[发明专利]固体氧化物电解水制氢装置及其运行控制方法

说明书

本发明的实施例提供了一种固体氧化物电解水制氢装置及其运行控制方法，涉及电解水制氢技术领域。装置包括可同时或单独被电加热或气加热的蒸汽发生器和可同时或单独被电加热或气加热的电解池。该运行控制方法，可根据当前工作周期或所预测的下一工作周期的可再生能源发电弃电量，并结合储氢模块的剩余容量，通过运行控制方法中设定的判断条件，确定固体氧化物电解水制氢装置的制氢运行模式，以及电解池和蒸汽发生器的热待机方式，使固体氧化物电解水制氢装置工作于强工作模式、弱工作模式、电待机模式和气待机模式或关闭装置，以使弃电被经济利用，使整个制氢和储氢系统处于经济最优的运行状态。

技术领域

本发明涉及电解水制氢技术领域，具体而言，涉及一种固体氧化物电解水制氢装置及其运行控制方法。

背景技术

近年来，随着可再生能源装机容量不断增长，弃风、弃光、弃水问题越来越严峻。因此，富余可再生能源的消纳与存储是当前能源健康发展亟待解决的重要难题。

储能技术就顺势成为了解决“三弃”问题的必由之路——将可再生能源发电储存起来，在需要时释放，以保障可再生能源发电持续、稳定的电能输出，提高电网接纳间歇式可再生能源的能力。

与其他储能技术相比，氢作为储能介质，具有能量密度高、补能速度快、低温适应好、绿色清洁、低碳高效等优势，非常适合作为长周期储能手段，来解决风力发电、光伏发电所面临的时段不平衡、季度不平衡等问题。氢能可以通过电解水技术获取，也可以通过燃料电池技术再转化为电能。因此，氢储能技术是实现传统电网无法实现的大规模、跨季节、跨时段、跨地域的储能，将成为促进可再生能源消纳的利器。

电解水是氢储能技术的重要组成部分。高温固体氧化物电解水制氢技术的工作温度为600℃～950℃，高温工作环境使其具有比其它电解水制氢技术更高的转化效率，但也带来了需要维持高温工作环境的问题，尤其是当应用于间歇性的可再生能源制氢时，频繁启停或降温致使工作温度不恒定，则增加了启动时间，降低了转化效率，提高了制氢成本。

发明内容

本发明的目的包括提供一种固体氧化物电解水制氢装置及其运行控制方法，其能够使整个制氢和储氢系统处于经济最优的运行状态。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种固体氧化物电解水制氢装置，固体氧化物电解水制氢装置包括蒸汽发生器和电解池，蒸汽发生器包括汽化模块、电加热模块和气保温模块，汽化模块可同时或单独被电加热模块和气保温模块加热，电解池包括电解模块、电保温模块和气加热模块，电解模块可同时或单独被电保温模块和气加热模块加热。

在可选的实施方式中，气保温模块包括与气加热模块连通的主管道、均匀布置于汽化模块的底部和四周的毛细管道和尾气的排出管道。

在可选的实施方式中，主管道接收气加热模块加热电解池后的余热，并通过毛细管道将热能传输至汽化模块的底部和四周，以维持汽化模块在200℃以上的工作环境，并将尾气通过排出管道排出。

在可选的实施方式中，气加热模块包括与储氢模块通的管道、均匀布置于电解模块的各电解小室四周的毛细管道、与气保温模块连通的余热供给管道。

在可选的实施方式中，气加热模块用于通过管道与储氢模块连通，从储氢模块获取恒定流量的氢气并经燃烧获得热能，通过毛细管道将热能传输至电解模块各电解小室的四周，用于维持电解模块在600℃以上的工作环境，并将余热通过连通管道供给气保温模块。

在可选的实施方式中，蒸汽发生器的最大制取蒸汽产量大于电解模块以最高功率运行时所需的蒸汽流量。

第二方面，本发明提供一种固体氧化物电解水制氢装置的运行控制方法，固体氧化物电解水制氢装置的运行控制方法用于控制前述实施方式任一项的固体氧化物电解水制氢装置。

在可选的实施方式中，固体氧化物电解水制氢装置的运行控制方法包括：