[发明专利]风电高温电解制氢系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及电解制氢，更具体地讲，本发明涉及一种利用多余的风能或非并网风电的高温电解制氢系统和方法。 

背景技术

氢气是一种理想的可再生燃料，氢能经济一直受到大家的关注和重视。氢能的开发，首先要解决既廉价又绿色的氢源问题。但目前，全球96％左右的氢气主要是由天然气(CH₄)、煤或石油等化石能源作为原料生产的，由于化石能源含碳，因此化石能源制氢会排放出大量的CO₂。此外，由于化石能源制氢存在资源消耗量大和温室气体排放等方面的问题，因此该工艺是不可持续的和不可取的。 

电解水制氢是工业上制备氢气的一种重要技术之一，其制得的氢气纯度可高达99％以上，但目前全球仅4％的氢气采用电解制氢。该技术采用水为原料制备氢气，由于没有资源限制和二氧化碳排放，优点比较突出，因此具有一定的发展潜力。举例来说，以2011年全球氢气的年产量5300万吨为标准，如果全球50％的氢气通过电解生产，则一年可以节约标准煤7950万吨和实现二氧化碳减排29150万吨。 

目前，电解制氢成本主要取决于电耗成本，对于成熟的碱性电解水制氢技术，制氢的单位电耗高达5kWh/Nm³左右。而如果采用清洁能源发电制氢，由于发电成本很高，很难推广应用。因为目前太阳能发电成本基本是风电发电成本的2.5倍以上，而目前，风电的波动性较大，稳定性难以保证，因此即使采用廉价的风电，成本也较高。因此，利用新能源发电进行的电解制氢发展缓慢、应用受限。 

发明内容

本发明的多个方面在于至少解决上述问题和/或缺点，并至少提供以下描述的优点。 

根据本发明的一方面，提供一种风电高温电解制氢系统，包括：直流电源，用于将风力发电机组发出的交流电整流为具有第一电压的直流电，并输出具有第一电压的直流电；交流电源，用于将风力发电机组发出的交流电变压为具有第二电压的交流电，并输出具有第二电压的交流电；高温超热水蒸气制备单元，基于交流电源输出的交流电来制备高温超热水蒸气；辅助储热单元，接收交流电源输出的交流电以储存能量；高温电解制氢单元，采用直流电源输出的直流电对高温超热水蒸气制备单元制备的高温超热水蒸气进行电解制氢；换热单元，用于在高温电解制氢单元和辅助储热单元进行热量交换，以保证高温电解制氢单元维持在稳定的工作温度，其中，当交流电源输出的交流电电压显著降低时，辅助储热单元将储存的能量供应给高温超热水蒸气制备单元，以使高温超热水蒸气制备单元基于交流电源输出的交流电和辅助储热单元供应的能量稳定地输出高温超热水蒸气。 

所述风力发电机组可以是永磁直驱发电机组。 

所述永磁直驱发电机组可以工作在非并网风电运行的状态。 

所述高温超热水蒸气可以为700℃到900℃的超热水蒸气。 

所述辅助储热单元可以采用熔融盐储热材料。 

所述高温电解制氢单元可以采用固体氧化物电解堆(SOEC)来实现。 

所述高温电解制氢单元的工作温度可以为700℃到900℃。 

所述第一电压可以为36V，所述第二电压可以为380V。 

根据本发明的另一方面，提供一种风电高温电解制氢方法，包括：直流电源将风力发电机组发出的交流电整流为具有第一电压的直流电，并输出具有第一电压的直流电；交流电源将风力发电机组发出的交流电变压为具有第二电压的交流电，并输出具有第二电压的交流电；辅助储热单元存储交流电源供应的能量；辅助储热单元通过换热单元保证高温电解制氢单元维持在稳定的工作温度；高温超热水蒸气制备单元基于交流电源提供的交流电将水从室温转换成高温超热水蒸气；通过将高温超热水蒸气泵入高温电解制氢单元中的固体氧化物电解堆(SOEC)的阴极侧，并向SOEC电解堆电极两端施加具有第一电压的直流电，使高温超热水蒸气在SOEC电解堆的阴极侧离解为H₂和O₂，其中，当交流电源输出的交流电电压显著降低时，辅助储热单元将储存的能量供应给高温超热水蒸气制备单元，以使高温超热水蒸气制备单元基于交流电源输出的交流电和辅助储热单元供应的能量稳定地输出高温超热水 蒸气。 

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中： 

图1是示出根据本发明实施例的风电高温电解制氢系统的框图； 

图2是示出根据本发明另一实施例的风电高温电解制氢方法的框图。 

具体实施方式