【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源，尤其是涉及一种光伏制氢合成氨综合能源利用系统。
技术介绍
1、随着可再生能源的快速发展，可再生能源电力的消纳问题导致大量的弃水、弃光等能源浪费，利用可再生能源电解水制绿氢可以实现新能源的本地化有效消纳，但是目前氢气的储运存在能量密度低、安全风险高的问题。而氨作为一种优良的能源载体，能量密度高，液化能耗低，储运也更加安全，目前的合成氨工艺主要以化石能源为原料，导致大量的碳排放，以可再生能源制取的绿氢为原料合成氨，能显著降低碳排放，提升可再生能源消纳能力，同时也能提高能源载体运输的安全性，其规模化潜力巨大。另一方面，以绿氢为原料替代碳基化石能源合成氨，可以极大地减少化工行业的碳排放。
2、由于光伏发电具有波动性，一天24h的有效发电时间在8～10小时，而合成氨的负载调控速率慢，不能匹配光伏发电制氢的波动工况，同时合成氨要求的原料气压力远高于电解槽出口氢气压力，因此光伏发电制氢与合成氨不能直接耦合，需要在中间配置氢气压缩缓冲装置。
3、对于氢储能系统，设施一般是固定式的，其对质量储氢密度要求不高，但是往往受制于建造场所的空间，特别是对于海上平台等特殊的应用场景，因此氢储能系统的体积储氢密度是一个关键指标。
4、使用氢气压缩机将氢气压缩后储存至高压气态储氢装置中是目前主流的氢气压缩与储存手段，其工艺成熟，成本较低，质量储氢密度较高，但由于是以气态形式储存氢气，其体积储氢密度较低，同时储存压力较高，安全风险大，消耗的压缩功也较大。
5、为了解决上述问题，本专利技术提供了
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种光伏制氢合成氨综合能源利用系统，该系统能够利用光伏发电电解水制绿氢并与氮气合成氨，且储氢密度大，占地小，且能够对合成氨过程中产生的废热进行高效回收利用，降低能耗，提高系统效率。
2、本专利技术提供一种光伏制氢合成氨综合能源利用系统，包括：光伏制氢合成氨单元和热管理单元；
3、所述光伏制氢合成氨单元包括依次连接的太阳能板、变压器、电解水制氢装置、氢气纯化干燥装置、氢气冷却装置、缓冲罐、金属氢化物氢储存与压缩装置和合成氨装置，所述金属氢化物氢储存与压缩装置内设储氢合金粉末，所述储氢合金粉末能够吸氢和放氢；
4、所述热管理单元包括废热利用模块和冷却模块，其中，所述废热利用模块包括储热池和气液换热器，通过所述气液换热器能够回收所述合成氨装置的合成反应热和高温气体产物废热，并将热量储存在所述储热池中，供给所述金属氢化物氢储存与压缩装置升温增压过程和放氢过程使用；所述冷却模块包括冷水机，通过所述冷水机带走冷却液中的热量，冷却液流经所述氢气冷却装置和所述金属氢化物氢储存与压缩装置，将所述氢气纯化干燥装置出口氢气冷却后进入所述缓冲罐中储存，并在所述金属氢化物氢储存与压缩装置吸氢时带走反应产生的热量，保证吸氢反应速率。
5、优选地，所述电解水制氢装置为电解槽，所述电解槽为碱性电解槽和pem电解槽中的一种或两种。
6、优选地，所述光伏制氢合成氨单元还包括储能电池，所述储能电池与所述变压器和所述电解槽均电性连接，所述储能电池用于在所述太阳能板发电量过剩时，对其剩余电量进行储存，并在所述太阳能板发电功率不足时，与所述太阳能板共同为所述电解槽供电。
7、优选地，所述合成氨装置包括氨合成塔和依次连接的热气气换热器、水冷器、冷气气换热器、氨冷器和氨分离器，所述合成氨装置的产物出口与所述气液换热器的气相入口相连通，所述气液换热器的气相出口与所述热气气换热器相连通，高温高压氢气和氮气进入所述氨合成塔后，在催化剂作用下发生合成反应生成高温氨气，高温产物进入所述气液换热器加热导热油，由所述气液换热器流出的产物进入所述热气气换热器预热原料氮气，产物经过所述热气气换热器后依次通过所述水冷器、所述冷气气换热器、所述氨冷器和所述氨分离器后转变为液氨。
8、优选地，所述金属氢化物氢储存与压缩装置和所述氨合成塔间依次接有第一温度传感器、压力传感器、第一电磁阀和比例阀。
9、优选地，所述金属氢化物氢储存与压缩装置包括至少两组子装置，能够交替进行吸氢和放氢，所述金属氢化物氢储存与压缩装置内设导热油管、冷却液管和氢气管路，各所述子装置的所述导热油管的入口、所述冷却液管的入口和所述氢气管路的出入口均设有电磁阀，各所述子装置的所述氢气管路上均设有温度传感器和压力传感器。
10、优选地，所述储氢合金粉末为镧镍系、钛锰系、钛铬系和钛铁系中的至少任意一种。
11、优选地，所述废热利用模块包括与所述储热池相接的金属氢化物氢储存与压缩装置供热回路，所述金属氢化物氢储存与压缩装置供热回路上由所述金属氢化物氢储存与压缩装置到所述储热池方向依次接有第二温度传感器、第一油泵和三通电磁阀，由所述储热池到所述金属氢化物氢储存与压缩装置方向依次接有第一流量计、第三温度传感器和第二电磁阀，第一膨胀油箱与所述第一油泵连通保持管路中的油压稳定，所述三通电磁阀与所述第一流量计间接有ptc加热器，当系统冷启动时，所述氨合成塔无废热可供利用，所述ptc加热器通过所述三通电磁阀与所述金属氢化物氢储存与压缩装置相接为其升温压缩和放氢供热；当系统正常运行时，所述三通电磁阀连通所述储热池，系统利用所述氨合成塔废热给所述金属氢化物氢储存与压缩装置升温压缩和放氢供热。
12、优选地，所述废热利用模块还包括与所述储热池相接的氨合成塔废热回收回路和高温产物热回收回路，所述氨合成塔废热回收回路通过在所述氨合成塔内部设置管式换热器吸收合成氨反应热加热导热油，所述氨合成塔废热回收回路上由所述氨合成塔到所述储热池方向依次接有第四温度传感器和第二流量计，所述氨合成塔废热回收回路上由所述储热池到所述氨合成塔方向依次接有第三电磁阀、第二油泵和第五温度传感器，第二膨胀油箱与所述第二油泵接通保持管路中的油压稳定；所述高温产物热回收回路上由所述气液换热器的液相出口到所述储热池间依次接有第六温度传感器和第三流量计，由所述储热池到所述气液换热器的液相入口间依次接有第四电磁阀、第三油泵和第七温度传感器，第三膨胀油箱与所述第三油泵相接保持管路中的油压稳定。
13、优选地，所述冷却模块还包括膨胀水箱、水泵、第一冷却回路和第二冷却回路，所述冷水机通过所述膨胀水箱、所述水泵和第一冷却回路与所述金属氢化物氢储存与压缩装置相接，所述第一冷却回路上依次接有第八温度传感器、第六电磁阀、第九温度传感器和第四流量计，所述冷水机通过所述膨胀水箱、所述水泵和所述第二冷却回路与所述氢气冷却装置相连通，所述第二冷却回路上依次接有第十温度传感器、第五电磁阀、第十一温度传感器和所述第四流量计。
14、相比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
15、1.通过依次连接的太阳能板、变压器、电解水制氢装置、氢气纯化干燥装置、氢气冷却装置、缓冲罐、金属氢本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，包括：光伏制氢合成氨单元和热管理单元；
2.根据权利要求1所述的光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，所述电解水制氢装置为电解槽，所述电解槽为碱性电解槽和PEM电解槽中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，所述光伏制氢合成氨单元还包括储能电池，所述储能电池与所述变压器和所述电解槽均电性连接，所述储能电池用于在所述太阳能板发电量过剩时，对其剩余电量进行储存，并在所述太阳能板发电功率不足时，与所述太阳能板共同为所述电解槽供电。
4.根据权利要求1所述的光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，所述合成氨装置包括氨合成塔和依次连接的热气气换热器、水冷器、冷气气换热器、氨冷器和氨分离器，所述合成氨装置的产物出口与所述气液换热器的气相入口相连通，所述气液换热器的气相出口与所述热气气换热器相连通，高温高压氢气和氮气进入所述氨合成塔后，在催化剂作用下发生合成反应生成高温氨气，高温产物进入所述气液换热器加热导热油，由所述气液换热器流出的产物进入所述热气气换
5.根据权利要求4所述的光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，所述金属氢化物氢储存与压缩装置和所述氨合成塔间依次接有第一温度传感器、压力传感器、第一电磁阀和比例阀。
6.根据权利要求1所述的光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，所述金属氢化物氢储存与压缩装置包括至少两组子装置，能够交替进行吸氢和放氢，所述金属氢化物氢储存与压缩装置内设导热油管、冷却液管和氢气管路，各所述子装置的所述导热油管的入口、所述冷却液管的入口和所述氢气管路的出入口均设有电磁阀，各所述子装置的所述氢气管路上均设有温度传感器和压力传感器。
7.根据权利要求1所述的光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，所述储氢合金粉末为镧镍系、钛锰系、钛铬系和钛铁系中的至少任意一种。
8.根据权利要求4所述的光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，所述废热利用模块包括与所述储热池相接的金属氢化物氢储存与压缩装置供热回路，所述金属氢化物氢储存与压缩装置供热回路上由所述金属氢化物氢储存与压缩装置到所述储热池方向依次接有第二温度传感器、第一油泵和三通电磁阀，由所述储热池到所述金属氢化物氢储存与压缩装置方向依次接有第一流量计、第三温度传感器和第二电磁阀，第一膨胀油箱与所述第一油泵连通保持管路中的油压稳定，所述三通电磁阀与所述第一流量计间接有PTC加热器，当系统冷启动时，所述氨合成塔无废热可供利用，所述PTC加热器通过所述三通电磁阀与所述金属氢化物氢储存与压缩装置相接为其升温压缩和放氢供热；当系统正常运行时，所述三通电磁阀连通所述储热池，系统利用所述氨合成塔废热给所述金属氢化物氢储存与压缩装置升温压缩和放氢供热。
9.根据权利要求4所述的光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，所述废热利用模块还包括与所述储热池相接的氨合成塔废热回收回路和高温产物热回收回路，所述氨合成塔废热回收回路通过在所述氨合成塔内部设置管式换热器吸收合成氨反应热加热导热油，所述氨合成塔废热回收回路上由所述氨合成塔到所述储热池方向依次接有第四温度传感器和第二流量计，所述氨合成塔废热回收回路上由所述储热池到所述氨合成塔方向依次接有第三电磁阀、第二油泵和第五温度传感器，第二膨胀油箱与所述第二油泵接通保持管路中的油压稳定；所述高温产物热回收回路上由所述气液换热器的液相出口到所述储热池间依次接有第六温度传感器和第三流量计，由所述储热池到所述气液换热器的液相入口间依次接有第四电磁阀、第三油泵和第七温度传感器，第三膨胀油箱与所述第三油泵相接保持管路中的油压稳定。
10.根据权利要求1所述的光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，所述冷却模块还包括膨胀水箱、水泵、第一冷却回路和第二冷却回路，所述冷水机通过所述膨胀水箱、所述水泵和第一冷却回路与所述金属氢化物氢储存与压缩装置相接，所述第一冷却回路上依次接有第八温度传感器、第六电磁阀、第九温度传感器和第四流量计，所述冷水机通过所述膨胀水箱、所述水泵和所述第二冷却回路与所述氢气冷却装置相连通，所述第二冷却回路上依次接有第十温度传感器、第五电磁阀、第十一温度传感器和所述第四流量计。
...【技术特征摘要】
1.一种光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，包括：光伏制氢合成氨单元和热管理单元；
2.根据权利要求1所述的光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，所述电解水制氢装置为电解槽，所述电解槽为碱性电解槽和pem电解槽中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，所述光伏制氢合成氨单元还包括储能电池，所述储能电池与所述变压器和所述电解槽均电性连接，所述储能电池用于在所述太阳能板发电量过剩时，对其剩余电量进行储存，并在所述太阳能板发电功率不足时，与所述太阳能板共同为所述电解槽供电。
4.根据权利要求1所述的光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，所述合成氨装置包括氨合成塔和依次连接的热气气换热器、水冷器、冷气气换热器、氨冷器和氨分离器，所述合成氨装置的产物出口与所述气液换热器的气相入口相连通，所述气液换热器的气相出口与所述热气气换热器相连通，高温高压氢气和氮气进入所述氨合成塔后，在催化剂作用下发生合成反应生成高温氨气，高温产物进入所述气液换热器加热导热油，由所述气液换热器流出的产物进入所述热气气换热器预热原料氮气，产物经过所述热气气换热器后依次通过所述水冷器、所述冷气气换热器、所述氨冷器和所述氨分离器后转变为液氨。
5.根据权利要求4所述的光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，所述金属氢化物氢储存与压缩装置和所述氨合成塔间依次接有第一温度传感器、压力传感器、第一电磁阀和比例阀。
6.根据权利要求1所述的光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，所述金属氢化物氢储存与压缩装置包括至少两组子装置，能够交替进行吸氢和放氢，所述金属氢化物氢储存与压缩装置内设导热油管、冷却液管和氢气管路，各所述子装置的所述导热油管的入口、所述冷却液管的入口和所述氢气管路的出入口均设有电磁阀，各所述子装置的所述氢气管路上均设有温度传感器和压力传感器。
7.根据权利要求1所述的光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于，所述储氢合金粉末为镧镍系、钛锰系、钛铬系和钛铁系中的至少任意一种。
8.根据权利要求4所述的光伏制氢合成氨综合能源利用系统，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：李众宇，万燕鸣，刘聪敏，田中辉，邓甜音，程少伟，
申请(专利权)人：北京国氢中联氢能科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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