[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

说明书

一种电解水制氢与低温耦合的储能装置及储能方法，用于解决光电资源不连续与生产用绿氢连续化要求矛盾的问题。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，本发明系统间高度耦合，通过储氢的形式，可实现最大限度的利用光电可再生能源，在实现高效储能调峰的同时，能够有效降低绿氢制备利用的能耗成本，达到节能效果，具有良好的推广前景。

技术领域

本发明涉及太阳能可再生能源发电与绿电水电解制氢、氢气液化储能、氢能领域，具体涉及一种电解水制氢与低温耦合的储能装置及储能方法。

背景技术

以太阳能为代表的可再生能源，因受自然环境因素（季节、天气）的影响极大，其发电过程中能量输入及功率输出无法达到像化石能源那样的精确控制，具有波动大、间断性、随机性、不可控等特点，难以直接接入电网加以利用，导致大规模弃光的现象发生。因此，如何有效平抑光电功率波动、提升光电消纳能力，已经成为限制光电大规模发展的关键技术瓶颈。储能系统作为能量缓冲手段，可以有效平抑光电功率波动，减少弃光弃电，将在推动可再生能源的合理利用进展中扮演越来越重要的角色。

氢能以其优秀的能量密度、能量利用效率和清洁性，以及电能、核能、太阳能、风能、水能等均可转换成氢能加以储存、运输或直接使用，被誉为最佳的碳中和能源载体，将在“脱碳”过程中发挥关键作用。氢气可通过天然气或化石燃料重整、工业副产氢纯化、可再生电电解等大规模方式制备获得，而其中利用太阳能等可再生能源发电电解所制得的“绿氢”，由于其制备过程中没有碳排放或碳排放量很少，更是成为未来能源的“最终目标”。氢作为能源载体用于集中处理可再生资源的使用已在全世界开始推广，有利于可再生资源和氢能的携手发展，利用市场前景广泛。目前氢能大多数用于传统工业领域，如炼油、合成氨、生产甲醇等方面，而采用太阳能等可再生能源发电电解制备的原料氢气流量的不稳定，将直接对下游工艺产生极大的影响。因而如何利用不连续性、波动性大的太阳能等可再生能源制备连续性供应的“绿氢”是当前研究的热点和难点。

为保障“绿氢”的持续性供应，当可再生能源发电系统电量充足，即日照充足时，该阶段发出的绿电通过水电解制氢能够生产足量氢气，作为原料气供应给下游工厂、企业的同时还有部分富余氢气，为进一步充分利用富余氢气，可将富余氢气作为能源储存便于能源短缺阶段的进一步供能。目前的储氢技术主要包括高压气态储氢、低温液态储氢、有机液态储氢以及固态储氢等类型。液氢储能以其存储密度和储运效率高的优点，成为更适用于大规模长距离储运需求的氢储能形式。利用氢气液化系统将这光电绿电解制氢的富余氢气液化后送入液氢储罐进行储存。当可再生能源发电系统因环境变化而导致发电量不足时，如夜晚太阳能发电系统无法提供绿电解制氢所需的电量，为了持续向下游工厂提供稳定的原料氢气，只需将储罐内的液氢汽化为氢气后供入下游工艺管网。但氢液化过程由于氢气沸点（20K）极低，液化制冷带来的能耗较大，如何在工业级大规模储氢应用中降低能耗，成为储氢的关键，也是“绿氢”推动太阳能等可再生资源的合理利用和发展壮大的关键。

发明内容