[发明专利]一种电解水制氢与低温耦合的储能装置及储能方法

权利要求书

1.一种电解水制氢与低温耦合的储能装置，其特征在于：所述装置包括液氮预冷氢气液化系统、液氢-液氮换热系统、冷能储存系统及空气分离装置冷能利用系统；所述液氮预冷氢气液化系统包括液氮输入系统、氮气输出系统、液氢输出系统和氢气液化系统，各个系统之间通过管道连接和阀门控制；所述液氢-液氮换热系统包括液氢储罐、液氢泵、液氢-液氮换热器、液氮储罐，各个系统之间通过管道连接和阀门控制，用于汽化液氢并液化氮气，其中所述液氢储罐的液氢输入端连接于所述液氮预冷氢气液化系统的液氢输出系统，所述液氢泵的液氢输入端连接于所述液氢储罐的液氢输出端，所述液氢-液氮换热器的液氢输入端连接于所述液氢泵的液氢输出端，所述液氢-液氮换热器的氮气输入端连接于所述空气分离装置冷能利用系统的空气分离装置产品氮气输出系统的氮气输出端，所述液氢-液氮换热器的液氮输出端连接于所述液氮储罐的液氮输入端，所述液氮储罐的液氮输出端连接于所述液氮预冷氢气液化系统的所述液氮输入系统的输入端，所述冷能储存系统包括氢气-载冷剂换热器、载冷剂泵、载冷剂-冷能储存换热器、载冷剂储罐，冷能储罐，各个系统之间通过管道连接和阀门控制，用于复热氢气并储存冷能，其中所述氢气-载冷剂换热器的氢气输入端连接于所述液氢-液氮换热器的氢气输出端，所述氢气-载冷剂换热器的载冷剂输出端连接于所述载冷剂泵的载冷剂输入端，所述载冷剂泵的载冷剂输出端连接于所述载冷剂-冷能储存换热器的载冷剂输入端，所述载冷剂-冷能储存换热器的载冷剂输出端连接于所述氢气-载冷剂换热器的载冷剂输入端，所述载冷剂-冷能储存换热器的水输出端连接于所述冷能储罐的输入端，所述载冷剂储罐通过管道和阀门连接于所述载冷剂泵的载冷剂输入端，所述空气分离装置冷能利用系统包括循环水系统、水冷塔、空气分离装置产品氮气输出系统，空气分离装置冷冻水输入系统，各个系统之间通过管道连接和阀门控制，所述循环水系统的输出端连接于所述载冷剂-冷能储存换热器的水输入端，所述冷能储罐的输出端连接于所述水冷塔的上部输入端，所述氮气输出系统的输出端连接于所述水冷塔的下部输入端，所述水冷塔的底部输出端连接于所述空气分离装置冷冻水输入系统的输入端。

2.根据权利要求1所述的电解水制氢与低温耦合的储能装置，其特征在于：所述液氢-液氮换热器、氢气-载冷剂换热器、载冷剂-冷能储存换热器均为绕管式换热器或板面式换热器。

3.根据权利要求1所述的电解水制氢与低温耦合的储能装置，其特征在于：所述水冷塔为填料塔。

4.根据权利要求1-3中任一项所述储能装置的储能方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：当光电绿色电解水制氢气过量时，过量氢气可经氢气液化系统液化，其中液氮作为氢液化的预冷冷源，液化后的液氢送入液氢储罐进行储存，汽化复热到常温的氮气由氮气输出系统通过管道进入水冷塔的下部后被从冷能储罐过来的低温水进入水冷塔上部后喷淋，低温水被进一步冷却，有利于空气分离装置后续的工艺，节省了空气分离装置的能耗；

步骤2：当可再生能源发电系统因环境变化，如日照减弱而导致绿色电解水制氢不足时，储存于液氢储罐的液氢经液氢泵加压后进入液氢-液氮换热器汽化复热后又进入氢气-载冷剂换热器复热得到常温氢气，用来补充绿色电解水的制氢不足，同时产品氮气输出系统的常温氮气进入液氢-液氮换热器用来提供热源汽化复热液氢，其自身被液化冷凝成液氮后进入液氮储罐，可作为氢气液化时液氮预冷的部分补充，同时载冷剂进入氢气-载冷剂换热器用来提供热源复热氢气，其自身被冷却后经载冷剂泵加压后进入载冷剂-冷能储存换热器，用来冷却从循环水系统过来的常温水，常温水被冷却成低温水后出载冷剂-冷能储存换热器进入冷能储罐，冷能储罐的低温水可通过管道和阀门进入水冷塔上部进行喷淋，进一步降低水温。

5.根据权利要求4所述的电解水制氢与低温耦合的储能方法，其特征在于：所述载冷剂为无机、有机化合物或其混合溶液或其水溶液。

6.根据权利要求4所述的电解水制氢与低温耦合的储能方法，其特征在于：所述水冷塔装填为填料。