[发明专利]一种耦合太阳能镁基化学热泵的高低温电解水制氢系统及工艺

说明书

本发明公开了一种耦合太阳能镁基化学热泵的高低温电解水制氢系统及工艺。系统包括镁基化学热泵单元、高低温电解池制氢单元和混合储电反馈系统单元，镁基化学热泵单元与高低温电解池制氢单元通过第一换热器、第二换热器实现换热连接，高低温电解池制氢单元和混合储电反馈系统单元连接。从高温电解池阴极出来的H₂和H₂O的混合气经过分离器分离，氢气通入储氢反应器中，水为低温电解池提供原料。本发明可以通过降低能量吸收品位、常温储存、提高能量释放品位的方式，降低聚光集热成本，减少储能损失，及电解水制氢效率。

技术领域

本发明属于太阳能水解制氢技术领域，具体涉及一种耦合太阳能镁基化学热泵的高低温电解水制氢系统及工艺。

背景技术

随着化石燃料的不断减少以及对温室气体排放控制的日趋严格，未来的能源结构中，太阳能、风能、海洋能和地热能等可再生能源将成为重要的构成部分。

太阳能以其丰富的资源，清洁，安全，无污染等特点，在可再生能源的发展中占有极其重大的地位。太阳能易获取，无噪音，清洁且开发和利用成本低。正是这些特点加快了太阳能作为一种新的可再生能源的发展速度，并且还推动了太阳能相关技术行业的快速进步。然而，可再生能源具备的天然特征，使其发出电能的电压和频率非常不稳定，并入到大电网中会导致电能质量显著降低。太阳能的不稳定性，间歇性和随机性是太阳能固有的缺点。为了满足能源供需之间不匹配的矛盾，并且提高可再生能源的利用效率，必须大力发展先进的能源储存技术。

对热化学蓄热的研究还并不多见，热化学蓄热相对于其他蓄热方式有两个明显的优点：蓄热密度大，而且可以在室温的情况下长时间储存而不需要绝热措施。蓄热系统是解决热量供需不匹配的有效方式之一。其中镁热化学储热系统是一种极具潜力的储热系统，氢化镁中氢元素含量达到7.6%（质量分数），是所有双原子金属氢化物中最高的，其相应的储热密度达到了2827 kJ/kg。此外，由于氢化镁具有蓄热密度大，蓄放热温度可变，可逆性好且镁的价格也比较便宜等优点，镁含量丰富，价格低廉，毒性低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耦合太阳能镁基化学热泵的高低温电解水制氢系统及工艺。

为达到上述目的，提出以下技术方案：

一种耦合太阳能镁基化学热泵的高低温电解水制氢系统，包括镁基化学热泵单元、高低温电解池制氢单元和混合储电反馈系统单元，镁基化学热泵单元与高低温电解池制氢单元通过第一换热器、第二换热器实现换热连接，高低温电解池制氢单元和混合储电反馈系统单元连接。

进一步地，所述的镁基化学热泵单元包括反射镜、集热反应器、第一换热器、回料器、氢气阀、进料器、储氢反应器和第二换热器，太阳光通过反射镜聚集到集热反应器上进行加热升温，集热反应器的出料口通过进料器与储氢反应器的进料口连接，储氢反应器的出料口与第二换热器的热介质进料口相连接，第二换热器的热介质出料口依次连接回料器和第一换热器的冷介质进料口，第一换热器的冷介质出料口连接集热反应器构成循环回路，集热反应器的出气口通过氢气阀与储氢反应器的进气口相连接，第一换热器的热介质来源于高低温电解池制氢单元。

进一步地，高低温电解池制氢单元包括第三换热器、高温电解池、第四换热器、低温电解池、分离器、水箱、集氧器和集氢器，高温电解池的出氢口与第一换热器的热介质进料口连接，第一换热器的热介质出料口连接第四换热器的热介质进料口，第四换热器的热介质出料口连接分离器，水箱与第四换热器的冷介质进料口连接，冷介质出料口分成第一管路、第二管路和第三管路，第一管路与第二换热器的冷介质进料口连接，第二管路与第三换热器的冷介质进料口连接，第二换热器与第三换热器的冷介质进料口汇合成一管路后与高温电解池的进料口连接，高温电解池的氧气出料口连接第三换热器的热介质进料口，第三换热器的热介质出料口连接集氧器，第三管路与低温电解池的进料口连接，低温电解池的氧气出口连接集氧器，氢气出口连接集氢器，分离器设有两出口，一出口通过管路与第三管路汇合连接，另一出口分成两管路，一管路连接储氢反应器，另一管路连接集氢器，高温电解池和低温电解池与混合储电反馈系统单元连接。