一种光热与电解水耦合的制氢系统及方法与流程

本发明涉及光伏，具体是一种光热与电解水耦合的制氢系统及方法。

背景技术：

1、由于光伏发电随季节、天气、每日不同时间的变化而变化，其波动性非常大，导致并网利用率低、弃电率高。而具有工作电流密度范围宽、对电源波动的适应能力强特点的质子交换膜(pem)电解水制氢是为数不多的可兼容光伏波动性特征的应用，理论上可形成理想的绿色能源利用路径。当前已有一些该方面的光伏耦合质子交换膜电解水制氢系统的设计，但却仍然存在较多问题，使得导致设计冗余且制氢效率低下。尤其是以下几方面核心问题：

2、(1)为了达到光伏调峰的目的，通常需要额外配置储能电站、燃料电池、蓄电池等缓冲或反馈调节光伏波动，成本高昂；

3、(2)大多设计和调峰指标都是基于光伏(pv)特性，并未充分考虑到系统中投资成本占比最高的电解槽的运行特征。例如，电解槽的温度特性，离网光伏直连系统在昼夜交替下频繁面临冷启动会对电解槽的寿命存在较大的损害(a.weiβ；journal of theelectrochemical society,166(8)f487-f497(2019))高电流密度下电解槽的持续运行可能会损害电解槽的长期寿命(christoph rakousky；electrochimica acta，278,324-331)。

4、理论上pem电解槽的可适应温度可以达到0-90℃，可适应电流密度可达到0-3a/cm2甚至更宽。电解槽的最低开启电压与温度有关，而随着电解槽功率的提升，电解槽的热量需求可能将由吸热变为散热。而当前对光伏直连pem电解槽的设计大多只考虑了供电，或者分别设计供热管理和供电管理模块(如图1所示)，类似的系统设计复杂、成本高昂。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提供了一种光热与电解水耦合的制氢系统及方法，解决现有技术存在的系统设计复杂、成本高昂等问题。

2、本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

3、一种光热与电解水耦合的制氢系统，包括依次通过管路连通的pv-pvt模块、热量储放模块、电解水制氢系统，还包括dc/dc模块，pv-pvt模块、dc/dc模块、电解水制氢系统依次电相连，pv-pvt模块包括pv组件、pvt组件。

4、作为一种优选的技术方案，电解水制氢系统包括电解槽，pv-pvt模块、热量储放模块、电解槽依次通过管路连通，pv-pvt模块、dc/dc模块、电解槽依次电相连。

5、作为一种优选的技术方案，pvt组件上设有集热装置。

6、作为一种优选的技术方案，pvt组件上设有水路。

7、作为一种优选的技术方案，pvt组件上设有光伏组件及导线。

8、作为一种优选的技术方案，热量储放模块中有热量传递介质，热量传递介质为水或乙二醇水溶液。

9、作为一种优选的技术方案，热量储放模块中有相变温度在40-80℃的相变材料。

10、作为一种优选的技术方案，电解槽为碱性电解槽、固体氧化物电解装置、阴离子交换膜电解槽或pem电解槽。

11、一种光热与电解水耦合的制氢方法，采用所述的一种光热与电解水耦合的制氢系统，通过调节pv-pvt模块中pv组件、pvt组件的数量配比或发电功率配比实现电解槽的热供给和/或电供给。

12、作为一种优选的技术方案，热传递的方式为：

13、以纯水作为介质，热量储放模块的储热介质、pvt组件的传热介质与电解槽的原料水构成一种光热与电解水耦合的制氢系统的热循环。

14、本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

15、(1)本发明基于pvt的温度特性调和热、电的供给，省去了大量热管理和电源管理相关的设计，大大降低了系统成本；

16、(2)本发明通过调和热、电供给，有效降低了冷启停和超负荷运行状态的发生率，有利于延缓电解槽的性能衰减。

技术特征：

1.一种光热与电解水耦合的制氢系统，其特征在于，包括依次通过管路连通的pv-pvt模块(1)、热量储放模块(2)、电解水制氢系统(4)，还包括dc/dc模块(3)，pv-pvt模块(1)、dc/dc模块(3)、电解水制氢系统(4)依次电相连，pv-pvt模块(1)包括pv组件(11)、pvt组件(12)。

2.根据权利要求1所述的一种光热与电解水耦合的制氢系统，其特征在于，电解水制氢系统(4)包括电解槽(41)，pv-pvt模块(1)、热量储放模块(2)、电解槽(41)依次通过管路连通，pv-pvt模块(1)、dc/dc模块(3)、电解槽(41)依次电相连。

3.根据权利要求1所述的一种光热与电解水耦合的制氢系统，其特征在于，pvt组件(12)上设有集热装置(121)。

4.根据权利要求1所述的一种光热与电解水耦合的制氢系统，其特征在于，pvt组件(12)上设有水路(122)。

5.根据权利要求1所述的一种光热与电解水耦合的制氢系统，其特征在于，pvt组件(12)上设有光伏组件及导线(123)。

6.根据权利要求1所述的一种光热与电解水耦合的制氢系统，其特征在于，热量储放模块(2)中有热量传递介质，热量传递介质为水或乙二醇水溶液。

7.根据权利要求6所述的一种光热与电解水耦合的制氢系统，其特征在于，热量储放模块(2)中有相变温度在40-80℃的相变材料。

8.根据权利要求2至7任一项所述的一种光热与电解水耦合的制氢系统，其特征在于，电解槽(41)为碱性电解槽、固体氧化物电解装置、阴离子交换膜电解槽或pem电解槽。

9.一种光热与电解水耦合的制氢方法，其特征在于，采用权利要求2至9任一项所述的一种光热与电解水耦合的制氢系统，通过调节pv-pvt模块(1)中pv组件(11)、pvt组件(12)的数量配比或发电功率配比实现电解槽的热供给和/或电供给。

10.根据权利要求9所述的一种光热与电解水耦合的制氢方法，其特征在于，热传递的方式为：

技术总结本发明涉及光伏技术领域，公开了一种光热与电解水耦合的制氢系统及方法，该系统，包括依次通过管路连通的PV‑PVT模块、热量储放模块、电解水制氢系统，还包括DC/DC模块，PV‑PVT模块、DC/DC模块、电解水制氢系统依次电相连，PV‑PVT模块包括PV组件、PVT组件。本发明解决了现有技术存在的系统设计复杂、成本高昂等问题。技术研发人员：何东旭,孙浩然,杨锦,闫旭东,张文帅受保护的技术使用者：东方电气集团东方锅炉股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11