[发明专利]一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统及运行方法

说明书

本发明公开一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统及其运行方法，系统包括依次连接的压气机、蓄热容器、高压储气室、第一换热器、三罐释能模块、第二换热器、中压水气共容仓、抽蓄一体水轮机和地表蓄水池，三罐释能模块经第二换热器与中压水气共容仓的气体入口相连，水气共容仓的气体出口经阀门与压气机的入口相连，三罐释能模块与蓄热容器冷侧入口相连，蓄热容器的冷侧出口与三罐释能模块相连；甲醇裂解制氢单元中设置甲醇裂解器，甲醇裂解器耦合热泵单元，热泵单元向甲醇裂解器放热；实现能量梯级利用同时充分利用高压空气的压力能；使用三罐释能模块代替节流阀，保证抽蓄一体水轮机出力恒定，系统具有储能功能的同时实现冷电氢多联产。

技术领域

本发明属于压缩空气储能技术领域，具体涉及一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统及运行方法。

背景技术

氢气在工业上有着广泛的用途。近年来，由于精细化工、蒽醌法制双氧水、粉末冶金、油脂加氢、林业品和农业品加氢、生物工程、石油炼制加氢及氢燃料清洁汽车等的迅速发展，对纯氢需求量急速增加。其中甲醇裂解制氢产生大量的一氧化碳的同时需要外加200-300℃的热源，这会大大增加制氢的补热成本及一氧化碳的储存与运输成本。压缩空气储能系统释能段也需要将压缩空气加热到高温状态以提高系统的输出功量，从而提高系统效率，然而随着释能段入口压缩空气温度的升高，释能段排气温度也将升高，仍然会导致系统效率不高；同时，为保证进入压缩空气储能系统释能段的工作气体压力稳定，现有压缩空气储能系统多采用节流阀降压的方式，这将导致工作气体的压降损失。除此之外，空调制冷系统排热也将造成大量的能源浪费。因此，合理的梯级利用能源以及减少各系统部件的能量损失对提升系统效率十分必要。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统及运行方法，本发明耦合了一种三罐释能模块，该模块代替节流阀对压缩空气进行压力调节的同时对这部分压力能进行充分利用，通过甲醇裂解产生的一氧化碳燃烧热与压缩热对该释能模块进行分级补热，同时使用其低品位排气余热对液态甲醇进行预热，以实现热量的分级利用，利用热泵系统为甲醇裂解提供热源的同时供冷。本发明通过将抽水压缩空气储能单元同时耦合热泵单元、甲醇裂解制氢单元及三罐释能模块，实现了能量的梯级利用，使低品位热源与压力能得到充分利用的同时避免了二氧化碳的储存与运输，有助于提升系统效率与节约投资成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统，其特征在于，包括无坝抽水压缩空气储能单元、甲醇裂解制氢单元和热泵单元；无坝抽水压缩空气储能单元包括依次连接的压气机、蓄热容器、高压储气室、第一换热器、三罐释能模块、第二换热器、中压水气共容仓、抽蓄一体水轮机和地表蓄水池，三罐释能模块经第二换热器与中压水气共容仓的气体入口相连，水气共容仓的气体出口经阀门与压气机的入口相连，三罐释能模块经循环水泵与蓄热容器冷侧入口相连，蓄热容器的冷侧出口与三罐释能模块相连；甲醇裂解制氢单元中设置甲醇裂解器，甲醇裂解器耦合热泵单元，热泵单元向甲醇裂解器放热；

三罐释能模块包括水气罐组、水轮机组以及循环储油罐组；水气罐组包括第一水气罐、第二水气罐和第三水气罐；第一水气罐、第二水气罐与第三水气罐中均设置密封式隔热板，密封式隔热板上方为容纳油气空间，密封式隔热板下方为容水空间；第一水气罐、第二水气罐和第三水气罐顶部均设置进气口、排气口、导热油出口和导热油入口，进气口和排气口分别连通第一换热器和第三换热器，导热油出口和导热油入口连通储油罐组的入口和出口；第一水气罐、第二水气罐和第三水气罐的底部两两之间通过管道连通，所述管道上设置水轮机组。