[发明专利]一种提高绿氢能源系统利用效率的热管理系统及方法

说明书

本发明公开一种提高绿氢能源系统利用效率的热管理系统及方法，所述热管理系统设置在储氢装置和氢能利用系统之间；包括设置在主循环管道上的第一泵、散热装置、第一热交换器、第二热交换器、第三热交换器，第一泵、第一热交换器分别通过支路管道与第二泵的两端连接；循环管道的两端分别与储氢装置的底部连接，第一泵设置在靠近储氢装置的一端；所述散热装置、第一热交换器、第二热交换器和第三热交换器分别并联连接在主循环管道上，散热装置、第二热交换器和第三热交换器均设置在第一泵与第一热交换器之间；第一热交换器还与氢能利用系统连接。本发明通过储氢装置的压力和温度管理，以及设置旁路的热管理系统，从而提高整个绿氢能源系统利用效率。

技术领域

本发明属于氢能源利用技术领域，具体涉及一种提高绿氢能源系统利用效率的热管理系统及方法。

背景技术

当前，煤、天然气、石油等化石能源的使用造成了地球变暖和气候变化。可再生能源有望缓解由化石能源造成的环境问题。然而，由于风电、光伏等可再生能源的间歇性问题，其无法提供稳定的电力供应是其大规模推广应用的主要障碍之一。能源储存和传输是可再生能源利用的关键技术之一。氢气由于具有便携性、可大规模长期贮存的优势，是目前最有前景的储能媒介之一。目前氢储能方式有压缩氢气储能、液氢储能、甲基环己烷和氨等液态氢化物储能、金属氢化物储能。前两种是物理储能，后两种是化学储能。压缩氢气是最流行的的储能方法，通常应用在燃料电池汽车里。它的缺点是体积能量比低，在70MPa下大约为～4kg/100L；高压下的安全问题；加压过程中的能量消耗，例如加压到70MPa大约需要消耗氢气总能量的13％。液氢的能量密度更高，可达7kg/100L，也可商用于大规模运输。液氢的缺点是液化温度低(-253℃)，需要消耗氢气总能量的30％以上；安全问题；氢气容易蒸发而不适于长期贮存。甲基环己烷可通过甲苯加氢获得，在室温室压环境下以液态贮存，密度大约5kg/100L。甲基环己烷可采用现有的汽油输送管道运输，缺点是脱氢过程中大约需要消耗氢气总能量的30％；需要纯化过程；以及有监管要求。液氨的优势也是可以采用现有的管道运输，其中氢的密度可达11kg/100L，含量为17.7wt.％，体积能量密度比更高。液氨储能的缺点是氨的合成、脱氢过程中消耗大量的能量；需要纯化过程；以及有监管要求。金属氢化物储能是一种固态储氢方法，它的优势是高的体积能量比(～10kg/100L)，超高纯度，移动部件少，接近于室温下运行，可靠性高，脱吸附过程能量消耗少，监管要求不高、运维成本不高等。其缺点是重量能量比低，大约1-2wt.％。除了由于重量原因移动不便以外，金属氢化物储能在寸土寸金的城市地区是最实际的储能方式。

一般地，电制氢的能量转换效率为75％左右，氢发电的能量转换效率为46％左右，因此，电-氢-电的整个能量转换效率约为35％左右。为了提高整个绿氢能源系统的能量利用效率，科研工作者提出了一些相应的方法和系统，但还是存在一定缺陷的。

申请号为CN201310576349.5的专利文献提出了一种利用即时制得的氢气进行发电的系统及方法，所述系统包括制氢子系统、发电子系统、收集利用子系统，制氢子系统、发电子系统、收集利用子系统依次连接；制氢子系统利用甲醇水制备氢气，将制得的氢气通过传输管路实时传输至发电子系统用于发电；收集利用子系统连接发电子系统的排气通道出口，从排出的气体中收集氧气，或利用收集到的氧气供制氢子系统或/和发电子系统使用。本发明可收集发电子系统排出的余气，并从中提取出氢气、氧气、水，氢气、氧气可以燃烧放热，为发电子系统提供热能，水可以传输至制氢子系统循环利用，系统不需要额外的水源。本发明可以提高系统发电的效率，节省能源。该方法是利用收集的余气，分别提纯氢气、氧气，燃烧后产热，为发电子系统提供热能，说明氢气发电的利用效率不高，氢气并没有尽可能地转化为高品位的电能，另外余气提纯为氢气和氧气也需要消耗能量。这两方面是这个专利的缺陷所在。