[发明专利]一种清洁氢与可再生能源氢联合生产系统

说明书

本发明公开了一种清洁氢与可再生能源氢联合生产系统，包括光伏发电系统、风力发电系统、外部电网接入系统、电解水制氢系统、富氧燃烧制氢系统、二氧化碳捕集与液化系统、储能系统，其中：所述光伏发电系统、风力发电系统、外部电网接入系统、储能系统通过电力母线与电解水制氢系统连接；所述电解水制氢系统与富氧燃烧制氢系统连接，所述富氧燃烧制氢系统与二氧化碳捕集与液化系统连接。本发明首次提出了一种整合光伏、风电、氢能、富氧燃烧、碳捕集等多种新能源技术，最终实现进行多能互补、供应耦合，可再生能源制绿氢与二氧化碳捕集回收下供应清洁氢的能源系统，为实现碳中和目标提出了一种可实施的绿色制氢工厂技术方案。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其是涉及一种整合光伏、风电、氢能、富氧燃烧、碳捕集等多种新能源技术，最终实现进行多能互补、供应耦合，可再生能源制绿氢与二氧化碳捕集回收下供应清洁氢的能源系统，为实现碳中和目标提出了一种可实施的高效绿色制氢工厂技术方案。

背景技术

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳能电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳能电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

风力发电是把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的风速(微风的程度)，便可以开始发电。

全球风能、水能、太阳能等清洁能源资源非常丰富，理论年可开采量相当于全球化石能源剩余探明可采储量的38倍。但他们致命缺点是不能长期稳定的提供能源输出，需要依靠现有能源系统补能调峰或单独配置储能调峰系统。

电解水制氢过程实际上是一种能量转换过程，即将一次能源转换为能源载体氢能的过程。目前两大类水电解制氢技术可以在低温条件下进行实际应用，分别是碱性液体水电解与固体聚合物(PEM)水电解两类。碱性液体水电解技术是以KOH、NaOH水溶液为电解质，如采用石棉布等作为隔膜，在直流电的作用下，将水电解，生成氢气和氧气。产出的气体需要进行脱碱雾处理。典型的PEM水电解技术主要部件包括阴阳极气体扩散层、阴阳极催化层和质子交换膜等。在PEM技术中，水中的氢离子穿过质子交换膜与电子结合成为氢原子，氢原子相互结合形成氢分子。PEM质子交换膜作为固体电解质，一般使用全氟磺酸膜，起到隔绝阴阳极生成气，阻止电子的传递，同时传递质子的作用。质子交换膜替代了石棉膜隔绝电极两侧的气体，避免了碱性液体电解质电解槽使用强碱性液体电解质所带来的缺点。此外，PEM水电解池采用零间隙结构，电解池体积更为紧凑精简降低了电解池的欧姆电阻，大幅提高了电解池的整体性能。

烃类蒸汽转化制氢工艺是一种在我国大量成熟应用的化工工艺过程。适用于烃类转化制氢的原料种类很多，包括天然气、液化石油气、各种炼厂气、合成气、直馏石脑油、抽余油、拔头油及二次加工油等。其中以分子量最轻、碳氢比最小的天然气制氢为最佳。专利描述主要以天然气为示例：天然气制氢由天然气蒸汽转化制转化气和变压吸附(PSA)提纯氢气(H₂)两部分组成，压缩并脱硫后天然气与水蒸汽混合后，在镍催化剂的作用下于750～850℃将天然气物质转化为氢气(H₂)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO₂)的转化气，转化气可以通过变换将一氧化碳(CO)变换为氢气(H₂)，成为变换气，然后，转化气或者变换气通过变压吸附(PSA)过程，得到高纯度的氢气(H₂)。相关反应属于吸热反应，需要燃烧燃料进行热量补充。