[发明专利]一种宽功率电解水制氢系统

说明书

本申请涉及一种宽功率电解水制氢系统，属于电解水制氢技术领域，其包括多组并联的电解水制氢模组，每个电解水制氢模组中设置多个不同功率等级的电解水制氢模组，每个电解水制氢模组包括多个电解槽，每个电解槽内设置有多根铂催化棒，催化棒的外周固接有多个松果球状铂金属催化单元，所有催化棒通过驱动装置围绕催化棒的轴线进行转动。本申请具有能够适应风电和光伏电的功率波动和提高电解氢反应速度及生产效率的效果。

技术领域

本申请涉及电解制氢的领域，尤其是涉及一种宽功率电解水制氢系统。

背景技术

目前，在新能源体系中，氢能是一种理想的二次能源，与其他能源相比，氢热值高，且燃烧产物为水，是最环保的能源。既能以气、液相的形式存储在高压罐中，也能以固相的形式储存在储氢材料中，因此，氢被认为是最有希望取代传统化石燃料的能源载体。目前，制氢的方法主要包括煤制氢、天然气重整制氢等，其中，通过水电解方式不仅无污染且获得的氢气纯度较高。但是水电解制氢存在成本高的问题，所以一直以来没有被推广应用。随着我国风电、光伏发电和潮汐发电等技术的大规模发展，利用可再生能源电解水制氢为氢能提供了绿色、低碳、低成本、可持续的生产方式。

然而由于风电、光伏等电源的波动性，对电解水制氢系统的耐功率波动范围和系统控制提出了更高的要求。公布号为CN111826669A的专利公开了具有宽功率波动适应性的大型电解水制氢系统及控制方法，其通过在并联的每个电解水制氢模组中设置多个不同功率等级的电解水制氢模组，该方案采用了灵活搭配不同功率等级电解水制氢模组的系统架构，有利于使各电解水制氢设备在宽功率波动条件下均处于最佳工作点附近，因此能够提升大型电解水在各输入工况下的制氢能耗效率，大幅提升电解水制氢系统的宽功率波动适应性。

相关的，水电解制氢技术中催化剂的使用也是造成该技术成本高的重要原因之一，中国科学技术大学的近期研究成果中将原先板状、片状的铂金属催化剂巧妙设计成了遍布针尖的“松球结构”催化剂，在保持催化制氢效果不变的情况下，与商业铂碳催化剂相比，铂金属的用量仅有原来的七十五分之一，大大降低了催化剂的成本。围绕该技术的进一步研究是需要做的工作，因此，如何设计一种既具有宽功率波动适用性，且更加高效节约的电解水制氢系统是需要解决的技术问题。

发明内容

为了改善电解水制氢成本高、耐功率波动范围小的技术问题，本申请提供一种宽功率电解水制氢系统。

本申请提供的一种宽功率电解水制氢系统采用如下的技术方案：

包括多组并联的电解水制氢模组，每个电解水制氢模组中设置多个不同功率等级的电解水制氢模组，每个电解水制氢模组包括多个电解槽，每个电解槽内设置有多根铂催化棒，催化棒的外周固接有多个松果球状铂金属催化单元，催化棒通过驱动装置围绕催化棒的轴线进行转动。

通过采用上述技术方案，当电量大小变化时，可启用相应数量的电解水模组以及模组中相应数量的电解水模块，使得该系统能够适应风电和光伏电的功率波动；催化棒的外周固接有多个松果球状铂金属催化单元极大的增加了催化剂与碱性电解溶液中的反应物的接触面积；当催化棒在电解槽内转动时，松果球状铂金属催化单元与碱性电解溶液产生相对运动，使得催化单元表面产生的氢气或氧气气泡及时与催化剂脱离，从而使得碱性电解溶液能够更充分高效的与催化剂接触产生反应，进而提高反应速度。

可选的，相邻两根催化棒的转动方向相反。

通过采用上述技术方案，使得铂金属催化单元周围的碱性电解溶液产生相互冲击，更好的将气泡进行脱离。

可选的，每个电解槽内通过离子交换膜分隔成多个阴级反应区和阳级反应区，每个反应区的多根催化棒设置至少两排，并在电解槽内呈等间距梅花状布置。

通过采用上述技术方案，充分利用电解槽内空间，减小设备尺寸，提高反应效能。