[实用新型]一种质子传导SOEC和氧离子传导SOFC联合装置

说明书

本实用新型涉及一种质子传导SOEC和氧离子传导SOFC联合装置，制氢系统为质子传导型SOEC电解水蒸气制氢装置，电力供应系统向制氢系统提供电解电源，供水系统向制氢系统提供原料水，氢气分配系统向制氢系统提供保护氢气，制氢系统产生的氢气存储到纯化缓存储氢系统中，发电系统为氧离子传导型SOFC发电装置，氢气分配系统向发电系统提供原料氢，电管理系统将发电系统消耗氢气产生的电能输送到电管理系统中，产生的热量存储到熔盐储热系统中。该质子传导SOEC和氧离子传导SOFC联合装置，制氢装置在高效电解制氢的同时降低制造难度，发电装置既产生了电能又用熔盐储热回收了发电产生的高品质热，整体的能量利用效率高。

技术领域

本实用新型涉及高温制氢用氢，更具体地涉及一种质子传导SOEC和氧离子传导SOFC联合装置。

背景技术

电解水制氢并用氢燃料电池发电，被认为是能让可再生能源充分利用和削峰平谷稳定电网的有效方式之一。然而，如何提高能量利用率是电解水制氢并用氢燃料电池发电的主要难题。

现有的电解水制氢技术可以分为高温电解水制氢和低温电解水制氢。低温电解水制氢包括碱性电解水制氢和PEM电解水制氢等，低温电解水制氢的直流电转化率一般在40％-55％之间，工作温度一般维持在60-90℃。高温电解水制氢是指氧离子传导型SOEC，其直流电转化效率能达到90％以上，工作温度在600℃-1000℃。

现有的氢燃料电池也可以分为高温和低温，低温燃料电池以PEMFC为代表，工作温度在60-80℃；高温燃料电池主要指SOFC，工作温度最高能达到1000℃。实际工作中，低温燃料电池的能量利用率最高不超过70％；若进行热量回收，高温燃料电池的能量利用率能达95％以上。

综上所述，从能量转化率来看，采用高温电解制氢并发电是最理想的方式。但现有的高温电解水制氢的工作温度太高，并且在电解过程中需要持续通入氢气来保证氢电极不失活而保持稳定性，从而造成制造难度大，制造成本高等难题。

实用新型内容

为了解决上述现有技术中的制造难度大等问题，本实用新型提供一种质子传导SOEC和氧离子传导SOFC联合装置。

根据本实用新型的质子传导SOEC和氧离子传导SOFC联合装置，其包括电力供应系统、供水系统、制氢系统、纯化缓存储氢系统、氢气分配系统、发电系统、电管理系统和熔盐储热系统，其中，制氢系统为质子传导型SOEC电解水蒸气制氢装置，电力供应系统与制氢系统连接以向制氢系统提供电解电源，供水系统与制氢系统连接以向制氢系统提供原料水，氢气分配系统与制氢系统连接以向制氢系统提供保护氢气，纯化缓存储氢系统与制氢系统连接以将制氢系统产生的氢气存储到纯化缓存储氢系统中，发电系统为氧离子传导型SOFC发电装置，氢气分配系统与发电系统连接以向发电系统提供原料氢，电管理系统与发电系统连接以将发电系统消耗氢气产生的电能输送到电管理系统中，熔盐储热系统与发电系统连接以将发电系统消耗氢气产生的热量存储到熔盐储热系统中。

优选地，制氢系统包括电解池、水蒸气发生器、气体预热器和气体冷却分离组件，其中，电解池为用于高温电解水蒸汽制氢的质子传导型固体氧化物电解池，供水系统与水蒸气发生器连接以将来自于供水系统的原料水加热为水蒸气，气体预热器连接在电解池和水蒸气发生器之间，水蒸气经过气体预热器后进入电解池的阳极侧电解后失去电子产生氧气，电解出的氢离子穿过电解质层到达电解池的阴极侧获得电子产生氢气，用作保护气的氢气经过气体预热器后进入电解池的阴极侧，气体冷却分离组件连接在电解池的下游以将氧气分离出去并将氢气输送进入纯化缓存储氢系统。

优选地，电解池的工作温度维持在400℃至700℃之间。