【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及制氢、发电和供热的装置和系统的，具体而言，涉及一种基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统。
技术介绍
1、近年来，氢作为一种有前途的能源载体，具有原料丰富、高能量密度、高热值和多样化来源等优点，引起了全球广泛的关注。利用传统火电产生的电能通过电解水制氢的方法总体成本并不低廉，且整个过程会排放大量二氧化碳。因此，绿色制氢的概念应运而生，简称“绿氢”。绿氢是指利用可再生能源制得的氢，其燃烧时只产生水，从源头上实现了二氧化碳零排放，是纯正的绿色新能源，在全球能源转型中扮演着重要角色。这种正在被探索的方法以减少对化石燃料的依赖并进一步减碳为主要目标。从环境角度来看，此种方法非常有吸引力，因为在电解水过程中使用比较温和的条件，并且结合燃料电池使用氢气时不会产生温室气体。目前国际上，欧盟碳关税已经落地，灰氢、蓝氢将收取关税，绿氢成为氢能源领域的最佳选择。然而，在全球迫切需要减少碳排放的情况下，绿氢仍然面临着经济可行性和可持续性之间如何取得平衡的重大挑战。尽管我国在推动氢作为可持续能源载体方面取得了进展，但同时提供低成本和清洁的氢仍然是一个挑战，为了降低绿色制氢的经济成本，需要采用进一步发挥氢储存潜力的方法及更高效的制氢设计。因此，如何更有效地将可再生能源水、太阳能与固体氧化物电解槽及其可逆反应——固体氧化物燃料电池相结合，以更有效地生产、储存和利用氢气，并将余热用于发电和供热，使得一方面像太阳能和水这样的可再生能源的利用效率达到最高，而另一方面以尽可能低的成本实现绿氢制造，同时提供电和热是本专利技术旨在解决的
2、常见的电解水制氢技术有碱性电解槽(alkaline electrolysis cell，aec)、质子交换膜电解槽(polymer electrolyte membrane electrolysis cell，pemec)和soec等。然而aec制氢的缺点是效率低、响应速度慢，消耗电力成本过高(成本的85％以上)，pemec制氢的缺点是pem电解槽本身成本过高，投资回收期长(通常9年以上)。soec电解水制氢由于具有制氢效率高、环境污染小、余热高效利用等优点而成为固定化和大规模制氢的最有有前途的技术之一。
3、在工业生产过程中所释放的可以被回收再利用的热量被称为余热。由于中低温余热的品位较低，往往没有被完全合理地回收且利用，这导致了大量能源的浪费。有机朗肯循环和卡琳娜循环都是发展前景广阔的低温余热动力利用技术，这两种技术在余热利用方面各有其优势。卡琳娜循环以氨水混合物作为工质的新型动力循环。由于氨的沸点远比水的沸点低，可在较低的温度下处于气化状态，因此在中低温余热利用中具有明显优势，其主要优势在于运行效率较高并且工质环保性好，由于氨-水混合物在250℃以上容易分解，所以卡琳娜循环通常针对中低温热源进行再利用。有机朗肯循环是以有机物为工质的循环，是将余热的热能转化为功的热力学循环过程，其循环工质为有机工质——有机蒸汽。主要由换热器、工质泵、冷凝器和涡轮机四大部套组成，构成简单。该循环系统尤为突出的优点是其可利用的热源温度低，结构组成相对简单，成本低，大大增加了可利用资源的范围。
技术实现思路
1、为解决上述问题和缺陷，本专利技术提供了一种基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢、发电及供热系统，本专利技术结合了定日太阳能场、固体氧化物燃料电池、固体氧化物电解槽及卡琳娜循环和有机朗肯循环的系统，提出了一种充分利用可再生资源太阳能和水制取绿氢，同时存储氢气和利用绿氢发电和供热的系统。
2、基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统，其包括：太阳集热系统、冷熔盐储存罐、热熔盐储存罐、一号换热器、soec、六号换热器、二号换热器、三号换热器、o2储罐、压缩机和h2储罐，冷熔盐储存罐通过管道与太阳集热系统相连，太阳集热系统通过管道与热熔盐储存罐相连，热熔盐储存罐与一号换热器、六号换热器分别通过管道相连，一号换热器与soec通过管道相连，soec与二号换热器通过管道相连，二号换热器与o2储罐、三号换热器分别通过管道相连，三号换热器与h2o储罐、压缩机、区域供热系统分别通过管道相连，压缩机与h2储罐通过管道相连，h2o储罐与二号换热器通过管道相连，六号换热器与冷熔盐储存罐通过管道相连；其中，太阳集热系统将太阳能转换为热能，冷熔融盐被泵送至太阳集热系统产生热熔盐，热熔盐被储存在热熔盐储存罐中，热熔盐储存罐的一部分热熔盐被泵送至一号换热器与水进行换热，产生的高温水蒸气进入soec发生电化学反应，soec利非用电高峰时过剩的电能(或结合可再生能源产生的电能)以及熔融盐热量产生高温氢气和高温氧气，高温氢气与高温氧气进入到二号换热器进行换热，换热后的氧气进入o2储罐，换热后的氢气与soec中未反应的水进入三号换热器，三号换热器可进行区域供热，从三号换热器出来的氢气进入压缩机(由电网或可再生能源产生的电能驱动)，然后进入h2储罐，从三号换热器出来的h2o进入h2o储罐；热熔盐储存罐的另一部分热熔盐被泵送至六号换热器进行换热后回到冷熔盐储存罐。
3、于本专利技术的一种实施方式中，所述的基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统还包括四号换热器，压缩机与四号换热器通过管道相连，四号换热器与h2储罐通过管道相连，四号换热器与区域供热系统通过管道相连。
4、于本专利技术的一种实施方式中，太阳集热系统包括定日太阳能场、定日塔、中央接收器，定日太阳能场设置于定日塔的周围，定日太阳能场由若干定日镜构成，中央接收器设置于定日塔上，定日镜由机械驱动方式将太阳辐射恒定地朝同一目标点反射，并聚集在吸热塔的中央接收器，中央接收器与冷熔盐储存罐、热熔盐储存罐分别通过管道相连，中央接收器接收被泵送的冷融盐，冷融盐接收由定日镜反射来的太阳光，高温热能在中央接收器中与冷融盐换热，产生的热熔盐储存在热熔盐储存罐中。
5、于本专利技术的一种实施方式中，所述的基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统还包括：五号换热器和sofc，h2储罐和o2储罐分别通过管道与五号换热器相连，五号换热器通过管道与六号换热器相连，sofc的出口通过管道与五号换热器相连，五号换热器与卡琳娜循环系统和/或有机朗肯循环系统相连；氢气与氧气进入五号换热器预热，然后与六号换热器中的热熔盐进行热交换，然后进入sofc进行反应。
6、于本专利技术的一种实施方式中，卡琳娜循环系统包括冷凝器、七号换热器、蒸发器、分离器、涡轮机、发电机、节流阀和混合器，冷凝器与七号换热器、混合器分别通过管道相连，七号换热器与蒸发器、混合器分别通过管道相连，蒸发器与分离器通过管道相连，分离器与涡轮机、七号换热器分别通过管道相连，涡轮机设置于发电机内，涡轮机与混合器通过管道相连，七号换热器与混合器的管道上设置有节流阀；其中，氨水混合物经过冷凝器冷凝后，然后被泵送至七号换热器预热，进入蒸发器与中低温热源进行换热，换热后的氨-水工质进入分离器进行分离，分离后工质变为富氨蒸汽和贫氨工质，富氨蒸汽进入涡轮本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统，其特征在于，其包括：太阳集热系统、冷熔盐储存罐、热熔盐储存罐、一号换热器、SOEC、六号换热器、二号换热器、三号换热器、O2储罐、压缩机和H2储罐，冷熔盐储存罐通过管道与太阳集热系统相连，太阳集热系统通过管道与热熔盐储存罐相连，热熔盐储存罐与一号换热器、六号换热器分别通过管道相连，一号换热器与SOEC通过管道相连，SOEC与二号换热器通过管道相连，二号换热器与O2储罐、三号换热器分别通过管道相连，三号换热器与H2O储罐、压缩机、区域供热系统分别通过管道相连，压缩机与H2储罐通过管道相连，H2O储罐与二号换热器通过管道相连，六号换热器与冷熔盐储存罐通过管道相连；其中，太阳集热系统将太阳能转换为热能，冷熔融盐被泵送至太阳集热系统产生热熔盐，热熔盐被储存在热熔盐储存罐中，热熔盐储存罐的一部分热熔盐被泵送至一号换热器与水进行换热，产生的高温水蒸气进入SOEC发生电化学反应，SOEC产生高温氢气和高温氧气，高温氢气与高温氧气进入到二号换热器进行换热，换热后的氧气进入O2储罐，换热后的氢气与SOEC中未反应的水进入三号换热器，三号
2.根据权利要求1所述的基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统，其特征在于，其还包括四号换热器，压缩机与四号换热器通过管道相连，四号换热器与H2储罐通过管道相连，四号换热器与区域供热系统通过管道相连。
3.根据权利要求1所述的基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统，其特征在于，太阳集热系统包括定日太阳能场、定日塔、中央接收器，定日太阳能场设置于定日塔的周围，定日太阳能场由若干定日镜构成，中央接收器设置于定日塔上，定日镜由机械驱动方式将太阳辐射恒定地朝同一目标点反射，并聚集在吸热塔的中央接收器，中央接收器与冷熔盐储存罐、热熔盐储存罐分别通过管道相连，中央接收器接收被泵送的冷融盐，冷融盐接收由定日镜反射来的太阳光，高温热能在中央接收器中与冷融盐换热，产生的热熔盐储存在热熔盐储存罐中。
4.根据权利要求1所述的基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统，其特征在于，其还包括：五号换热器和SOFC，H2储罐和O2储罐分别通过管道与五号换热器相连，五号换热器通过管道与六号换热器相连，SOFC的出口通过管道与五号换热器相连，五号换热器与卡琳娜循环系统和/或有机朗肯循环系统相连；氢气与氧气进入五号换热器预热，然后与六号换热器中的热熔盐进行热交换，然后进入SOFC进行反应。
5.根据权利要求4所述的基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统，其特征在于，卡琳娜循环系统包括冷凝器、七号换热器、蒸发器、分离器、涡轮机、发电机、节流阀和混合器，冷凝器与七号换热器、混合器分别通过管道相连，七号换热器与蒸发器、混合器分别通过管道相连，蒸发器与分离器通过管道相连，分离器与涡轮机、七号换热器分别通过管道相连，涡轮机设置于发电机内，涡轮机与混合器通过管道相连，七号换热器与混合器的管道上设置有节流阀；其中，氨水混合物经过冷凝器冷凝后，然后被泵送至七号换热器预热，进入蒸发器与中低温热源进行换热，换热后的氨-水工质进入分离器进行分离，分离后工质变为富氨蒸汽和贫氨工质，富氨蒸汽进入涡轮机做功，进而带动发电机发电，贫氨工质进入七号换热器进行预热，预热完成后的贫氨工质进入节流阀进行降压，进入混合器混合，然后进入冷凝器进行下一次循环。
6.根据权利要求5所述的基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统，其特征在于，卡琳娜循环系统还包括八号换热器，八号换热器与蒸发器通过管道相连，八号换热器与区域供热系统通过管道相连，蒸发器剩余的低质量余热在八号换热器回收，用于区域供热。
7.根据权利要求4所述的基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统，其特征在于，有机朗肯循环系统包括：蒸发器、涡轮机、发电机和冷凝器，蒸发器与五号换热器、涡轮机分别通过管道相连，涡轮机设置于发电机内，涡轮机与冷凝器通过管道相连，冷凝器与蒸发器通过管道相连；其中，有机工质在蒸发器中从余热源中吸收热量，产生有机饱和蒸汽和有机过热蒸汽，有机蒸汽进入涡轮机做功，进而带动发电机发电，在涡轮机做完功的有机乏汽进入冷凝器被冷却为液体，有机液体被泵送进入蒸发器进行下一次循环。
8.根据权利要求7所述的基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统，其特征在于，有机朗肯循环系...
【技术特征摘要】
1.基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统，其特征在于，其包括：太阳集热系统、冷熔盐储存罐、热熔盐储存罐、一号换热器、soec、六号换热器、二号换热器、三号换热器、o2储罐、压缩机和h2储罐，冷熔盐储存罐通过管道与太阳集热系统相连，太阳集热系统通过管道与热熔盐储存罐相连，热熔盐储存罐与一号换热器、六号换热器分别通过管道相连，一号换热器与soec通过管道相连，soec与二号换热器通过管道相连，二号换热器与o2储罐、三号换热器分别通过管道相连，三号换热器与h2o储罐、压缩机、区域供热系统分别通过管道相连，压缩机与h2储罐通过管道相连，h2o储罐与二号换热器通过管道相连，六号换热器与冷熔盐储存罐通过管道相连；其中，太阳集热系统将太阳能转换为热能，冷熔融盐被泵送至太阳集热系统产生热熔盐，热熔盐被储存在热熔盐储存罐中，热熔盐储存罐的一部分热熔盐被泵送至一号换热器与水进行换热，产生的高温水蒸气进入soec发生电化学反应，soec产生高温氢气和高温氧气，高温氢气与高温氧气进入到二号换热器进行换热，换热后的氧气进入o2储罐，换热后的氢气与soec中未反应的水进入三号换热器，三号换热器可进行区域供热，从三号换热器出来的氢气进入压缩机，然后进入h2储罐，从三号换热器出来的h2o进入h2o储罐；热熔盐储存罐的另一部分热熔盐被泵送至六号换热器进行换热后回到冷熔盐储存罐。
2.根据权利要求1所述的基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统，其特征在于，其还包括四号换热器，压缩机与四号换热器通过管道相连，四号换热器与h2储罐通过管道相连，四号换热器与区域供热系统通过管道相连。
3.根据权利要求1所述的基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统，其特征在于，太阳集热系统包括定日太阳能场、定日塔、中央接收器，定日太阳能场设置于定日塔的周围，定日太阳能场由若干定日镜构成，中央接收器设置于定日塔上，定日镜由机械驱动方式将太阳辐射恒定地朝同一目标点反射，并聚集在吸热塔的中央接收器，中央接收器与冷熔盐储存罐、热熔盐储存罐分别通过管道相连，中央接收器接收被泵送的冷融盐，冷融盐接收由定日镜反射来的太阳光，高温热能在中央接收器中与冷融盐换热，产生的热熔盐储存在热熔盐储存罐中。
4.根据权利要求1所述的基于可逆固体氧化物电池和定日太阳能场的制氢发电及供热系统，其特征在于，其还包括：五号换热器和sofc，h2储罐和o2储罐分别通过管道与五号换热器相连，五号换热器通过管道与六号换热器相连，sofc的出口通过管道与五号换热器相连，五号换热器与卡琳娜循环系统和/或有机朗肯循环系统相连；氢气与氧气进入五号换热器预热，然后与六号换热器中的热熔盐进行热交换，然后进入sofc进行反应。...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋明，胡嘉怡，覃文，蒋文春，张玉财，罗云，万娱，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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