一种固体氧化物电解设备及系统的制作方法

本发明涉及固体氧化物电池，尤其涉及一种固体氧化物电解设备及系统。

背景技术：

1、氢气是高热值的二次能源，目前氢气的主要生产技术是天然气重整，但是会产生co2，存在环境污染和温室效应问题。电解水制氢是氢与氧反应生成水的逆过程。而利用可再生风、光电和废热，固体氧化物电解池(solid oxide electrolyse cells，soec)电解水所生成的氢气为绿氢，不伴随任何污染和温室气体排放，其与其他低温电解水技术相比，如碱性水电解槽和质子交换膜电解池，soec是一种高温电解水技术，具有更高的转化效率，甚至接近100％。

2、近年来，利用风能、太阳能等可再生能源的发电技术在全球范围内得到了飞速发展，风能和太阳能发电的生产规模和市场化也得到进一步扩大。但由于风能和太阳能发电均存在着不稳定、难以智能并网的不足，故而可以将风能和太阳能经过电解水制氢而间接地储存在h2中，这种方式更有利于能源的储存和运输，且运输过程中不需要复杂的电网运输系统、能量损失少。然而，风能和太阳能发电受天气因素影响较大，夜间无日光、阴天下雨、或者风力不足时都会造成风能和太阳能单独发电存在间歇性和波动性，从而影响电解制氢的效率。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提出了一种固体氧化物电解设备及系统。

2、在第一方面，本发明提出了一种固体氧化物电解设备，其包括用于连接发电系统。所述电解设备用于设置可逆型固体氧化物电堆并具有制氢模式、共电解模式以及发电模式。所述固体氧化物电解设备设置为能够在所述制氢模式、所述共电解模式以及所述发电模式之间切换。在所述制氢模式下，所述电解设备设置为能够利用所述发电系统产生的电能和所述可逆型固体氧化物电堆电解水生产h2和o2；在所述共电解模式下，所述电解设备设置为能够利用所述发电系统产生的电能和所述可逆型固体氧化物电堆共电解co2和水生产含有h2、co、碳氢化合物的混合气体；在所述发电模式下，所述电解设备设置为能够利用燃料气和所述可逆型固体氧化物电堆进行发电。

3、进一步地，所述电解设备包括热箱、气体控制单元和电气控制单元。所述热箱用于设置所述可逆型固体氧化物电堆并连接于所述气体控制单元，所述气体控制单元受控向所述热箱供入水蒸气、co2和所述燃料气中的至少一种反应气。所述电气控制单元连接于所述可逆型固体氧化物电堆和所述气体控制单元，用于为所述可逆型固体氧化物电堆和所述气体控制单元提供电力输出和信号控制。所述气体控制单元和所述电气控制单元分别位于所述热箱相对的两侧。

4、进一步地，所述气体控制单元包括进气处理组件、排气处理组件以及安全保障组件，所述进气处理组件受控向所述热箱供入水蒸气、co2和所述燃料气中的至少一种反应气，所述排气处理组件用于向外排出所述反应气在所述热箱内反应后的气体，所述安全保障组件用于在所述电解设备的运行过程中进行气体安全控制。

5、进一步地，所述进气处理组件包括第一进气接口、第二进气接口以及进气管件。所述第一进气接口通过所述进气管件向所述热箱供入co2和所述燃料气中的至少一种，所述第二进气接口通过所述进气管件向所述热箱供入水蒸气。所述进气管件设置有压力传感器、电磁阀、流量计以及单向阀，所述压力传感器用于检测气体压力，所述电磁阀用于控制气体通断，所述流量计测量或控制气体流量，所述单向阀用于防止气体回流。

6、进一步地，所述排气处理组件包括第一尾排接口、第二尾排接口、循环泵和冷凝组件。在所述共电解模式和所述制氢模式下，所述热箱内生产的h2依次经由所述冷凝组件、所述循环泵以及所述第一尾排接口排出；在所述制氢模式下，所述热箱内生产的o2经由所述第二尾排接口排出。

7、进一步地，所述电气控制单元包括人机操控组件、电气控制组件以及信号监控组件。所述人机操控组件用于控制所述电解设备的运行状态，所述电气控制组件用于为所述可逆型固体氧化物电堆和所述气体控制单元提供电力输出和信号控制，所述信号监控组件用于监测所述可逆型固体氧化物电堆的运行状态。

8、进一步地，所述人机操控组件包括上电按钮、模式切换按钮、运行按钮、停止按钮和急停按钮。所述上电按钮用于启动所述发电系统为所述电解池系统供电，所述模式切换按钮用于使所述电解池系统在所述制氢模式、所述共电解模式以及所述发电模式之间切换。所述运行按钮用于在切换模式后运行所述电解池系统，所述停止按钮用于使运行的所述电解池系统进入关闭程序，所述急停按钮用于在所述电解设备的运行过程中进行急停。

9、进一步地，所述电气控制组件包括双向电源、控制器以及继电器。所述双向电源用于受控连接所述发电系统或外部耗电设备，且所述双向电源设置为在所述制氢模式和所述共电解模式下利用所述发电系统为所述可逆型固体氧化物电堆和/或所述气体控制单元供电、在所述发电模式下利用所述电解设备产生的电能为所述外部耗电设备供电。所述继电器设置于所述电解设备与所述发电系统之间以及所述电解设备与外部耗电设备之间，所述控制器设置为控制所述继电器的开闭。

10、进一步地，所述信号监控组件包括温度采集模块、压力采集模块、电压采集模块。所述温度采集模块用于采集所述可逆型固体氧化物电堆的温度；所述压力采集模块用于采集所述可逆型固体氧化物电堆的进出气体压力；所述电压采集模块用于采集所述可逆型固体氧化物电堆的电压。

11、在第二方面，本发明提出了一种固体氧化物电解池系统，其包括多台上述所述的固体氧化物电解设备。多台所述固体氧化物电解设备包括第一固体氧化物电解设备和第二固体氧化物电解设备，所述第一固体氧化物电解设备设置为在所述发电模式下能够为在所述制氢模式或者所述共电解模式下的所述第二固体氧化物电解设备供电。

12、本发明的有益效果如下：

13、在本申请的固体氧化物电解设备中，其利用可逆型固体氧化物电堆运行可逆的特点，将其应用到制氢和发电技术上，因而将本申请的电解设备设计为具有制氢模式、共电解模式以及发电模式三种工作模式，并使得在制氢模式下结合发电系统能够将风能和太阳能经过电解水制氢而将能源以氢气的形式储存，其有利于能源的储存和运输；在共电解模式下能够耦合co2和水共电解生产含有h2、co和碳氢化合物的混合气体，从而实现了co2的资源化利用，还能够得到清洁的燃料气，实现二氧化碳的消纳及再利用；而基于发电模式，在天气状况对发电系统产生负面影响的情况下，本申请还能利用燃料气和可逆型固体氧化物电堆进行发电，从而能够应对风能和太阳能单独发电存在间歇性和波动性问题，由此实现设备间供电以持续稳定的电解制氢，进而提高了制氢效率。

14、提供技术实现要素：部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。

技术特征：

1.一种固体氧化物电解设备，用于连接发电系统，其特征在于，所述电解设备用于容纳可逆型固体氧化物电堆并具有制氢模式(ec)、共电解模式(co)以及发电模式(fc)；

2.根据权利要求1所述的固体氧化物电解设备，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的固体氧化物电解设备，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的固体氧化物电解设备，其特征在于，

5.根据权利要求3所述的固体氧化物电解设备，其特征在于，

6.根据权利要求1-5任一项所述的固体氧化物电解设备，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的固体氧化物电解设备，其特征在于，

8.根据权利要求6所述的固体氧化物电解设备，其特征在于，

9.根据权利要求6所述的固体氧化物电解设备，其特征在于，

10.一种固体氧化物电解池系统，其特征在于，包括多台权利要求1-9任一项所述的固体氧化物电解设备；

技术总结本发明提供了一种固体氧化物电解设备及系统，设备用于连接发电系统并容纳有可逆型固体氧化物电堆且具有制氢模式、共电解模式以及发电模式。本申请的电解设备利用可逆型固体氧化物电堆运行可逆的特点，在所述制氢模式下能够电解水生产H<subgt;2</subgt;和O<subgt;2</subgt;以制氢、在所述共电解模式下能够耦合CO<subgt;2</subgt;和水共电解生产含有H<subgt;2</subgt;、CO和碳氢化合物的混合气体，从而实现了CO<subgt;2</subgt;的资源化利用，还能够得到清洁的燃料气；而在发电模式下能够进行发电，以应对风能和太阳能单独发电存在间歇性和波动性问题，由此实现设备间供电以持续稳定的电解制氢，进而提高了制氢效率。技术研发人员：孙长建,王晶,张耀东,胡常明,陈有鹏,胡浩然受保护的技术使用者：北京思伟特新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/15