分频太阳能制氢与供热耦合系统的制作方法

本技术涉及太阳能利用，尤其涉及一种分频太阳能制氢与供热耦合系统。

背景技术：

1、太阳能作为一种清洁、可再生的能源形式，具有巨大潜力和重要性。由于太阳的光能可转化为热能、电能和化学能，被广泛应用到工业、农业等多种领域中。随着能源消耗量增大以及环保意识的增强，太阳能在能源结构中的作用愈发重要。因此，如何高效利用清洁能源太阳能成为本领域的研究方向之一。

技术实现思路

1、本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本技术第一方面提出了一种分频太阳能制氢与供热耦合系统，包括：太阳能利用模块、制氢模块和供热模块；所述太阳能利用模块包括抛物面聚光器、分频器、光伏电池、集热管和第一换热器，所述供热模块包括锅炉、第二换热器、第三换热器和冷却塔；其中，

3、所述抛物面聚光器用于聚集太阳光；

4、所述分频器用于将所述太阳光的短波段太阳光反射至所述光伏电池，将所述太阳光的长波段太阳光透射至所述集热管；

5、所述光伏电池与所述制氢模块连接，所述光伏电池用于吸收所述短波段太阳光，将所述短波段太阳光转化为电能，为所述制氢模块提供直流电源；

6、所述制氢模块用于利用所述直流电源进行电解水，生成氢气，并获得高温电解液；

7、所述第二换热器的冷端入口与所述冷却塔的出口连接，所述第二换热器的冷端出口与所述第一换热器的冷端入口连接，所述第二换热器用于利用所述高温电解液的热量为进入所述锅炉的导热流体进行预热；

8、所述集热管用于吸收所述长波段太阳光的热量加热所述集热管内介质；

9、所述第一换热器的热端入口与热端出口分别与所述集热管连接，所述第一换热器的冷端出口与所述锅炉的入口连接，所述第一换热器用于利用所述集热管内介质的热量为进入所述锅炉的导热流体进行预热；

10、所述锅炉用于加热所述导热流体；

11、所述第三换热器的热端入口与所述锅炉的出口连接，所述第三换热器的热端出口与所述冷却塔的入口连接，所述第三换热器用于将所述锅炉出口的导热流体热量传输至系统外供热网络进行供热；

12、所述冷却塔用于冷却所述导热流体。

13、在本技术一些实施例中，所述制氢模块包括质子交换膜电解水反应单元和碱性电解水反应单元，所述质子交换膜电解水反应单元利用质子交换膜电解水堆进行电解水，生成氢气并获得高温电解液纯水，所述碱性电解水反应单元利用碱性电解水堆进行电解水，生成氢气并获得高温电解液碱液。

14、在本技术一些实施例中，所述质子交换膜电解水反应单元包括：所述质子交换膜电解水堆、第一气液分离器、第二气液分离器、纯水储液罐和第一变温吸附器；其中，

15、所述质子交换膜电解水堆与所述光伏电池连接，所述质子交换膜电解水堆用于利用所述直流电源进行电解水，获得第一阴极气液混合物和第一阳极气液混合物；

16、所述第一气液分离器的入口与所述质子交换膜电解水堆的阴极出口连接，所述第一气液分离器用于分离所述第一阴极气液混合物，获得阴极高温电解液的纯水和第一阴极气相产物；

17、所述第二气液分离器的入口与所述质子交换膜电解水堆的阳极出口连接，所述第二气液分离器用于分离所述第一阳极气液混合物，获得阳极高温电解液的纯水和氧气；

18、所述纯水储液罐的入口分别与所述第一气液分离器的液体出口和所述第二气液分离器的液体出口连接，所述纯水储液罐用于存储所述阴极高温电解液纯水和所述阳极高温电解液纯水，并通过所述第二换热器利用所述阴极高温电解液纯水和所述阳极高温电解液纯水为进入所述锅炉的导热流体进行预热；

19、所述第一变温吸附器与所述第一气液分离器的气体出口连接，所述第一变温吸附器用于吸附所述第一阴极气相产物中的氧气杂质和水蒸气杂质，获得所述氢气。

20、在本技术一些实施例中，所述碱性电解水反应单元包括：所述碱性电解水堆、第一气碱液分离器、第二气碱液分离器、碱液储液罐和第二变温吸附器；其中，

21、所述碱性电解水堆与所述光伏电池连接，所述碱性电解水堆用于利用所述直流电源进行电解水，获得第二阴极气液混合物和第二阳极气液混合物；

22、所述第一气碱液分离器的入口与所述碱性电解水堆的阴极出口连接，所述第一气碱液分离器用于分离所述第二阴极气液混合物，获得阴极高温电解液碱液和第二阴极气相产物；

23、所述第二气碱液分离器的入口与所述碱性电解水堆的阳极出口连接，所述第二气碱液分离器用于分离所述第二阳极气液混合物，获得阳极高温电解液碱液和氧气；

24、所述碱液储液罐的入口分别与所述第一气碱液分离器的液体出口和所述第二气碱液分离器的液体出口连接，所述碱液储液罐用于存储所述阴极高温电解液碱液和所述高温电解液碱液，并通过所述第二换热器利用所述阴极高温电解液碱液和所述高温电解液碱液为进入所述锅炉的导热流体进行预热；

25、所述第二变温吸附器与所述第一气碱液分离器的气体出口连接，所述第二变温吸附器用于吸附所述第二阴极气相产物中的氧气杂质和水蒸气杂质，获得所述氢气。

26、在本技术一些实施例中，所述碱性电解水堆的额定功率大于所述质子交换膜电解水堆的额定功率。

27、在本技术一些实施例中，所述碱性电解水堆的额定功率占所述制氢模块额定功率的80％，所述质子交换膜电解水堆的额定功率占所述制氢模块额定功率的20％。

28、在本技术一些实施例中，所述系统还包括制氨模块，所述制氨模块包括高温高压反应槽和氨气存储罐，所述锅炉的出口与所述第三换热器的热端入口之间设有第四换热器；其中，

29、所述第四换热器的热端入口与所述锅炉的出口连接，所述第四换热器的热端出口与所述第三换热器的热端入口连接，所述第四换热器用于利用所述锅炉出口的导热流体热量为所述高温高压反应槽提供热量；

30、所述高温高压反应槽的氢气入口与所述制氢模块连接，所述高温高压反应槽用于利用所述制氢模块生成的氢气与通入所述高温高压反应槽的氮气反应获得氨气；

31、所述氨气存储罐与所述高温高压反应槽的出口连接，所述氨气存储罐用于存储所述氨气。

32、在本技术一些实施例中，所述导热流体为纯水或水蒸气，所述集热管内介质为空气或导热油。

33、在本技术一些实施例中，所述质子交换膜电解水堆和所述碱性电解水堆的温度为80或90℃，压力为20atm。

34、在本技术一些实施例中，所述碱液为氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液，所述碱液的质量溶度为10-30％。

35、在本技术一些实施例中，所述高温高压反应槽的额定温度为350℃，压力为20atm。

36、本技术利用太阳光的短波段太阳光为制氢模块供电，制备氢气，利用太阳光的长波段太阳光为供热模块进行供热，实现了太阳能全波段的高效使用。此外，在本技术实施例中，将制氢模块与供热模块进行耦合。在利用制氢过程中产生的高温电解液热量为供热模块中的导热流体进行一次预热，利用长波段太阳光的热量为导热流体进行二次预热后，通过锅炉进一步加热为供热网络供热，换热完成后进入冷却塔冷却，实现供热模块的管路流体循环，充分利用清洁能源太阳光的能量，可降低部分能源成本。

37、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。