一种可再生能源储能和零碳排污水处理耦合系统技术方案

本发明专利技术涉及零碳排污水技术领域，尤其涉及一种可再生能源储能和零碳排污水处理耦合系统。本发明专利技术提供的可再生能源储能和零碳排污水处理耦合系统利用MEC工艺深度提取传统污水工艺中未利用的化学能，使系统的再生能源请储能的能量效率>130％(而现有高压电解法制氢能量效率仅为65～95％)，以氢能和热能形式稳定储存与可再生能源输入能量的同时，利用富余能量为污水处理厂的耗电设备供能，是一套可实现可再生能源低成本、高效率氢储能，同时零碳排处理污水达标的系统

【技术实现步骤摘要】
一种可再生能源储能和零碳排污水处理耦合系统


[0001]本专利技术涉及零碳排污水
，尤其涉及一种可再生能源储能和零碳排污水处理耦合系统。

技术介绍

[0002]在2030年前风电、太阳能发电总装机容量需达到12亿千瓦以上，而此类具有较大波动性和不可预测性的可再生资源需要储能系统来满足稳定的供电。虽然现有诸如抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能、飞轮储能、超级电容器、氢储能等储能方式，这一储能缺口在目前仍然很大。在上述储能技术中，氢储能技术由于其储能量、放电时间、储能成本和应用的灵活性的方面占据优势而被广泛研究。然而，现有的氢储能核心技术也大多限于高电压电解，由于材料成本高、运行条件苛刻、能量损耗高从而限制了大范围应用。2020年我国由于储能设施难以利用而造成的弃水、弃风和弃光总电量理论上可制取绿氢9.28
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105t。该专利将目前仅限于实验室研究阶段的MEC工艺用于可再生能源储能，大大降低了材料成本及运行条件的限制，且由于电解质较为温和，因此，不会造成二次污染。
[0003]此外，我国污水处理行业由能耗产生的温室气体超过1亿吨二氧化碳当量，而处理过程中的电能消耗是碳排放的主要来源。然而，污水中所含能量可达污水处理耗能的5～10倍，说明如果改善污水中的资源回收现状，实现污水厂的能量中性甚至是能量输出是完全可行的。并且，在现阶段的污水处理工艺中，对于低有机负荷(COD<3000mg/L)的废水即采用曝气的方式进行去除，仅对有机负荷高的废水进行产甲烷回收能源。然而，产甲烷工艺的出水COD依然较高，同样需要曝气的方式进行进一步的去除。
[0004]同时，目前储能技术主要分为抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能、飞轮储能、超级电容器、氢储能等储能方式，而其中，氢储能核心技术大多限于高电压电解，由于材料成本高、运行条件苛刻、能量损耗高从而难以大范围应用。污水处理行业由于其利用高能耗来处理污染物，因此处于亟待转型的尴尬地位。而现阶段缺乏可再生能源氢热联产储能协同零碳排污水处理系统的开发，。
[0005]现阶段广泛研究的氢储能技术主要为碱性水解槽、PEM水电解槽、固体氧化物电解槽等技术，在运行过程中需要30％的氢氧化钾、纯水、固体氧化物及熔融盐等容易造成二次污染的物质作为电解质，而且运行温度通常较高(50～80℃，固体氧化物需要700～1000℃)，在增加了运行难度的同时增加了供热造成的能量损耗。在同类型的可再生能源氢储能专利中，均仅在系统流程构建中进行创新而忽略了上述问题，如《一种光热发电及熔融盐结合制氢的热电综合储能系统》(CN114076416A)中利用油
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汽蒸发器改进了光能获取的方式，然而在产氢阶段依然为高压电解水；同样在《一种集装箱式可再生能源电热氢联产储能系统及工作方法》(CN115021418A)和《利用混合储能装置的大规模光伏电解水制氢系统及方法》(CN114447968A)中，分别提供了基于小规模集装箱式氢储能系统和大规模混合储能系统，而其中的核心工艺均离不开高压电解水。
[0006]同样的，与污水处理领域相耦合的可再生能源相关专利中，多数均以可再生能源
在污水处理领域的供能为基础，而非通过污水化学能抽提来强化可再生能源储能。如公开号为CN114835246A的中国专利和公开号为CN111762826A的中国专利等，均通过太阳能等多种可再生能源为传统污水处理系统中的耗电设备供电，从而降低系统能耗；在公开号为CN104909514A的中国专利中，已经利用可再生能源驱动MEC系统来进行污水处理，然而其阴极仅起到了加快反应的作用，并没有利用MEC系统的产氢功能；而在公开号为CN106630177A的中国专利中，虽然已经提出了利用微生物电解池系统处理有机废水的同时产氢，验证了本专利的可行性，但是该系统中仍然依靠直流电源的外部供电，没有与可再生能源利用与储能相挂钩。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种可再生能源储能和零碳排污水处理耦合系统，本专利技术所述可再生能源储能和零碳排污水处理耦合系统基于微生物电解池的可再生能源氢热联产储能协同实现零碳排污处理。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0009]本专利技术提供了一种可再生能源储能和零碳排污水处理耦合系统，包括产氢单元、氢热联产单元和污水处理单元；
[0010]所述产氢单元包括风
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光发电单元1、无线供电装置2和MEC单元3；所述风
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光发电单元1通过无线供电装置2为MEC单元3供电；
[0011]所述氢热联产单元包括储氢装置4、氢气输运装置5、换热器A7、燃料电池8、催化燃烧器9、供热装置10和换热器B11；所述MEC单元3与储氢装置4连接；所述储氢装置4、燃料电池8、催化燃烧器9和供热装置10依次连接连接；所述储氢装置4、燃料电池8、换热器B11和供热装置10依次连接，且所述燃料电池8和换热器B11之间互联；所述述储氢装置4、催化燃烧器9和供热装置10依次连接；所述储氢装置4、催化燃烧器9和供热装置10依次连接；所述催化燃烧器9与换热器A7连接为MEC单元3保温；
[0012]所述污水处理单元包括待处理污水单元12、前处理单元13、深度脱氮单元14、深度处理单元15、膜过滤单元16、沼气储运装置17和达标污水排放单元18；所述燃料电池8依次与前处理单元13和沼气储运装置17电路连接；所述燃料电池8依次与深度脱氮单元14电路连接；所述燃料电池8与深度处理单元15电路连接；所述燃料电池8和膜过滤单元16电路连接；所述待处理污水单元12和前处理单元13连接；所述膜过滤单元16与所述MEC单元3连通；所述前处理单元13与所述MEC单元3连通；所述MEC单元3与所述深度脱氮单元14连通。
[0013]优选的，所述风
‑
光发电单元1与无线供电装置2之间、所述燃料电池8与前处理单元13之间、所述燃料电池8与深度脱氮单元14之间、所述燃料电池8与深度处理单元15之间以及所述燃料电池8与膜过滤单元16之间均设置有电源转换器。
[0014]优选的，所述可再生能源储能和零碳排污水处理耦合系统还包括储能电池19；
[0015]所述风
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光发电单元1与储能电池19连接；
[0016]所述储能电池19依次与前处理单元13和沼气储运装置17连接；所述储能电池19依次与污水处理单元中的深度脱氮单元14、深度处理单元15和膜过滤单元16连接；且所述储能电池19与无线供电装置2相连；
[0017]所述风
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光发电单元1与储能电池19之间设置有电源转换器。
[0018]优选的，所述可再生能源储能和零碳排污水处理耦合系统还包括辅助设备6；
[0019]所述风
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光发电单元1与所述辅助设备6连接；
[0020]所述风
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光发电单元1与所述辅助设备6之间还设置有电源转换器。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可再生能源储能和零碳排污水处理耦合系统，其特征在于，包括产氢单元、氢热联产单元和污水处理单元；所述产氢单元包括风
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光发电单元(1)、无线供电装置(2)和MEC单元(3)；所述风
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光发电单元(1)通过无线供电装置(2)为MEC单元(3)供电；所述氢热联产单元包括储氢装置(4)、氢气输运装置(5)、换热器A(7)、燃料电池(8)、催化燃烧器(9)、供热装置(10)和换热器B(11)；所述MEC单元(3)与储氢装置(4)连接；所述储氢装置(4)、燃料电池(8)、催化燃烧器(9)和供热装置(10)依次连接连接；所述储氢装置(4)、燃料电池(8)、换热器B(11)和供热装置(10)依次连接，且所述燃料电池(8)和换热器B(11)之间互联；所述述储氢装置(4)、催化燃烧器(9)和供热装置(10)依次连接；所述储氢装置(4)、催化燃烧器(9)和供热装置(10)依次连接；所述催化燃烧器(9)与换热器A(7)连接为MEC单元(3)保温；所述污水处理单元包括待处理污水单元(12)、前处理单元(13)、深度脱氮单元(14)、深度处理单元(15)、膜过滤单元(16)、沼气储运装置(17)和达标污水排放单元(18)；所述燃料电池(8)依次与前处理单元(13)和沼气储运装置(17)电路连接；所述燃料电池(8)依次与深度脱氮单元(14)电路连接；所述燃料电池(8)与深度处理单元(15)电路连接；所述燃料电池(8)和膜过滤单元(16)电路连接；所述待处理污水单元(12)和前处理单元(13)连接；所述膜过滤单元(16)与所述MEC单元(3)连通；所述前处理单元(13)与所述MEC单元(3)连通；所述MEC单元(3)与所述深度脱氮单元(14)连通。2.如权利要求1所述的可再生能源储能和零碳排污水处理耦合系统，其特征在于，所述风
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【专利技术属性】
技术研发人员：蔡伟伟，韩翔宇，姚宏，张静静，梅宁，韩宝红，李冬梅，王丽，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：