[发明专利]基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统，其包括可再生能源发电装置、循环式铝储能制氢装置、加氢装置；所述可再生能源发电装置，用于向循环式铝储能制氢装置提供电能；所述循环式铝储能制氢装置，用于将三氧化二铝进行电解获得铝粉，对所述铝粉再进行制氢反应获得氢气和三氧化二铝，将所述氢气输出到加氢装置，将所述三氧化二铝循环使用继续进行电解；所述加氢装置，用于将氢气进行干燥压缩后存储使用；还公开了一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢方法，通过本发明的电解铝的效率在90％以上，铝水制氢效率可至95％，总制氢效率高达80％，从而实现了能源的高效利用。

技术领域

本发明涉及新能源综合利用与化工制氢技术领域，具体涉及一种基于铝储能的循环式可再生能源水解制氢系统及方法。

背景技术

随着世界各国对能源安全、生态环境、气候变化等问题日益重视，加快发展可再生能源已成为国际社会推动能源转型发展、应对全球气候变化的普遍共识和一致行动；但是，由于风电、光伏等可再生能源具有随机性、间歇性等特性，其接入电网会带来电压波动、频率波动等电能质量问题，甚至可能影响到电网安全稳定运行。另外，长期以来我国发电量主要实行计划管理，电网调度只能在计划框架内通过局部优化争取多接纳新能源，调整空间小，效果有限。电力按省域平衡，风电等新能源以就地消纳为主，缺乏跨省、跨区输电的市场机制。省间新能源消纳的市场壁垒林立，据测算，由于省间壁垒造成的弃电量占总弃电量的40％以上。近年来我国可再生能源发电面临的限电问题日趋严重，2016年全国“弃水、弃风、弃光”电量共计近1100亿千瓦时，超过当年三峡电站发电量约170亿千瓦时；未来要实现2020年15％非化石能源比重目标面临的挑战巨大。

因此，当前弃风、弃光、弃水问题已经成为制约我国可再生能源健康发展的一大痛点，国家也将其作为今年的重点任务写进了《政府工作报告》；而“三弃”问题产生的根源在于低负荷、供热期电网向下调峰能力不足和电外送能力弱，其中低负荷是制约可再生能源电力消纳的根本原因。虽然大容量储能技术有助于解决可再生能源的并网问题，保证电网安全稳定运行，但是现有的储能系统难以满足新能源消纳的需要，也无法解决省间壁垒导致的“窝电”问题。

另一方面，当前汽车工业可持续发展同样面临着严峻的能源和环境挑战，而我国石油对外依存度逐年攀升，今年一季度依存度已升至69％，原油日均进口量303万桶，预计原油进口将在2020年翻倍，严重威胁着国家的能源安全；我国已成为全球最大的二氧化碳排放国，交通耗能约占能源消耗总量的30％，汽车尾气已成为大中城市温室气体的首要来源，交通领域的PM2.5贡献率超过25％，雾霾天气频发，汽车节能减排任务艰巨；因而，发展新能源汽车已是全球的共识，同时也是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，已成为我国的基本国策之一。

新能源汽车主流路线包括纯电动汽车和燃料电池汽车；纯电动汽车主要以锂离子电池提供动力，存在着充电时间长(＞60分钟)、能量密度低(电池系统＜150Wh/kg)、续航里程短(＜300公里)以及安全性差等瓶颈问题。燃料电池汽车则以燃料电池提供动力，将氢气和氧气通入电池内二者即发生电催化反应产生纯水并释放出电能，具有零排放无污染、能量密度高(电池系统＞350Wh/kg)、续航里程与传统汽车相当、加注燃料(压缩氢气)时间短(5-10分钟)等优点，因而业内一致认为燃料电池汽车将是汽车工业的终极目标。