wěn)定的三維立體納米結構以提高其催化效率，且碳纖維或泡沫鎳直接作為陰極用于催化制氫，形成特殊的無粘合劑電極。
在本實施例中，所述送變電及電解池供電系統(tǒng)包括火電廠內(nèi)的鍋爐1、汽輪機2、發(fā)電機3和設置在輸電電網(wǎng)的降壓變壓器、逆變器9。
在本實施例中，所述冷卻水余熱回收系統(tǒng)包括凝結水管路19、除氧器16、多個三通及輸水管道。
在本實施例中，汽輪機2乏汽經(jīng)過凝汽器14冷凝成凝結水，部分流量凝結水作為制氫裝置的冷卻水，余熱用于加熱凝結水，然后送入除氧器16，作為鍋爐1給水重新進入鍋爐1再利用。
在本實施例中，所述純凈水制備及補水系統(tǒng)包括電廠化學水處理車間22、純凈水制備裝置23、補水泵24和送水管路25。
在本實施例中，所述電廠化學水處理車間22流出的凈化水進入純凈水制備裝置23，再經(jīng)補水泵24加壓，通過送水管道進入電解水制氫系統(tǒng)，用作電解水制氫的水源。。
在本實施例中，所述氫氣收集凈化及對外輸運系統(tǒng)包括氫氣洗滌罐26、氫氣脫水罐27、氫氣緩沖罐28、燃氣管網(wǎng)摻混裝置29、氫氣壓縮和灌裝系統(tǒng)30、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)31。
在本實施例中，所述燃氣管網(wǎng)摻混裝置29與現(xiàn)有燃氣管網(wǎng)32連接。
在本實施例中，所述燃氣管網(wǎng)摻混裝置29的氫氣摻混比例小于20%。
在本實施例中，所述氫氣壓縮和灌裝系統(tǒng)30包括氫氣瓶和/或撬裝罐車，壓縮后的氫氣可以灌裝入高壓撬裝罐車，或者壓縮灌裝入氫氣瓶，都可用于對外出售。
在本實施例中，所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)31是指高效利用電解制氫系統(tǒng)生產(chǎn)出來的氫能的系統(tǒng)，包括大型燃料電池發(fā)電廠或車載燃料電池。
在本實施例中，所述大型燃料電池發(fā)電廠利用氫氣作為燃料產(chǎn)生電能。
在本實施例中，所述車載燃料電池用于以氫能為燃料的電池汽車。
實施例3
如圖1所示，一種利用火電廠電力通過電解池制氫系統(tǒng)，包括電網(wǎng)調(diào)峰控制系統(tǒng)6、送變電及供電系統(tǒng)、電解水制氫系統(tǒng)、氫氣收集凈化及對外輸送系統(tǒng)、電解池高溫蒸汽供應系統(tǒng)、其特征在于：所述送變電及供電系統(tǒng)是在電廠出線母線上新增一個間隔，所述間隔設置電開關8，所述電開關8通過輸電電網(wǎng)與降壓變壓器和逆變器9連接，降壓變壓器和逆變器9另一端與電解水制氫系統(tǒng)連接；所述的電解水制氫系統(tǒng)包括多個高溫固體氧化物電解制氫裝置13，所述的高溫固體氧化物電解制氫裝置13包括高溫固體氧化物氫氧分離電解槽、氫氣洗滌罐26及脫水罐、氧氣洗滌罐。
在本實施例中，所述電網(wǎng)調(diào)峰控制系統(tǒng)6包括電網(wǎng)調(diào)度中心4和電廠集控中心5，電網(wǎng)調(diào)度中心4通過上網(wǎng)電量使用情況進行實時調(diào)度，將調(diào)度信號傳輸給電廠集控中心5，電廠集控中心5下達電網(wǎng)調(diào)峰指令，通過控制所述送變電及供電系統(tǒng)的電開關8進行電網(wǎng)調(diào)峰，電解水制氫系統(tǒng)的供電量由電廠集控中心5控制。
在本實施例中，所述高溫固體氧化物氫氧分離電解槽為平板式的soec電解槽，內(nèi)部中間為致密的電解質層,兩邊為多孔的氫電極和氧電極，電解質層主要作用是隔開氧氣和燃料氣體,并且傳導氧離子或質子。要求電解質致密且具有高的離子電導率。電極一般為多孔結構,以利于氣體的擴散和傳輸。此外,平板式soec還需要密封材料,多個單體電解池組成電堆還需要連接體材料。
在本實施例中，所述送變電及電解池供電系統(tǒng)包括火電廠內(nèi)的鍋爐1、汽輪機2、發(fā)電機3和設置在輸電電網(wǎng)的降壓變壓器、逆變器9。
在本實施例中，所述氫氣收集凈化及對外輸運系統(tǒng)包括氫氣洗滌罐26、氫氣脫水罐27、氫氣緩沖罐28、燃氣管網(wǎng)摻混裝置29、氫氣壓縮和灌裝系統(tǒng)30、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)31。
在本實施例中，所述燃氣管網(wǎng)摻混裝置29與現(xiàn)有燃氣管網(wǎng)32連接。
在本實施例中，所述燃氣管網(wǎng)摻混裝置29的氫氣摻混比例小于20%。
在本實施例中，所述氫氣壓縮和灌裝系統(tǒng)30包括氫氣瓶和/或撬裝罐車，壓縮后的氫氣可以灌裝入高壓撬裝罐車，或者壓縮灌裝入氫氣瓶，都可用于對外出售。
在本實施例中，所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)31是指高效利用電解制氫系統(tǒng)生產(chǎn)出來的氫能的系統(tǒng)，包括大型燃料電池發(fā)電廠或車載燃料電池。
在本實施例中，所述大型燃料電池發(fā)電廠利用氫氣作為燃料產(chǎn)生電能。
在本實施例中，所述車載燃料電池用于以氫能為燃料的電池汽車。
實施例4
一種利用火電廠電力通過電解池制氫系統(tǒng)，包括電網(wǎng)調(diào)峰控制系統(tǒng)6、送變電及供電系統(tǒng)、電解水制氫系統(tǒng)、氫氣收集凈化及對外輸送系統(tǒng)、冷卻水余熱回收系統(tǒng)、電解池高溫蒸汽供應系統(tǒng)、純凈水制備及補水系統(tǒng)，其特征在于：所述送變電及供電系統(tǒng)是在電廠出線母線上新增一個間隔，所述間隔設置電開關8，所述電開關8通過輸電電網(wǎng)與降壓變壓器和逆變器9連接，降壓變壓器和逆變器9另一端與電解水制氫系統(tǒng)連接；所述電解水制氫系統(tǒng)同時包括堿性水溶液電解制氫裝置11、固體聚合物電解制氫裝置12和高溫固體氧化物電解制氫裝置13。
在本實施例中，所述電網(wǎng)調(diào)峰控制系統(tǒng)6包括電網(wǎng)調(diào)度中心4和電廠集控中心5，電網(wǎng)調(diào)度中心4通過上網(wǎng)電量使用情況進行實時調(diào)度，將調(diào)度信號傳輸給電廠集控中心5，電廠集控中心5下達電網(wǎng)調(diào)峰指令，通過控制所述送變電及供電系統(tǒng)的電開關8進行電網(wǎng)調(diào)峰，電解水制氫系統(tǒng)的供電量由電廠集控中心5控制。
在本實施例中，所述堿性水溶液電解制氫裝置11中的冷卻水供水管道和所述固體聚合物電解制氫裝置12的冷卻水供水管道分別與所述三通閥門18的第二端凝結水管路19連接，冷卻水源為電廠凝汽器14輸出的凝結水；所述堿性水溶液電解制氫裝置11的冷卻水出水管道和所述固體聚合物電解制氫裝置12的冷卻水出水管道與冷卻水回流管道匯合，制氫裝置中的冷卻水回流到除氧器16中。
在本實施例中，所述堿性水溶液電解制氫裝置11由若干個單體電解槽組成，每個電解槽由陰極、陽極、隔膜及電解液構成.
在本實施例中，所述電解液包括氫氧化鉀溶液，濃度為20wt%～30wt%。
在本實施例中，所述隔膜組成成分包括石棉。
在本實施例中，所述陰極、陽極組成成分包括金屬合金，所述金屬合金包括雷尼鎳、ni-mo合金，用于分解水，產(chǎn)生氫和氧。
在本實施例中，所述固體聚合物電解制氫spe裝置由若干個單體電解槽組成。
在本實施例中，所述電解槽以固體聚合物膜為電解質。
在本實施例中，所述電解池高溫蒸汽供應系統(tǒng)包括主蒸汽旁路20、電過熱器10、高溫蒸汽輸送管道21，所述電過熱器10蒸汽入口與主蒸汽旁路20連接，所述電過熱器10蒸汽出口與高溫蒸汽輸送管道21入口連接。
在本實施例中，所述高溫固體氧化物電解裝置的高溫蒸汽入口與所述高溫蒸汽輸送管道21出口連接，所述主蒸汽旁路20內(nèi)的高溫蒸汽進入電高溫過熱器，經(jīng)過電高溫過熱器過熱到800℃以上。
在本實施例中，所述高溫固體氧化物電解制氫soec裝置由若干個單體電解池組成。
在本實施例中，所述高溫固體氧化物電解制氫裝置13工作溫度為800～950℃。所述送變電及供電模塊輸出電能和電解池高溫蒸汽供應系統(tǒng)輸出的高溫熱能至高溫固體氧化物電解制氫裝置13，在電能和高溫熱能的共同作用下，將水蒸汽電解生成氫氣和氧氣。
在本實施例中，所述高溫固體氧化物氫氧分離電解槽為平板式的soec電解槽，內(nèi)部中間為致密的電解質層,兩邊為多孔的氫電極和氧電極，電解質層主要作用是隔開氧氣和燃料氣體,并且傳導氧離子或質子。要求電解質致密且具有高的離子電導率。電極一般為多孔結構,以利于氣體的擴散和傳輸。此外,平板式soec還需要密封材料,多個單體電解池組成電堆還需要連接體材料。
在本實施例中，所述送變電及電解池供電系統(tǒng)還包括火電廠內(nèi)的鍋爐1、汽輪機2、發(fā)電機3。
在本實施例中，所述純凈水制備及補水系統(tǒng)包括電廠化學水處理車間22、純凈水制備裝置23、補水泵24和送水管路25。
在本實施例中，所述電廠化學水處理車間22流出的凈化水進入純凈水制備裝置23，再經(jīng)補水泵24加壓，通過送水管道進入電解水制氫系統(tǒng)。
在本實施例中，所述氫氣收集凈化及對外輸運系統(tǒng)包括氫氣洗滌罐26、氫氣脫水罐27、氫氣緩沖罐28、燃氣管網(wǎng)摻混裝置29、氫氣壓縮和灌裝系統(tǒng)30、燃料電池發(fā)電系統(tǒng)31。
在本實施例中，所述燃氣管網(wǎng)摻混裝置29與現(xiàn)有燃氣管網(wǎng)32或長距離天然氣輸送管線連接。
在本實施例中，所述燃氣管網(wǎng)摻混裝置29的氫氣摻混比例小于20%。
在本實施例中，所述氫氣壓縮和灌裝系統(tǒng)30包括氫氣瓶和/或撬裝罐車，壓縮后的氫氣可以灌裝入高壓撬裝罐車，或者壓縮灌裝入氫氣瓶，都可用于對外出售。
在本實施例中，所述的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)31包括大型燃料電池發(fā)電廠或車載燃料電池。
在本實施例中，所述大型燃料電池發(fā)電廠利用氫氣作為燃料產(chǎn)生電能。
在本實施例中，所述車載燃料電池用于以氫能為燃料的燃料電池汽車。
本發(fā)明利用火電廠調(diào)峰電力電解制氫，通過凝結水冷卻堿性電解池提高效率，利用電廠主蒸汽獲得高溫固體電解池的水蒸汽來源。本發(fā)明高效耦合了火電廠與電解制氫工藝，充分利用了電廠調(diào)峰電量，間接減少了棄風、棄光電量，為電網(wǎng)提供寶貴的調(diào)峰負荷。
盡管具體地參考其優(yōu)選實施例來示出并描述了本發(fā)明，但本領域的技術人員可以理解，可以作出形式和細節(jié)上的各種改變而不脫離所附權利要求書中所述的本發(fā)明的范圍。以上結合本發(fā)明的具體實施例做了詳細描述，但并非是對本發(fā)明的限制。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改，均仍屬于本發(fā)明技術方案的范圍。