[发明专利]一种分布式制氢储能发电系统及其工作方法

说明书

本发明具体为一种分布式制氢储能发电系统及其工作方法，所述系统包括水电解制氢单元、氢气纯化加湿单元、燃料电池发电单元、固态储氢单元，所述水电解制氢单元通过管路与氢气纯化加湿单元连接，所述氢气纯化加湿单元通过管路分别连接燃料电池发电单元和固态储氢单元，所述燃料电池发电单元通过管路连接水电解制氢单元。所述工作方法包括制氢‑储氢模式、干燥塔再生模式、储氢‑发电模式。将氢气纯化加湿单元的干燥塔与燃料电池发电单元进行耦合，实现水分和能量的高效利用，系统安全性高、稳定性强。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体为一种分布式制氢储能发电系统及其工作方法。

背景技术

作为一种可被储存的二次能源，氢气以及以氢气为燃料的燃料电池正逐渐被广泛应用在分布式储能发电系统中。水电解制氢因其制氢量灵活、设备体积小等优点可作为分布式氢能系统的氢源，特别是当与可再生能源耦合时，整个系统可真正做到低碳甚至零碳。

水电解制备出的氢气经气液分离后，通常需经过纯化干燥系统脱除氢气中的微量氧气和水，然后经氢气存储系统进行储存。氢气干燥方法通常为变温吸附法，较高的再生气压力(通常＞1.5MPa)致使氢气干燥系统具有非常大的工作功耗。

燃料电池在使用过程中需要对水热进行有效管理。为避免质子交换膜干燥导致电解质性能大幅度下降，通常利用外部加湿器对原料气体做增湿处理。目前主要是使用燃料电池自身产生的水对原料空气进行加湿，但这种情况下可能会增湿不充分。而且相关研究结果表明，因产物水主要在阴极生成，燃料电池阴极的水淹区域要大于阳极。因此选择对氢气进行加湿代替空气加湿可以减少燃料电池的水淹概率。同时，燃料电池在低温下启动时，为保证快速启动，通常需要燃料电池外部配备电加热系统对反应气体或冷却液进行加热，但这无疑会导致燃料电池系统的复杂性和辅助功耗的增加。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种分布式制氢储能发电系统及其工作方法。

本发明提供的分布式制氢储能发电系统包括水电解制氢单元、氢气纯化加湿单元、燃料电池发电单元、固态储氢单元，所述水电解制氢单元通过管路与氢气纯化加湿单元连接，所述氢气纯化加湿单元通过管路分别连接燃料电池发电单元和固态储氢单元，所述燃料电池发电单元通过管路连接水电解制氢单元。

优选的，所述水电解制氢单元具有电源系统以及水电解制氢装置。

优选的，所述氢气纯化加湿单元采用两塔干燥装置，所述两塔干燥装置包括脱氧塔、气液冷却分离器、第一干燥塔、第二干燥塔，所述脱氧塔通过管路连接气液冷却分离器，所述气液冷却分离器通过管路分别连接第一干燥塔、第二干燥塔，所述气液冷却分离器通过设有排水阀的管路连接水电解制氢装置。

优选的，所述燃料电池发电单元与第一干燥塔、第二干燥塔连接的管路上设有第一电磁阀，所述固态储氢单元与第一干燥塔、第二干燥塔连接的管路上设有第二电磁阀。

优选的，所述第一电磁阀与燃料电池发电单元之间设有氢气缓冲罐。

优选的，所述燃料电池发电单元包括燃料电池、空气供应子系统、水热管理子系统、电力输出子系统、控制系统，所述燃料电池的氢气进口通过管路与氢气缓冲罐连接。

优选的，所述固态储氢单元包括至少一个储氢装置、连接在储氢装置进气口侧的控制阀门，连接在储氢装置出气口侧的控制阀门。

优选的，所述固态储氢单元的出气口侧通过管路连接至第一干燥塔、第二干燥塔。

优选的，燃料电池发电单元还包括水回收装置，所述水回收装置与水热管理子系统通过管路连接，所述水回收装置还通过管路连接水电解制氢装置。

本发明还提供了一种分布式制氢储能发电系统的工作方法，所述方法包括三种工作模式：

(1)制氢-储氢模式